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热喷涂技术在热电厂应用概况

添加时间:2012/1/28 18:39:02  浏览次数:2211 次

  高温腐蚀和磨损是工业锅炉普遍存在的问题,造成的生产危害和经济损失十分严重。热喷涂技术发展到当今水平,为经济而合理地解决锅炉高温磨蚀问题,提供了有利途径。燃煤锅炉是当前我国的重要能量转换装置,涉及到国民经济各部门,有专家预测到2050年,我国的燃煤锅炉仍占50%。因此有效地解决锅炉及热电厂其它装置的高温磨蚀,每年可为国家获取巨大经济效益。

  热喷涂技术可以解决热电厂的一些重大问题,比较典型的有:

  1.吸风机、排粉机叶轮修复与强化;

  2.磨煤机系统修复与强化;

  3.汽缸结合面的修复;

  4.锅炉“四管”(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)修复与强化;

  5.阀门密封面的修复与强化;

  6.给排水系统防腐;

  7.化学车间水处理系统防腐;

  8.除尘系统设备耐磨;

  9.脱硫系统防腐;

  10.输变电站钢结构锌、铝长效防护涂层。

  上述这些方面,已在全国许多电厂得到很好应用,解决了一些重大问题。

  一、锅炉“四管”防腐耐磨涂层的推广应用

  锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤(或油)器管(以下简称“四管”)的腐蚀磨损,一直是动力、造纸、冶金和化工等工业中存在的严重问题。

  从我国发电厂运行可靠的分析资料表明,在发电设备事故中,锅炉事故最多,而在锅炉事故中,“四管”爆漏次数最高。高温腐蚀与磨损主要发生在炉管外表面,其磨损速率依工况不同而异,一般约为1mm/a,甚者可达5~6mm/a。尤其是流化床锅炉磨损速度更快。

  采用热喷涂技术对锅炉“四管”进行保护与强化,目前技术比较成熟,大体有以下方案。

  (1)电弧喷涂相当于美国TAFA公司的45CT合金丝、(43%Cr、4%Ti、Ni余量)。涂层厚度0.4~0.5mm,涂层的磨蚀量年<25μm,一般粉煤锅炉其寿命可达8~10年。

  (2)等离子或超音速喷涂镍铬/碳化铬涂层,其涂层厚度0.4~0.5mm,其寿命可达8~10年(粉煤锅炉),因等离子喷涂设备复杂,不能在现场施工。

  (3)电弧喷涂铁基碳化铬粉芯丝材,其使用寿命(粉煤锅炉)可以延长一个大修期。

  (4)亚音速火焰粉末喷涂镍铬/碳化铬(25∶75)涂层,厚度0.3~0.4mm,抗高温腐蚀及磨粒磨效果明显。其寿命6年以上,

  (5)电弧喷涂高镍铬合金(70Ni/30Cr),涂层抗高温氧化,耐磨效果良好。

  (6)流化床锅炉水冷壁、低温过热器管表面,采用氧乙炔火焰喷焊(熔)技术,其寿命可达2年以上。

  综上所述,采用亚音速火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂等不同工艺,喷涂镍铬钛、镍铬合金或镍铬-碳化铬涂层,有效地解决了水冷壁管、过热器管的磨蚀问题。

  二、热喷涂技术在热电厂锅炉吸风机、排粉机上的应用

  目前,我国电站锅炉吸风机多采用Y4-73系列悬臂轴结构及单侧进风叶轮,从结构上就存在效率低,电耗高、振动大的缺点。叶轮的叶片采用翼形,磨蚀快,运行寿命短,一般在2000~3000h,有的仅运行几百小时就需停机检修或更换。叶轮磨损严重时,灰粒进入叶片机翼内腔,引起强烈振动,造成风机损坏事故,直接影响锅炉的安全运行。

  叶片的磨损是不均匀的,主要磨损部位在叶片工作面上形成一个K状区。叶片进风边头部气流驻点处磨损最重,K状区靠后轮盘的焊缝处和叶片出口边部也磨损较多,叶片多数从这些地方磨穿,其他部位磨损较轻。这些磨损特点,是由于进风方向和风速撞击叶轮后盘而折射出叶片出口所形成。

