电厂锅炉管道高温冲蚀磨损和涂层防护技术

元玉龙

晋能大土河热电有限公司山西吕梁033000

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电厂的发展也越来越完善。火力发电是我国应用的一种极为主要的发电形式，电站锅炉在火力发电的过程中占据核心地位，借助提供蒸汽的方式来使火力发电站完成供给电能的任务，锅炉很难独立运行，往往需要辅助设备的支持，同时现代电站锅炉对于机械化技术、自动管控技术以及安全管理的要求极高，应用者要注重对锅炉的保护，爆漏事故是出现频率比较高的锅炉应用事件，热腐蚀现象以及高温条件下的磨损冲蚀问题是亟待解决的锅炉应用问题，为了强化锅炉的管壁，工作人员可以通过防护涂层技术保护锅炉管壁。

关键词：电厂锅炉管道；高温冲蚀磨损；涂层防护技术

引言

锅炉是现代电站的必备设备之一，一般的发电厂需要借助锅炉设备完成发电工作，常规的电站锅炉为中型或者大型的锅炉，具有极大的容量，属于热力设备，其主要功能是将满足质量以及数量要求的蒸汽提供给汽轮机，除了发电的基本功能之外，还能给外部环境提供热量，其具有的蒸发量也比一般的热力设备更大，在电站锅炉被应用的过程中，高温运行环境造成的冲蚀磨损问题会降低锅炉应用的安全性，借助防护涂层技术可以解决这类锅炉，应用问题。

1电站锅炉存在的高温磨损冲蚀问题研究

飞灰问题是一种对锅炉影响极大的不良应用情况，对其简要研究：飞灰冲蚀磨损是一项气固两相流与金属摩擦理论相交叉的综合性课题，金属材料的冲蚀磨损量是一个受工作环境影响的系统参数，它一般受以下参数的影响：一是环境参数，包括冲刷角、飞灰颗粒速度及浓度、冲蚀时间、环境温度。二是颗粒特性，包括粒度、形状、硬度、密度、飞灰的化学特性及颗粒组成。三是靶材性质，包括机械性能及热物理性能。这三方面因素是互相影响的。在温度对锅炉管道冲蚀磨损影响的试验研究中得出：在达到一个临界温度之前磨损量随温度上升而增加，随后当温度进一步上升时，磨损量递减。而且磨损量的峰值随着粒子冲击能量的增加而偏向于更高，其磨损率也同时增大，合金抗氧化性能越强，其峰值越偏向于较高温度。提到温度，就不能不提到金属氧化膜。一般来讲，常温下氧化膜非常薄，但在高温时，氧化膜厚度会大大增加，且温度越高，厚度呈指数规律增大，起到保护基质的作用，使金属表面抗磨损能力增强。但是随着温度的继续升高，由于氧化膜和金属基质的热膨胀系数不同，在某临界温度下，氧化膜会产生裂纹而剥落，由此导致磨损量迅速增大。正因为飞灰具有石英的近似硬度，所以它对管道的不断撞击，造成磨损的加剧；飞灰的密度越大则惯性冲击率就越大，因此飞灰的密度对磨损状况的影响也不能忽视。从以上对于电站锅炉普遍存在的这种磨损冲蚀问题的研究中，可以找出以下几种应对方法：首先可以对燃煤材料进行更改，用具有优越品质的燃煤来替代当前的普通燃煤，借此来缩减二氧化硫这一类颗粒物质的数量；如果从锅炉改造的角度进行考虑，可以对锅炉系统的管道结构加以调整，借此来减轻飞灰带来的冲击，削弱磨损强度；从锅炉管理工作入手，可以缩短锅炉检查的周期，适时对破损、无法继续应用的锅炉管道进行更换；对于锅炉中存在腐蚀问题相对严重的部位施加局部热处理，同时可以给炉壁等部位添加防护性涂层，在以上方法之中，热处理以及涂层喷涂工艺是最为经济合适的处理方法。

