超音速电弧喷涂技术在锅炉防磨防腐中的应用

杨晓亮

华润电力唐山丰润热电有限公司河北唐山063000

摘要：利用超音速电弧热喷涂技术对锅炉受热面进行喷涂，是一种先进有效的防护方法。研究与经验表明，通过正确的施工，SAM高铬稀土合金涂层对锅炉受热面起到良好的防磨效果，而PS45高镍铬合金涂层能起到良好的防腐蚀效果，并且涂层对锅炉传热无明显影响。

关键词：磨损；腐蚀；超音速电弧热喷涂；

1设备简介及现状

华润电力唐山丰润有限公司锅炉设备概况为：

锅炉采用北京巴威锅炉厂制造的B&WB-1140/25.4-M型直流锅炉，超临界参数、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、前后墙对冲燃烧、全钢架悬吊结构、可变压运行直流炉，紧身封闭布置。烟气采用电袋复合式除尘器除尘、石灰石-石膏湿法脱硫。设计2台锅炉，分别于2014年11月份/12月份投入运行。

近两年由于煤质变化，锅炉面临炉膛结焦，造成吹灰器吹灰频繁，水冷壁磨损大等难题，给锅炉安全长周期运行带来了很大隐患。其中锅炉水冷壁磨损问题尤为突出。

2水冷壁磨损的原因分析

2.1吹灰器吹灰磨损

这是锅炉水冷壁失效和爆管的主要原因，高的物料流化速度、大的物料粒度和浓度、硬质点SiO2因素，都造成对水冷壁的严重冲刷和撞击.

2.2高温氧化

炉膛内的温度高达900℃，甚至1000℃左右，致使水冷壁管表面的高温氧化现象十分严重。氧化皮在固体物料的冲刷下不断剥落、重新生成、再剥落，是水冷壁管壁逐渐减薄。

2.3高温腐蚀

炉膛内的烟气中常含有HCI、H2S、NaOH、SO2、SO3等腐蚀性气体会与管壁金属发生反应，破坏氧化膜，使氧化层变成疏松的海绵状，高温又会加剧腐蚀。

2.4硫酸盐型腐蚀

当锅炉燃用含K、Na、S等成份较多的煤时，在炉内高温烟气的作用下，还会发生硫酸盐型腐蚀。这是由于燃料燃烧时升华逸出的碱性金属氧化物K2O和Na2O会冷凝在换热管壁上，这些氧化物与管壁周围的SO3反应生成硫酸盐，形成了松散的结焦层。焦层中的硫酸盐在含有SO3的烟气作用下会与管壁氧化层Fe2O3反应生成Na3Fe（SO4）3和K3Fe（SO4）3，于是管壁再向内形成新的Fe2O3层，由于复合硫酸盐腐蚀性强且熔点低，如温度大于550℃就呈稳定的液态，从而使管壁金属流失。

超音速电弧喷涂由于使用了拉伐尔喷嘴，使气流速度超过音速，从而使粒子流的速度也超过了音速。速度提高了，所以雾化的粒子变得更小了，从而在金属面上的分布也就越均匀，粒3超音速电弧喷涂的雾化效果。子基本接近球形每个粒子之间的距离很小，分布较均匀。高速度还使得涂层的强度大大提高，由于粒子速度很高，因此，粒子沉积时的冲击力就会很大，从而有利于提高活性区域的面积。

3超音速电弧喷涂的材料

3.1金属线材

目前超音速电弧喷涂表面合金化技术主要使用丝材，比较常用的有锌、铝、镁，还有一些新兴材料产生，例如铝镁锌丝材等。研究表明，铝涂层和锌涂层由于具有阴极保护作用，因此它们的耐腐蚀性较好。

3.2封闭涂料

在电弧喷涂技术早期，往往使用乙烯树脂、硝基涂料、醋酸共聚物、苯酚树脂、改性醇酸树脂、酚醛树脂、改进型环氧树脂等液体封闭剂进行封闭。

3.3高耐候面漆

随着工程要求的提高，对涂料也提出了越来越高的要求。目前氟碳涂料、聚硅氧烷涂料等是应用比较广泛的。其中氟碳涂料抗腐蚀性和耐候性越来越具有优势，被广泛运用到桥梁铁路刚结构的防护当中，与超音速电弧喷涂层以及纳米封闭层一起形成了一个防腐蚀体系。

4三层复合超音速电弧喷涂技术简介

4.1技术特点

三层复合超音速电弧喷涂技术是近年来应用比较成熟的一种新型防腐技术，普通火焰喷涂相比，有以下技术特点：

4.2热效率高

火焰喷涂产生的大部分热量散失到大气和冷却系统中了，热能的利用率仅为8-15%。而电弧喷涂是直接用电能转化为热能来熔化丝材，热能利用率高达70-80%。

4.3生产效率高。

①电弧喷涂的生产效率高，表现在单位时间内喷涂的金属丝材多。一般情况下，其生产效率是火焰喷涂的8倍以上。②操作简单，安全可靠。电弧喷涂设备没有复杂的操纵机构，只要把工作电流、电压根据喷涂材料的不同选在规定范围内，均可保证喷涂质量。现场仅使用电能和压缩空气，不用氧气和乙炔等易燃气体，安全可靠。③涂层结合强度高。电弧喷涂可在不提高工作温度，不使用贵重金属的条件下获得较高的结合强度，一般可达20MPa，是火焰喷涂涂层强度的2.5倍。而超音速电弧喷涂涂层的结合强度可达60MPa，与等离子的质量接近。④涂层孔隙率低。涂层表面的孔隙率普遍低于1%，提高了涂层的耐磨耐蚀性能。

4.4技术原理

三层复合超音速电弧喷涂原理是利用两根连续送进的金属丝作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并以超音速喷向工作件形成一种结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低的涂层的热喷涂方法。其工作原理与普通电弧喷涂（亚音速雾化）一样，超音速电弧喷涂是一个不断连续进行的熔化-雾化-沉积的过程。但在雾化方式上，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有根本的区别，即超音速电弧喷涂是采用超音速雾化。其优点是：雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。超音速电弧喷涂采用拉伐尔喷嘴，将气流的速度从亚音速提高到超音速，加强了气流对粒子的加速效果，从而提高了粒子速度。粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用就强，粒子变形就充分。有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和内聚强度；粒子速度高，粒子沉积前在空气中的飞行时间短，飞行中产生的氧化物就少，有利于粒子的结合，从而提高涂层的内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子速度越高，越有利于获得高质量的涂层。随着热喷涂设备的更新换代，粒子速度在不断提高，涂层的质量也不断得到改善。

5总结

由于三层复合超音速电弧喷涂技术具有独特的优点，一经采用，就产生了很大的经济效益和社会效益。通过采用该技术，水冷壁使用寿命可延长2-3年，130t/h锅炉每年减少不正常停炉2次，75t/h锅炉每年减少不正常停炉3次，每年可增加效益260万元。

参考文献

[1]刘允庚.超音速电弧喷涂在电厂中的应用[J].山东煤炭科技，2006，（6）：21-22.

[2]方立，孙树宽.循环流化床锅炉水冷壁磨损与防护[J].水利电力机械，2007，29（9）：80-82，93.