  目前应用于吸风叶轮的热喷涂工艺主要有两大类:一是氧乙炔火焰金属粉末焊焊(也叫喷熔)。其优点是焊层硬度高(可达HRC60以上),耐磨性好,喷焊层组织致密无孔隙,与基材结合强度高,实现冶金结合,焊层不脱落;设备简单,操作方便灵活,易于现场施工。另一大类是等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂,设备造价高,不能现场施工。

  北京第一热电厂、山东十里泉电厂、半山发电厂、军粮城电厂、邯郸电厂、邢台电厂、上安电厂、西北地区电厂,全国已有二十多个电厂应用,效果很好。

  三、热电厂磨煤机系统耐磨涂层的推广应用

  我国火力电厂以燃煤锅炉为主,制造煤粉是电厂的主要工序之一。磨煤机系统是制煤粉和输送煤粉的重要设备,长期处于严重的磨损状态。如何延长磨煤机及输煤粉系统设备的使用寿命,一直是电厂比较关注的重要问题。随着耐磨材料及热喷涂、堆焊工艺技术的发展,为提高磨煤机械使用寿命创造了良好的条件。但有些材料和工艺技术虽然能满足耐磨的需要,由于价格昂贵,操作上又不易现场施工,给应用带来一定困难。

  目前,对磨煤机和送煤粉管道修复与强化的主要方法有:

  1.镍基碳化钨(Ni60+30Wc)喷焊层

  Ni-Cr-B-Si70% Wc30%

  焊层硬度HBC≥58~60,Wc硬度HRC≥73,适用于700℃以下磨粒磨损部位。

  2.药芯焊丝CO2气保焊

  由于药芯焊丝成分可调整,在粉芯中加入适量C、Mn、Mo、Cr等合金元素,提高硬度和耐磨度,焊层硬度可达HRC≥55以上,其使用寿命显著提高。

  3.Fe-05焊块碳弧焊

  Fe-05粉块堆焊材料的特点:

  高碳高铬铁基合金具有优越的耐磨粒磨损性能,同时也具有一定的抗腐蚀性,目前在世界上已得到广泛的使用。国内外已成功地用于各种磨煤机、矿石破碎机、水泥磨机、抛丸机、水轮机、泥浆泵等严重磨损的零件上获得了显著的经济效益,Fe-05焊块堆焊层硬度HRC>60,通过磨损试验,较65Mn钢淬火试样高12倍左右,较堆256焊条堆焊层可高5~30倍,在制砖机绞龙叶片生产考核中寿命提高3~10倍。已在石景山发电厂、富拉尔基电厂、石家庄热电厂、军粮城等电厂得到了成功的应用。

  四、热喷涂技术在修复汽缸结合面中的应用

  汽轮机是火力发电设备的主机之一,国内已投产的大中型汽轮机不下数百台,随着电力工业的迅速发展,近几年,每年都有500万kW的新汽轮机发电机组投入运行,汽轮机的运行台数在逐年增加。

  在运行的汽轮机中,除少量的低温低压机组我,主要是中温中压、高温高压和超高压三种类型的机组。它们使用的蒸汽温度在436~535℃之间,蒸汽压力为3.5~13.7MPa。这种高温高压的工况条件及长期运行使设备产生老化,致使相当一部分汽轮机的结合面产生变形,出现泄漏现象,造成蒸汽损耗增大,汽缸真空下降,直接危及汽轮机的安全运行,有时不得不停机进行大修。

  多年来,一些科研部门和火电厂的技术人员,都在研究探索解决汽缸结合面变形处理的技术及工艺方法。曾采用补焊和大面积人工修刮,以及更换汽缸结合面螺栓材质,增加螺栓紧力的办法消除漏气,但效果均不理想。

  最近几年来,由于热喷涂技术的推广和应用,为解决汽缸结合面的泄漏提供了新的工艺方法。实践证明,采用喷涂工艺修复汽缸结合面变形是成功的,较好地解决了这个存在多年的重大技术课题。

  主要工艺方法:

  采用氧乙炔火焰金属粉末喷涂或电弧喷涂,结合强度高,硬度适中易刮削的涂层,现场制定喷涂及修复方案。

  主要应用实例:

