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          鍋爐受熱面防腐耐磨抗結焦
          2019-02-26 15:48:00 admin 475

          技術背景

              火電廠鍋爐受熱面的運行可靠性,直接影響電廠機組的安全有效運行,運行中的受熱面不可避免地會被腐蝕和磨損,從而降低其有效承載能力和安全性。利用表面防護法可有效提高鍋爐受熱面的防腐耐磨抗結焦能力,節約維護費用,降低運行成本,提高受熱面的使用壽命。表面防護法是一種非??煽康慕鉀Q火電廠鍋爐腐蝕、磨損的方法。

          原因分析

          1.煤種的原因:火電廠鍋爐受熱面的腐蝕、磨損原理十分復雜,主要與灰分和煙氣顆粒的沖蝕、燃煤的含硫量和爐膛火焰溫度有關。通常,鍋爐運行過程中的爐溫高于1600℃ ,由于硫、硫化物及其他雜質的存在,鍋爐受熱面受到高溫腐蝕的現象十分普遍。因為燃煤在燃燒過程中會產生堿金屬鹽、釩鹽、二氧化硫、硫化氫、三氧化硫等多種物質,它們在高溫作用下與構成水冷壁管的金屬發生反應,對水冷壁進行動態腐蝕。在這種工況下若燃用難著火、難燃燼且含硫量較高的貧煤, 受熱面高溫腐蝕的概率會大大增加。

              2.運行調整的原因:其中包括燃燒器的調整、煤粉細度、一次風煤粉濃度和一、二次風配比。假想切圓直徑偏大或偏心, 是造成煤粉貼近水冷壁區域燃燒的重要原因, 加之煤粉粒度長時間偏大, 不但著火延遲,燃燼度變差,而且在氣流作用下,煤粉推遲到貼壁附近燃燒,使其燃燒周圍區域嚴重缺氧。

              3.火焰沖刷受熱面原因:

            (1)當火焰沖刷受熱面時, 管壁金屬的氧化物保護膜被沖刷磨損所破壞。即使不發生氧化和還原氣氛的交替變化,在還原氣氛下硫腐蝕依然進行。形成的腐蝕產物又被煤粉氣流沖刷掉。如此循環,使腐蝕速度加快。

            (2)未燃燼的煤粉焰流沖刷受熱面時,帶有尖銳棱角的煤粉在氣流作用下, 對受熱面金屬的表面沖刷磨損作用劇烈。在這種現象與腐蝕的雙重作用下,管壁被迅速減薄 。

              對產生高溫腐蝕的受熱面觀察分析,表層是不穩定的疏松焦渣,手觸即落 ,下面是約5mm厚的浮灰層,可用刷子清除。

              4.硫化物氣體介質的高溫腐蝕的原因:

          (1)在高溫條件下,不可燃硫會產生硫酸鹽混入灰分熔敷于受熱面表面,但其不具有受熱面在高溫條件下擁有的良好機械性能。實質上減薄了受熱面的可用壁厚,降低了水冷壁管的有效承載能力;

          (2)由于燃燒產生的氣體中含有硫化氫,容易與受熱面金屬發生作用,腐蝕管壁;

          (3)燃燒氣體中的含硫物在金屬高溫下產生單原子硫,受熱面中的鐵與硫在高溫作用下會生成硫化亞鐵。

          腐蝕后的銹皮產物呈堅硬的島狀分布,且與管子結合較為牢固。該類型高溫腐蝕減薄速度較小,一般為0.5~1.5mm/a。對此種類型的高溫腐蝕我們稱為氣體高溫腐蝕。

              5.熔融鹽型高溫腐蝕的原因:

              當燃煤中含有較高含量的堿土金屬氧化物,如Na2O和K2O,在熔渣段的高溫狀態升華為氣態,隨火焰流沖至水冷壁管子表面,受環境溫度降低影 響而轉變為熔融態,并與煙氣中的SO3發生反應生成硫酸鹽。

              隨著硫酸鹽層增厚,熱阻增大,表面溫度升高而使得鹽分變得發粘或融化,并進一步沾結飛灰,形成酥松的渣層。硫酸鹽融化時會放出SO3,該氣體與金屬表面的Fe2O3反應生成焦硫酸鹽。這一過程是電化學腐蝕過程。根據水冷壁管子遭受腐蝕后的橫截面形態可以說明腐蝕并非在表面均勻進行,而是具有部位的選擇特征,這一點是我們認為有電化學腐蝕過程參與的佐證。

          火電廠鍋爐水冷壁管腐蝕和磨損后導致的危害

              1.使管壁減薄,據統計一般每年減薄量約為1mm左右,嚴重的可達5~6mm/年,形成安全運行的嚴重隱患,增加了電廠的臨時性檢修和大修工作量,給電廠造成很大的經濟損失。

              2.普通涂層的高表面能更容易造成受熱面結焦,結焦部位吸熱量大大減少,降低了鍋爐熱效率

              3.發生受熱面突發性爆管事故,造成緊急停爐搶修,不僅打亂了電廠的正常發電秩序,減少發電產值,而且增加了工人勞動強度和額外的檢修費用,直接影響企業效益,同時也干擾了地區電網的正常調度。

          解決方案:強化水冷壁管防腐耐磨能力的方法

          火電廠十分重視水受熱面的防腐耐磨工作,花費大量的人力、物力、財力更受熱面管以減少爆管現象,卻并未取得實質性效果。更換管子雖然可以解決爆管,但是在很大程度上增加了維修費用和生產成本。最好能利用一些以預防為主的技術,不但能降低資金投入,還能延長受熱面管使用壽命,提高安全性。

