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循环流化床锅炉水冷壁防磨喷涂工程循环流化床锅炉由于炉型结构和设计参数等特点，投产运行后水冷壁等受热面部位运行工况条件极为恶劣，长期遭受高速高温高含尘烟气的不均匀冲刷、磨损和腐蚀，极易被严重磨蚀减薄，极易造成泄漏和爆管事故。为确保锅炉安全、稳定、经济运行，采取防护措施是十分必要的。根据全国各地电厂的防护情况，针对CFB锅炉运行的具体情况、工艺参数及失效机理，结合我公司长期从事该行业的实际施工经验，经我公司工程技术人员认真分析，对该部位的防护方案进行了技术设计，采用本技术进行防护能获得很好的效果，设备的使用寿命可大大延长。一、失效分析管壁的磨损是与气流中固体物料浓度、烟气速度、颗粒的特性硬度和流道几何形状等密切相关，据有关研究资料表明，冲刷磨损量大约与气流速度的3.6次方成正比。而在CFB锅炉中，固体物料的浓度巨大，通常可达煤粉炉的几十倍到上百倍，并且烟气流速大，颗粒硬且棱角尖锐，因而在高速烟气的带动下，对CFB锅炉水冷壁等受热面部位的冲刷磨损极为严重；尤其在护墙顶部水冷壁部位，由于位处密相区边缘区，不但受到严重的高速高浓度含床料、燃料气流的强烈冲刷、磨损，而且存在严重的涡流效应、切割效应和离心作用。涡流效应在炉膛四角部位，由于该处形成边壁流，物料汇集此处较多，由于固体颗粒的惯性作用，局部磨损作用尤为明显，而切割效应体现在护墙根部水冷壁处，其原因是由于防护墙的顶部提供了一个平台，当焦渣以较高的速度下降到该平台时产生反弹，其中往水冷壁管侧反弹部分，对水冷壁管就产生了严重的切割效应，离心作用是炉膛烟气出口由于气流的拐向，存在巨大的离心作用，对水冷壁管产生严重的磨损。其次还易受到高温氧化和硫酸盐及硫、硫化物的热腐蚀。水冷壁管具备了高温氧化和高温腐蚀条件，其烟气温度高，且是富氧燃烧，实践证明，在300℃以上，管外表温度每升高50℃，腐蚀速度增加1倍。锅炉在运行过程中受热面管表面首先发生高温氧化，表面生成Fe2O3，其次燃料灰中的Na2O和K2O与烟气中的SO3化合生成硫酸盐，其捕捉飞灰形成结渣和流渣，此时烟气中SO3与M2SO4同管壁上的Fe2O3反应生成复合硫酸盐MFe（SO4）2或M3Fe（SO4）3，此复合硫酸盐受高温又分解为疏松状氧化铁和硫酸盐沉积层，易被飞灰气流冲蚀带走，氧化腐蚀继续向管壁纵深进行；另外燃料中硫份，经燃烧生成的S和H2S也对管壁会产生强烈的腐蚀，与Fe反应生成FeS。在上述多种因素作用下，导致受热面管逐渐被磨蚀减薄，当局部承受不了管内水汽压力时即造成爆漏而失效。失效图1（炉膛四角）失效图2失效图3失效图4（耐火材料过渡区）二、涂层设计针对上述受热面部位失效机理及大多数厂家实际使用和磨损情况，我们建议：（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，并选用硬度特别高、耐冲刷磨损性能优异，同时具备抗高温氧化和热腐蚀性能良好的HDS-88A金属合金丝材制作涂层，涂层表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔，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进行防护，能满足防护要求。三、HDS-88A涂层技术指标1、涂层HDS-88A涂层厚度：0.6－0.8mm粒子速度：386m/s结合强度：≥55MPa硬度：HRC65抗高温氧化性：+12.16mg/cm2（750℃氧化250h）孔隙率：≤0.9%喷涂时基体温度：≤100℃工件变形性：不变形，不改变母材表面金相组织及理化性能2、高温耐磨防腐专用封孔层工作温度：≤1000℃结合强度：≥6MPa厚度：0.05-0.1mm左右四、HDS-88A金属合金丝材说明超音速电弧喷涂采用硬度特别高、耐磨损和抗高温氧化腐蚀性能优异的HDS-金属陶瓷丝材，其主要成份包括Ni、Cr、Cr3C2及Ti等微量元素，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；Cr3C2是一种优良的金属陶瓷，在高温下化学性能稳定，硬度高、耐磨性好，且具有一定的拒高温融熔玻璃体附着性能即抗结焦性能；材料中还佐有Ti等元素，帮助进一步改进涂层性能，提高耐高温氧化、抗热腐蚀等方面性能；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膨胀系数与锅炉钢系数相近，故在冷热交变的工况下，不会出现起皮、开裂等现象，结合牢固；其热导率与锅炉钢材料热导率相近，且厚度不超过1.0mm左右，因此不会影响传热效果。五、KM型高温耐磨抗蚀专用封孔剂说明KM型高温耐磨抗蚀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，高温下形成坚硬的陶瓷体。其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有极强的吸附性和热震稳定性，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、浸湿涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更致密，阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部，能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《热喷涂金属预处理通则》中规定的RZ50—90μm。