  1.略阳发电厂汽缸结合面的喷涂修复

  略阳发电厂安装的国产N75-90型汽轮机,自1974年12月投产以来一直存在汽缸结合面泄漏的问题,随着运行时间的推移,结合面变形增大,泄漏越加严重。1981年7月停机待修,10月该厂采用新的喷涂工艺方案对3号机汽缸结合面进行修复。

  汽缸结合面经喷涂修复后,汽轮机在稳定50MW负荷下漏气压力为“0”,经过7664h的运行考验,到1984年6月揭缸检查,喷涂部位完整无损。该机运行到目前没有脱落现象。实践证明,喷涂工艺方案是成功的。

  2.韩城发电厂汽缸结合面的喷涂修复

  韩城发电厂安装的国产N125-135/550型汽轮机,自1979年投产后汽缸结合面逐渐变形,泄漏日趋严重,1984年5月停机大修。经冷态检查测量(紧1/3螺栓),结合在变形严重,变形面积达87%,高中压内缸最大间隙0.95mm,低压外缸最大间隙达2.8mm。

  大修中采用新的喷涂工艺方案,对汽缸结合面进行了喷涂修复,在局部位置试用了刷镀工艺。喷涂层的最大厚度达3.3mm。

  该机喷涂修复后,汽缸结合面泄漏消除,低压缸真空严密性由大修前的每分钟下降2.3kPa,提高到每分钟下降0.26kPa;排气缸真空由大修前的87kPa,提高到92kPa,运行到现在未发生泄漏。经揭缸检查,喷涂层完好。

  韩城发电机汽轮机汽缸结合面的喷涂成功,不仅证明国产喷枪和粉末的可靠性,同时证明新的喷涂工艺方案是可行的,对高压大型缸体结合面大面积的喷涂修复也是适用的。

  3.河南电力安装公司采用喷涂与刷镀结合的方法,也成功地修复了汽缸结合面。

  4.北京高井发电厂高压汽缸结合面,2004年2月大修时,发现严重泄漏,采用电弧喷涂技术进行修复,获得成功。

  5.平顶山发电厂高、中、低汽缸结合面,2005年1月大修时,发现严重泄漏,采用电弧喷涂技术进行修复,获得成功。

  6.辽宁清河发电厂高、中、低汽缸结合面,2005年6月大修时,发现严重泄漏,采用电弧喷涂技术进行修复,获得成功。

  五、热电厂给排水系统、输变电结构,锌、铝及其合金长效防护涂层的推广应用

  由于钢铁结构件长期处在各种气氛(包括海洋、工业城市、田野、矿井)、不同水质(海水、淡水)的浸渍和不同介质的浸蚀环境中,均受不同程度的腐蚀。据资料介绍,全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈,大约有30%的钢铁设备因腐蚀而失效。工业发达国家,每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的2~4%,我国这方面的损失每年也达数百亿元。

  热喷涂锌、铝及其合金涂层,外加封闭处理,就可以制备长效防护复合涂层。有效防护期一般可达20~30年,最长有效记录国外已有60年之久的记录。随着我国热喷涂技术的发展与提高,锌、铝及其合金涂层将逐渐取代了传统的刷油漆工艺,在某些领域里应用热喷涂锌、铝涂层也代替了一部分热浸锌工艺。因此,大力推广应用锌、铝长效防护复合涂层意义重大。

  锌、铝涂层的防护机理:

  研究表明,钢铁件在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因,在没有保护的情况下,碳钢的平均腐蚀速率比锌高5~20倍,比铝高40~100倍。采用普通的油漆防护时,由于漆膜与钢铁基体的粘附强度低,耐冲刷和颗粒磨损能力低,使用过程中老化变质等原因,往往容易造成局涂层脱落、损失,而使钢铁基体锈蚀,导致油漆层大面积起泡脱落,致使短期内防护失效。

  表6 碳钢、锌和铝在各种大气中的腐蚀速率

  材料平均腐蚀速率(μm/年)

  乡村大气城市大气工业区大气海洋大气

  碳钢4~6523~7126~17526~104

  锌0.2~32~162~160.5~8

  铝0~0.11 0.4~0.6

  注:质量损失法测得

  热喷涂锌、铝涂层对钢铁基体有双得保护作用。

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