2涂层防护技术的实际应用

2.1技术应用性能分析

从当前的涂层应用技术来看，有多种材质的涂层可供锅炉管理人员选择，无论给锅炉选择哪一种涂层，都要保证满足基本性能要求。针对电站锅炉存有的这种高温状态下的磨损冲蚀现象，涂层不仅仅需要具有极高的抗氧化能力，还需具备耐腐蚀性以及抵抗磨损冲蚀的能力。从前文的分析之中可以了解到，飞灰是导致锅炉出现冲蚀磨损情况的根本原因之一，因此涂层首先需要具备可以抵抗飞灰的能力，尤其需要在氧化以及高温的应用条件下对飞灰加以抵抗；电站锅炉的运行环境的往往存在着持续性高温的应用条件，因此抗腐蚀耐热性能也是极为重要的，不仅仅需要有防护氧化以及高温外部条件的能力，同时还需要对硫化气氛具有一定的抵抗能力；电站锅炉对于土层的抗疲劳性能也存有较为严格的要求，主要是为了对系统的实际可靠性进行保持，由于这种电站锅炉在被应用时会存在多次停机的情况，因此抗疲劳性能也是非常必要的。从涂层自身来看，其必须要具有极强的致密性以及结合机体的强度，这种性能要求主要是为了防止机械脱落的情况出现；另外涂层工艺要尽量简便，应用成本也不能过高。

2.2陶瓷涂层分析

陶瓷材料本身就具有比较优越的抵抗冲蚀以及高温的能力，因此利用陶瓷材料制作涂层是一种比较好的应用思路，与常见的金属涂层相比，陶瓷材料的价格比较昂贵，如果陶瓷涂层受到强烈的外部冲击，其表面会形成裂纹，不仅仅削弱美观性，应用性能也会因此变差，从抗疲劳能力来看，金属涂层同样由于陶瓷涂层。由此可知陶瓷涂层存在实用性比较差的问题，在安装陶瓷涂层时，需要应用HVOF以及火焰喷涂的工艺，操作极为复杂。

2.3金属涂层分析

组成金属涂层的材料一般为合金材料，其具备的抵抗冲蚀情况以及高温情况的能力极高，接近不锈钢材料，从与应用基体的结合能力来展开研究，金属涂层仍旧是最佳选择，金属涂层的综合应用价值极高，能够满足电站锅炉提出的多种防护需要，其具有的优势包括抗疲劳能力以及抗腐蚀能力，喷涂金属涂层的方法也比较丰富，处理常用的火焰喷涂方法之外，还可以借助等离子喷涂技术完成喷涂金属涂层的任务。

2.4其他涂层分析

随着涂层研究工艺进步，新型的涂层喷涂技术也被研发出来，电站锅炉的管理者可以选择的防护涂层的种类更为丰富，基于陶瓷涂层具有的多种应用问题，相关研究者将陶瓷以及金属两种材料进行了结合，研制出了全新的复合型涂层，合金与金属材料在大攻角的应用条件下，能够呈现较高的抵抗冲蚀能力，而陶瓷这类脆性材料不同，在小攻角的应用环境中可以展现极好的冲蚀性能，而飞灰现象给管道带的冲蚀问题的攻角范围比较大，因此可以将两种涂层材料结合使用，将颗粒状的陶瓷相涂抹在金属材料表面，进而起到防护的作用。金属化合物材质的土层同样属于新型涂层，该种工艺并不成熟，应用金属化合物主要是出于以下考虑，合金材料一般都具有极为可靠的硫化性能、抗氧化能力，同时密度数值相对较低，由于不考虑使用相对昂贵的金属材料，因此成本也低于其他类型的涂层，然而受到研究条件的限制，涂层加工成型工艺还需被继续改进。

结语

电站锅炉具有复杂的内部构造，因此其可能会出现的安全使用问题也比较多，本文主要对高温磨损腐蚀情况进行了分析，这种情况一般会出现在锅炉系统的再热器、过热器以及水冷壁等位置，这些位置比较容易出现飞灰问题，如果锅炉长期存在的这种情况没有被重视，锅炉的主要管道就无法被继续使用，而通过各种涂层可以减小这种问题的实质性影响，与其他锅炉保护方法相比，应用涂层技术时并不需要花费过多的防护成本，精选出合适的涂层材料是最重要的。管理电站锅炉时，需要积极找出各种锅炉隐患问题并寻找防治路径。

参考文献

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