粗化处理的目的a增大喷涂层与基体的接触面积，提高结合面的粘合吸附力。b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。③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：a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。b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ZLP-001型电弧喷涂设备是我公司在消化吸收普通电弧喷涂设备的基础上自行研发生产的新一代电弧喷涂设备，具有国际领先水平。该设备采用拉伐尔喷嘴技术和高性能电弧喷枪，使雾化后的喷涂粒子速度达到超音速以上，使该设备在具有普通喷涂优点的基础上，大幅度地提高了涂层的质量。它是以各种实心丝材和特殊粉芯丝材为原料，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，高能密度和特殊加工的电弧使ZLP-001型电弧喷涂设备能够充分熔化金属管及其内部的粉芯。此外，我公司针对部分硬度特别高的丝材，专门开发了大功率喷涂机，使其得到充分的熔化。ZLP-001型电弧喷涂系统设备组成如下：①便携式电源箱②可以旋转的送丝装置③喷枪④送丝软管2、技术简介超音速电弧喷涂是我公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、且喷涂工件不变形，可获得高质量的涂层。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：（1）电源：380V20KW三相交流电（2）气源：气压＞5kgf流量＞5m3/min（3）平台：长4m（最少3m）宽2m（最少1.5m）（4）喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过15m（5）施工部位所需的脚手架电弧喷涂原理图九、施工工艺流程：合格不合格十、施工技术规范：1、施工准备：①根据实际需要搭好脚手架。②清除受热面上的大块焦、杂物等。③对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查，如发现需要修整补强的部位应及时向甲方提出。④利用现场已有条件进行设备就位、电气接线、气源管线连接及磨料回收帆布铺编制施工技术方案现场勘察审查资料管壁测厚δ1管壁表面检验工序检查涂层封孔质量验收喷涂HDS88A丝材涂层质量检验、测厚δ2二次喷砂作业粗糙度对比检验管壁修补设工作。2、表面预处理：表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属件表面预处理通则》进行，其处理的好坏直接影响喷涂层的结合强度。①喷砂前，对非有效表面采用遮蔽带、硬木板或橡胶等物进行遮蔽保护。并预留过渡区域，以保证涂层边缘光滑过渡。②磨料选择及使用：喷砂材料应选用质坚有棱角的特级石英砂和金刚砂必须净化，使用前应经筛选，砂内粘土及细粉尘含量不应大于5%,不得含有油污。喷砂前要晾晒干燥，含水量应不大于1%,并存放干燥，防止受潮、雨淋、砂内混入杂质。所用砂粒必须清洁、干燥，喷砂区域设围护及其它回收措施，确保不污染周围环境，经质量工程师确认后方可进行喷砂。③喷砂装置：采用压力式喷砂设备④压缩空气：利用现场气源或自备空压机，空气压力范围为0.5—0.6Mpa，气体流量控制在6m3/min左右。⑤操作方法：喷砂距离100—300mm；喷砂角度：与基体60—80℃；每次喷砂5-6m2。除锈应从下至上进行，将凹凸不平的受热面打磨光滑平整后立即喷砂。表面清理度达到Sa3.0级，即完全去除钢材表面的锈、氧化皮、油污等附着物，并露出灰白色金属光泽，其粗糙度达到RZ50-90μm。⑥在喷砂后应检查预处理的表面，采用TR100袖珍式表面粗糙度测试仪进行检测，发现有锈蚀或不合格的部位应重新进行处理，合格后再用DC-2000B型智能超声波测厚仪对管壁进行第一次测厚δ1。喷砂完工后设备表面不得受潮、氧化及污染，在2-4小时内必须进行电弧喷涂，以保持被喷表面较高的活化度。除锈后经有关人员验收合格后方可进行喷涂施工。3、喷涂：①超音速电弧喷涂按照GB11375-1999《热喷涂操作安全》执行。②喷涂前，在表面预处理和喷涂工序之间需中间停留时，应对经预处理的有效表面采用干净牛皮纸或塑料膜等进行覆盖保护。③丝材选用：φ2.0mmHDS-88A金属陶瓷丝材④洁净气路：经冷冻式干燥机及三级过滤即可获得干燥洁净的压缩空气。⑤喷涂设备选用：选用ZLP-001型电弧喷涂设备。⑥喷枪选用：选用超音速电弧喷涂，其雾化气流速度大于500m/s，粒子速度达到386m/s以上，涂层孔隙率可控制在0.9%以内，同时涂层与基体的结合强度也得到了明显的改善。⑦喷涂工艺参数：a、粒子喷涂速度：＞386m/sb、电弧电压：32—34V；电弧电流：160—200Ac、雾化空气压力：0.5-0.