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2020年4月19日
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CFB锅炉喷涂方案
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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,一般可达煤粉炉的几十倍到上百倍,而且烟气流速大,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;特别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
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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
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失效图3
区)
二、涂层设计
失效图4(耐火材料过渡
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
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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
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