          鋁基合金覆層超音速電弧噴涂技術防護法

              許多研究已經證明,鋼鐵表面滲鋁后有良好的抗高溫氧化、耐高溫H2S、SO2+SO3腐蝕性能。已應用于鍋爐受熱面管、過熱器管、燃氣輪機葉片等。

              黃島發電廠于85年開始使用滲鋁管并作出結論,滲鋁管可有效防止受熱面的高溫腐蝕發生,壽命提高4倍以上。滲鋁層的相構成決定其對抵抗高溫腐蝕具有明顯的選擇性。不論采用何種工藝方法,鋼經滲鋁后滲層相結構均為Fe AI+AI2O3+Fe3AI,滲層表面各區域的鋁濃度相當于14~20% 。這種相結構決定其耐氣體腐蝕效果顯著,如果有熔融鹽存在時卻有著明顯不足。按照低溫熱腐蝕理論,當有溶融復合共晶鹽存在時,滲鋁層的鋁及金屬間化合物雖可發生優先氧化,但該氧化物一旦形成立刻被氣氛中的 SO3轉變為AI2(SO4) 3。這部分鋁被消耗掉后,鐵不可避免被氧化,其原因是煤質中含有較大成分的 AI硫酸鹽。如此便可解釋為什么滲鋁管在一定條件下抗高溫腐蝕效果不顯著的問題。

              黃臺電廠#7、8爐水冷壁1995年10月進行噴涂鎂硅鋁基防腐防磨涂料試驗,經過十個月運行后,于1996年7月大修期間對試驗管屏進行了覆層狀態的觀察和檢測,結果如下:

              1.在該區域出現大面積結焦的情況下,噴涂處理的管子表面基本無焦。

              2.清除管子表面的浮灰觀察,覆層呈銀灰色(原色),完整無損。鰭片對接焊縫處偶見微黃色和小塊燒損(可能是密封焊接時的熱影響造成的)。

              3.以指針式非磁性涂層測厚儀測量覆層厚度未見減薄現象。

              檢測結果表明,該覆層穩定可靠,具有良好的抗高溫腐蝕作用??捎行Х乐垢邷馗g對受熱面管子的減薄損壞。

              1996年大修后,黃臺電廠300MW機組配套的鍋爐受熱面管前后共噴涂鋁基復合涂層400m2 ,運行至2012年后檢測覆層狀態依然完好,按照時間周期和原始管子高溫腐蝕減薄速率計算,經過噴涂的管子還可以繼續使用很長時間,使用壽命提高了將近6倍。直接減少了受熱面的大小修的維護成本,減少了因高溫腐蝕及磨損帶來的換管費用,大大降低了檢修費用。

              應山東電力科學研究院的委托,原機械工業部武漢材料保護研究所對黃臺電廠應用的鎂硅鋁基噴涂材料及其他噴涂材料進行了較為全面的分析對比和性能測試,并對鎂硅鋁基材料熱噴涂工藝和覆層的優化進行了評定。

              通過對對鋁基復合覆層材料的基本材質及尺寸、基本預處理、噴涂工藝、噴涂層的封孔處理、抗拉強度試驗、涂層孔隙率及熱震性能進行對比試驗,評定試驗結論為:鋁基復合覆層熱噴涂材料在8種方案對比中綜合性能均為最佳,為當前市面上能夠有效防治受熱面因高溫腐蝕及磨損的最好方案。

          鋁基合金覆層超音速電弧噴涂工藝特點

              1. 噴涂工藝采用超音速電弧噴涂。

              2. 噴涂材料選用最合適的抗高溫腐蝕耐磨的鋁基鎂硅合金材料。

              3. 噴涂前進行噴砂拉毛處理,去除管壁表面氧化層,沙粒使用18~40目的剛玉砂,直至管子露 金屬光澤,使表面清潔度達到 GB8923-  88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和防銹等級》規定 的ST3.0 等級以上,所用壓縮空氣應控制 在500~600kPa。

              4. 噴砂后再進行表面粗糙化處理 ,以提高涂層結合強度,使表面粗糙度達到GB11373- 89《熱噴涂金屬表面預處理通則》規定的 Ra10μm以上,在較強光線下噴砂處理后的表面均無反射亮斑。

              5.檢驗合格后應當立即使用LZ-5型鋁基鎂硅鉻合金材料噴涂,晴天間隔時間不得超過4 小時、陰雨天不得超過2小時,嚴禁用手、工作服等觸摸噴涂的表面。

              6.噴涂層與管子表面結合必須牢固,具備足夠的結合強度、硬度和耐腐耐磨性能,外觀檢查表面致密、均勻、平整, 顆粒細小,不允許有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。

              7.噴涂層厚度為100-120μm,厚度均勻,不得有堆積現象。8.噴涂時管子表面溫度不得大于230℃,噴涂層與管子母材的粘附強度≥10MPa。

              8.刷涂2道LZ91型封閉劑和1道GX230穩定劑。封閉劑為GX410有機硅和稀土氧化物為主要原料的無毒水基涂料基,復合成分為納米有機硅30-35%、鐵銹轉換劑8-10%LNA2防腐涂料12-15%、鋅粉5-8%。該外部涂層具有高發射率、耐高溫、保護性、非浸潤性的特點,能夠隨基體一起收縮及膨脹,抗熱交變性強。

              9.封孔涂層具有優異的熱物理性能:溫度范圍:300-1900℃發射率范圍為0.85-0.95,取決于溫度和波長??鼓バ员然|材料要高幾乎4倍,高低溫度交變過程表現優異。

          鋁基合金覆層超音速電弧噴涂技術特點

              ① 發射率提高

              ② 安全和設備壽命提升

              ③ 抗沾污結渣

              ④ 負荷能力增加

              ⑤ 減少有害氣體(NOx)排放

          技術對比表

          ★★★一次噴涂,使用一生★★★