喷涂在循环流化床中的应用

【摘 要】目前锅炉的金属部件磨损较严重，从某种意义上讲，发电系统可靠性的高低取决于锅炉关键部件的抗腐蚀和抗磨损程度。对于CFB锅炉磨损的主要部位为炉膛水冷壁，为了延长水冷壁管子的使用寿命，减少锅炉机组因水冷壁管子破损造成的停炉的次数，提高系统的安全性、可靠性及经济效益，需要对水冷壁管子进行防磨处理，而高速电弧喷涂技术能够在保证受热面传热性基本不变的前提下提高水冷壁管子的抗磨性，延长使用寿命。

【关键词】CFB锅炉；水冷壁；磨损；喷涂

一、前言

阳煤煤业（集团）股份有限公司发供电分公司第二热电厂2006年对4#锅炉进行改造，将原有的35t/h沸腾炉改造为75t/h循环流化床（CFB）锅炉。设计煤种为无烟煤，低位发热量为23400KJ/kg，Aar达到55.56%；锅炉在920～950℃左右的低温燃烧，通过向床内添加石灰石等脱硫剂以及分级布风形式的采用，有效地控制了SO2和NOx等有害气体的生成量，使锅炉排放物达到环保标准。由于烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些灰粒高速冲刷水冷壁管，使水冷壁管发生局部的严重破坏，甚至导致停炉事故。针对水冷壁严重磨损问题，对循环流化床锅炉燃烧室水冷壁易磨损区域进行超音速电弧喷涂，以增加易磨损区域的使用寿命，达到能较好长时间稳定运行目的。

二、CFB锅炉燃烧室受热面的磨损机理

从炉底布风装置出来的一次风气流速度达到3.5～8kg/m3，床层开始膨胀，大量固体颗粒被抛入床层上方的悬浮空间，床层表面趋于弥散，沿着燃烧室高度的增加物料浓度越来越低。低浓度烟气直接经过烟道进入旋风分离器，大粒径颗粒物通过返料器回到炉膛，小粒径颗粒物直接被烟气带入高过、低过、省煤器、空预器，之后进入除尘器。高浓度烟气中的颗粒物在床内聚集成大粒子团，团聚后的粒子团由于重量增加，体积加大，以较大的相对速度靠近水冷壁四壁沉降，碰撞到水冷壁壁面之后回旋上升，这样颗粒物与颗粒物碰撞，改变颗粒物运行方向，并与水冷壁壁面进行碰撞，使水冷壁壁面产生严重磨损。炉膛四角由于烟气形成涡流，颗粒物在四角不断碰撞磨损，方向突变部位磨损，水冷壁卫燃带转折处、水冷壁管对接和表面缺陷焊接不良，有毛刺、突起等通常方向突变的部位烟气冲刷及烟气形成涡流产生严重磨损。

因此炉内水冷壁的磨损主要可分为以下三种情形：炉膛水冷壁表面磨损、炉膛四角区域磨损、水冷壁表面缺陷部位磨损。

1、炉膛水冷壁表面磨损

（1）高浓度烟气中的颗粒物在床内聚集成大粒子团，团聚后的粒子团由于重量增加，体积加大，以较大的相对速度靠近水冷壁四壁沉降，碰撞到水冷壁壁面产生磨损，

（2）碰撞到水冷壁壁面颗粒物回旋上升，这样颗粒物与颗粒物碰撞，改变颗粒物运行方向，并与水冷壁壁面进行碰撞，使水冷壁避免产生严重磨损。

（3）由于流化不良或局部射流所引起的磨损。经过长时间运行，风帽出现磨损情况，磨破的在密相区就产生局部高速射流，射流卷吸的床料颗粒便对较高位置的水冷壁受热面形成直接冲刷而导致磨损。由于风帽破损部位不同，造成水冷壁壁面磨损位置不同。

