生物质锅炉防磨防腐技术规范

生物质CFB锅炉防磨防腐技术规范生物质燃料循环流化床锅炉，因其锅炉烟气比常规锅炉烟气含有更多的钾、钠等活泼金属，含有更多的氯离子，其腐蚀程度比常规锅炉更为严重了；同时受到含尘烟气的冲刷磨损，故而管壁极易因腐蚀磨损而快速减薄。为确保机组安全、稳定、长周期经济运行，采取防护措施是十分必要的。根据我公司多年来从事该行业的实际施工经验，并根据贵公司锅炉运行的具体情况、工艺参数、结构特点，经本公司工程技术人员认真分析，对上述设备进行防腐防磨技术设计采用本技术进行防护能获得良好的效果，可大大延长设备使用寿命。一、失效分析1、炉膛水冷壁炉膛水冷壁等受热面部位失效的主要原因是含尘气流冲蚀和碱性介质的热腐蚀、高温氧化。磨损主要与烟气流速、烟气含尘量及含尘介质性质有关，据有关研究资料表明，磨损量与气流速度的3.6次方成正比。炉膛内烟速高、含尘量大，且存在对浇注料平台的涡流效应和切割效应，因而磨损严重。同时由于贵公司锅炉以稻壳、有机肥料为主要燃料，其灰分中含有钾、钠等金属氧化物，对锅炉管产生腐蚀，而且锅炉水冷壁具备了典型的热腐蚀条件，实践证明，在300～500℃范围，管外表温度每升高50℃，腐蚀速度增加1倍。锅炉在运行过程中管壁外表首先产生高温氧化生成Fe2O3，其次是灰份中的金属氧化物附于管外表，生成金属盐等复合物，此复合物呈疏松状，经燃烧中含尘气流的不断冲刷、脱落、再生成、再脱落，使水冷壁管逐渐变薄而腐蚀。受此双重破坏作用，水冷管壁逐渐变薄，以致爆漏失效。2、过热器2.1过热器部位工作烟温较高，管内工质为蒸汽，它是最易发生高温腐蚀的部件，垃圾炉过热器的腐蚀是一个连续进行的过程，致腐物源源不断的补充到腐蚀前沿进行化学反应。过热器投入运行后，被覆盖一层初始积灰层，属于化学作用的附着而非单纯的机械附着。锦润性附着内层除含金属氧化物外，主要由凝聚和沉积在管壁表面上的高浓度的碱、碱土类、重金属的氯化物和硫酸盐类组成的初始积灰层，沉积过程中形成各种类型的低熔点复合物以液相状态存在，成为熔池层。碱主要是KCl和K2SO4，由于碱的熔点低，KCl是768℃，NaCl是801℃，Na2SO4是884℃，当烟气中碱含量富集时，就会引起氯化碱和硫酸碱等化合物粉附在过热器管上。过热器在管壁温度较高时，会形成更多的低熔点物质，这使整个附面层中散步的熔池量提高，且其可以直接接触到管壁表面，促使该部位金属材料的腐蚀速度大大增加。2.2氯及其化合物的形成和高温腐蚀机理垃圾燃烧成分中盐类致腐化合物主要是碱金属的氯化物，垃圾焚烧过程中，这些氯化物可以固体、熔体和蒸汽形态与其它成分发生反应，相应生成的化合物为氢氧化物、硫酸盐、硅酸盐和硫化物以及氯化氢等，与普通的燃料相比，垃圾燃烧气体中含氯化氢的浓度相当高，造成垃圾炉换热面的严重腐蚀。其中反应生成的液态碱以及液态或固态的硫酸盐、硅酸盐随烟气撞击到较冷的管子，便凝结在管壁膜层上形成初始附面层，由于过热器管壁温在350℃以上，碱化物以液态形式附着在管壁形成熔池，而反应产物HCL通过对管壁附面层的物理渗透达到管壁，与管壁直接发生腐蚀反应。盐酸在露点以下对钢铁腐蚀严重，超过露点反而下降，直道260℃以上，盐酸气体与钢铁的高温反应又剧烈增加，钢材在260℃以下盐酸露点以上的温度区间能耐干HCL腐蚀。在400-600℃范围内的HCL与钢反应最为活跃，随着烟气中的氯化氢体积浓度的增加，管壁金属的腐蚀情况也越来越厉害。2.3硫及其化合物的形成和高温腐蚀机理一般垃圾炉中氯的含量高于氯在煤和重油中的含量，因此燃煤、燃油锅炉硫市是主要的腐蚀源，垃圾炉的腐蚀则以氯为主。尽管如此，垃圾炉中硫对换热面的腐蚀也是不容忽视的，硫的腐蚀主要是碱金属盐的热腐蚀，即Na3Fe（SO4）3及K3Fe（SO4）3的腐蚀。综上所述，腐蚀机理如下：Fe+M3Fe（SO4）3M2SO4+FeS2Fe+O2FeOFe+H2OFeO+H2OFeO+R2SO4FeSO4+R2O4FeO+022Fe2O3Fe03+6HCl2FeCl3+3H2O其次，其次还受到高速含尘烟气的不均匀冲刷磨损。二、防护层设计针对上述受热面管失效机理和贵厂设备的腐蚀、磨损情况，我们建议采用如下防护方案：（1）先采取二次喷砂工艺对防磨部位进行表面糙化，即先用石英砂对表面进行清洁，再用金刚砂对管子表面进行糙化处理。