2、炉膛四角磨损

炉膛四角区域问题相当严重，因之停炉的比例很高。磨损部位不仅只在卫燃带以上两米以内，而且还出现在更高位置。其特点是磨损位置不固定，究其原因主要有以下几点：

（1）角落区域内沿壁面下流的固体物料浓度较高，同时流动状态易受到改变。

（2）汇集在四角区域的颗粒比在一侧水冷壁边的颗粒对金属表面碰撞造成冲击磨损的机会大。

3、水冷壁方向突变部位磨损

（1）由于水冷壁表面出现毛寸、凸起、凹陷等问题，与烟气的接触面积明显增大，造成烟气的冲刷。

（2）烟气冲刷毛寸、凸起、凹陷等部位时，烟气流向发生改变，造成烟气与烟气的碰撞，形成涡流，对毛寸、凸起、凹陷等部位磨损加剧。

三、喷涂材料的选择及涂层性能

1、材料选择

根据CFB锅炉的磨损机理，为此采用超音速电弧喷涂TS70HRC高温超硬耐磨喷涂丝材的耐磨涂层进行施工，该材料各项防磨指标完全能满足CFB锅炉防磨技术的要求。

2、涂层成分

TS70HRC高温超硬耐磨喷涂丝材材成分：采用Cr（25～30%），Ni（10～15%）B（5～6%），为纳米陶瓷硬质相团聚粉芯丝材。

3、涂层性能

（1）具体微观结构为

Cr3C2及其在喷涂过程生成物的混合相作为硬质点，相当于涂层结构中的骨架；NiCrB具有良好的延展性及耐腐蚀性，作为硬质点的载体。硬质点镶嵌在载体中，在载体中均匀分布。

（2）耐磨性要求

Cr3C2及其在喷涂过程生成物的混合相作为硬质点，成为涂层结构中的骨架，受到冲蚀质点冲击。众所周知铬的碳化物具有相当高的硬度，完全能够满足耐磨性的要求。

（3）耐腐蚀要求

涂层在烟气中具有腐蚀性介质的条件下工作，烟气中SO2与水蒸气结合形成H2SO3，继续氧化形成H2SO4，具有较强的腐蚀性，而涂层的主要材质为NiCrB，具有良好的抗腐蚀性，不会因为H2SO4的腐蚀而造成硬质点的失效脱落，保证表面正常防磨。

四、喷涂主要操作

1、所用砂粒必须清洁、干燥，经确认后方可进行喷砂。

2、喷砂区域设护栏并采取回收措施，确保不污染周围环境。

3、先选用16～20号石英砂粗喷2遍，去除水冷壁表面的各种污染物，特别是油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀物等。

4、再用14～16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，去除表面的污杂物，去除的管壁厚度≤15μm，对整个管壁厚度不应产生影响，喷砂作业不应产生对管壁的拉裂和吹损，喷砂作业均匀进行，整个表面的厚度应减损一致，管壁厚度不产生损伤，喷涂之后避免与潮气接触或用手触摸。

5、喷涂采用超音速电弧喷涂TS70HRC高温超硬耐磨喷涂丝材，涂层厚度应为0.6～0.8mm。

6、为防止在喷涂过程中局部温度过高，搭接过渡区域设明显标记确保喷涂层结合力及厚度均匀，防止出现漏喷现象。

7、当天喷完的区域应及时封闭，材料选用渗透性较好的耐高温封孔剂，封闭微观孔隙，与金属涂层一起形成复合涂层。

8、搭接区域的封闭，应预留150～200mm区域，以便下次喷涂。

9、修磨好过度角及边棱，应将未喷涂的部位盖好，防止误喷，造成其它部位的损伤，施工过程应确保边缘处理得当。

五、效果检查

阳煤煤业（集团）股份有限公司发供电分公司第二热电厂75t/h锅炉自2007年9月投用以来，共运行31300小时。每年对水冷壁管子磨损严重的部位进行了喷涂，保证了管子的使用寿命，没有出现因喷涂部位磨损造成的停炉事故，提高了锅炉机组的稳定性，且通过对水冷壁管子壁厚进行测量，发现管子磨损最严重的部位壁厚不低于3.8mm，能够满足锅炉正常运行的需要，不需对水冷壁管子进行更换，降低了锅炉的检修费用。