（2）采用超音速电弧喷涂技术，炉膛耐磨浇注料分界线处水冷壁及炉膛上层二次风口处等受热面采用抗高温腐蚀及高温氧化，同时塑性良好，抗冲击性能强，硬度特别高，且结合强度好，并具备抗冲刷磨损性能好的HDS-TB非金属态金属陶瓷丝材制作涂层；过热器等受热面选用抗高温腐蚀氧化性能优异、耐冲刷磨损，特别是抗腐蚀性能优异的HDS-45合金丝材制作涂层。（3）涂层表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔。（4）交界面设置过渡区域，宽度为100-150mm，做到平滑过渡。由此制得的复合涂层能够满足防护要求。针对CFB锅炉和生物质锅炉高磨损和高温腐蚀的防护，我公司还有性能更为优异的超音速火焰喷涂技术（HVOF）。相比于超音速电弧喷涂工艺，超音速火焰喷涂涂层具有更高的结合强度和硬度，孔隙率更低，耐磨和耐腐蚀性能更好，当然有更高的商业价格。三、技术指标1、所用丝材技术指标涂层名称炉膛耐磨合金喷涂过热器防腐合金喷涂丝材名称HDS-TBHDS-45涂层主要成分TiB2、Cr3C2、Ni、CrNi15%-20%，Cr约30%，Cr3C2约30%Cr≥42%、Ti约1%、Ni余量涂层厚度(mm)0.5-0.80.5-0.8涂层硬度（HV）967630适合工况炉膛各个部位水冷壁防磨过热器、再热器防腐结合强度(MPa)6060孔隙率≤0.9%≤0.9%2、KM型高温抗蚀耐磨专用封孔层厚度：0.05-0.1mm工作温度：1000℃结合强度：≥6MPa四、金属合金丝材说明1、HDS-TB金属陶瓷丝材超音速电弧喷涂采用抗高温腐蚀，硬度特别高、耐冲刷磨损和抗高温氧化性能优异的HDS-TB金属陶瓷丝材，是一种非金属态产品，基中Ni元素具有良好的延展性，使涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数，避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落；Cr2C3在高温下化学性能稳定，硬度没有明显变化，且具有一定的拒高温融熔玻璃体附着性能即抗结焦性能；所含自融性介质，较一般合金更易雾化，参与制作的涂层细腻，孔隙率低，是所有金属陶瓷中应用于制作高温涂层的最佳选择。喷涂完后由于涂层中还含有残留的部分自融性材料，涂层运行一段时间后，由于受热而与基材间形成了一种亚冶金结合结构，从而结合强度更高，特别耐磨。该金属合金陶瓷材料热导率与锅炉钢材料热导率相近，且厚度不到1mm，因此不会影响传热效果。2、HDS-45金属合金丝材说明HDS-45丝材是一种新型耐高温氧化、硫、碱、碱化物和碱金属盐等的腐蚀以及耐冲刷磨损的预合金型涂层材料，由我公司参照国际市场上公认的用于炉内抗硫腐蚀和碱腐蚀等综合性质优异的丝材（即美国TAFA公司的45CT）与中国矿冶院合作开发的，在高温下形成致密的氧化膜物质Cr2O3，具有绝好的腐蚀介质屏蔽作用；其中所含的Ni元素具有良好的延展性，使涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数，避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落；所含自融性介质，较一般合金更易雾化，参与制作的涂层细腻，对基体粘结性高、自粘性强、孔隙率低等，是所有金属合金丝材中应用于制作高温防腐涂层的最佳选择。喷涂完后由于涂层中还含有残留的部分自融性材料，涂层运行一段时间后，由于受热而与基材间形成了一种亚冶金结合结构，从而结合强度更高，为目前国内市场上同类产品中最理想的材料，用其作水冷壁高温防腐材料，能起到很好的防高温氧化、硫化腐蚀等作用。其膨胀系数与锅炉钢系数相近，故在冷热交变的工况下，不会起皮、开裂，结合牢固；热导率与锅炉钢材料热导率相近，且厚度不到1mm，因此不会影响传热效果。喷涂粒子到达工件表面仅120℃左右，不会改变工件表面的结构和性能，故涂层后不影响原受热面管材的理化性能。五、KM型高温抗蚀耐磨专用封孔剂说明KM型高温抗蚀耐磨专用封孔剂系采用超硬新材料，合成新工艺，以及粒子的配级等技术精心加工、配制而成，在常温下可快速固化，其耐磨性好，导热系数大，抗腐蚀性强，与金属涂层表面粘结具有极强的吸附性和抗热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属热喷涂涂层表面进行封孔，能有效渗透、浸润涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更致密，能阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部，获得有效封闭毛细孔的效果。六、喷砂设备与技术说明1、设备说明沙贝珂PCS控制系统喷砂设备其PCS遥控系统气动型控制系统，由RCM控制器（喷嘴处）、RIV进气阀、ROV排气阀、OF过滤器、控制气管和接头等组成，并配有贮沙罐等。在非工作状态时，RCM控制器手柄被弹簧顶起，RIV进气阀旋塞打开。工作时，压下RCM手柄，控制气流经另一根控制气管到达RIV进气阀和ROV排报导阀顶部，使进气阀打开，排气阀关闭，磨料桶内压力升高，喷丸作业开始。2、喷砂对基体表面的作用2.1净化表面：去除被喷表面的各种污杂物，特别是油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等，表面显示均匀的金属光泽，以利于熔融粉末与基体表面的粘合吸附（分子的溶解和扩散）。工作面清洁度达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa3.0级。2.2粗化表面：热喷涂涂层与基体的结合以机械结合为主，这就要求基体前处理不仅要除油除锈，还要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》规定的RZ50-90μm。3、粗化处理的目的3.1增大喷涂层与基体的接触面积，提高结合面的粘合吸附力。3.2增加涂层材料与基体表面的填塞嵌合，锚合咬合作用，以加强涂层与基体的附着力。4、活化表面喷砂使被喷涂表面形成活化能力：如晶格缺陷、塑性变形，产生一定的应力状态，以利于增加喷涂粒子与基体表面化吸附力，提高喷涂颗粒与基体的冶金结合能力。活化效果分析如下：4.1喷砂使工件表面在经过砂粒的反复打击后形成一定的残余压应力，尽管该应力数值极小，但对于松驰工件在喷涂过程中涂层热应力，对提高涂层的结合强度有利，同时也可以提高工件的抗疲劳强度。4.2喷砂可除去工件表面上的有机污杂物和氧化层，并能增大金属表面晶粒的塑性变形和造成晶格缺陷，使基体表面处于容易发生化学反应的状态，有助于喷涂颗粒与基体表面间的物理化学结合进行。所以工件喷涂前进行喷砂处理是极为必要的，而且喷砂后的工件应尽快进行喷涂，时间越短表面活化效果越好，涂层质量越高。七、超音速电弧喷涂设备与技术简介1、设备简介SAS-I型电弧喷涂设备是一种以各种实心线材和特殊粉芯线材为原料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损处理的电弧喷涂系统，其粉芯线材经过特殊熔化，由于客户所需要的实芯线材不同，所以各种模具也有所不同。高能密度和特殊加工的电弧使SAS-I型能够充分熔化金属管及其内部的粉芯，并可以实现傻瓜式自动喷涂，这个电弧喷涂系统符合CE-standard标准，并且包括以下模块。便携式电源可以旋转的送丝装置手动喷涂设备管线集成件包括绝缘导向管7.2技术简介超音速电弧喷涂技术是我司通过引进先进设备和技术开发的金属热喷涂新技术，被美国、日本等发达国家列为二十一世纪表面工程关键技术。该喷涂技术采用燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达55MPa以上。与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度、更强的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好、且喷涂粒子到达工件表面时温度不足120℃，工件不会变形，更不会改变母材金相组织，可获得高质量的涂层。喷涂原理图八、施工条件为了作好施工准备工作，其施工需要具备以下条件：电源：380V20KW三相交流电气源：气压0.5~0.6MPa流量＞5m3/min平台：长4m（最少3m）宽2