電弧超音速噴涂是以電弧為熱源，將金屬絲熔化并用氣流霧化，使熔融顆粒高速噴射到工件表面形成涂層的一種工藝，采用該工藝在鍋爐水冷壁噴涂涂層，用于高溫防腐，該涂層具有優(yōu)異的高溫耐蝕性能和良好的耐磨性能。

關(guān)鍵詞：電弧超音速噴涂；水冷壁；高溫耐腐蝕性能；耐磨性能

1、引言

近年來，XX公司相繼有多臺鍋爐發(fā)生嚴(yán)重的水冷壁高溫腐蝕，腐蝕最嚴(yán)重的鍋爐水冷壁最小壁厚僅1.3 mm，腐蝕速度達(dá)2 mm/a。各鍋爐發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域基本相近，即燃燒器出口射流下游區(qū)域，高度在燃燒器中心線附近，且管子向火側(cè)的正面點(diǎn)腐蝕得最快。水冷壁發(fā)生高溫腐蝕后，壁厚減薄，強(qiáng)度降低，容易造成爆管和泄漏，危及鍋爐安全運(yùn)行。上述鍋爐都因高溫腐蝕使水冷壁管在較短時間內(nèi)減薄，不得不在檢修時大面積換管，不僅耗費(fèi)材料，而且檢修時間延長，工作量增加，經(jīng)濟(jì)損失巨大。水冷壁高溫腐蝕問題己成為困擾XX公司鍋爐安全運(yùn)行的痼疾。

由于近年來煤炭資源日趨緊張，煤炭的采購日益困難，所以XX公司燃用煤種比較復(fù)雜并且配煤比較困難，XX公司的鍋爐均依靠燃用劣質(zhì)貧煤維持正常生產(chǎn)，從而造成腐蝕區(qū)域存在強(qiáng)烈的還原性氣氛，嚴(yán)重腐蝕區(qū)域煙氣含O2量幾乎為零，而CO含量則高達(dá)10％以上，有的鍋爐局部區(qū)域CO甚至接近30％。腐蝕發(fā)生區(qū)域及腐蝕管子形態(tài)的化學(xué)組成都是相似的。高溫腐蝕的位置都是在噴燃器區(qū)域的四面水冷壁上。腐蝕的嚴(yán)重區(qū)域大都位于燃燒器出口射流的中下游。腐蝕區(qū)域的水冷壁向火側(cè)一般呈黑褐色，外層松軟，內(nèi)層堅(jiān)硬，在剝落硬層后，垢狀物與水冷壁管結(jié)合面處呈孔雀藍(lán)光澤。

2、高溫腐蝕研究及措施

2.1 煤種問題

煤種是造成高溫腐蝕的主要原因之一。對發(fā)生高溫腐蝕鍋爐所燃用煤質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，大部分鍋爐的燃煤含硫量均在1.2％以上，有些甚至高達(dá)2%—3％。高含硫量使煤在燃燒中產(chǎn)生更多的腐蝕性物質(zhì)，加速了水冷壁的腐蝕。

2.2 四角切圓燃燒方式造成爐內(nèi)燃燒風(fēng)粉分離

這是四角切圓燃燒鍋爐普遍存在的問題。一、二次風(fēng)射流噴出燃燒器后由于受到上游鄰角氣流的擠壓作用及左右兩側(cè)不同補(bǔ)氣條件的影響，使氣流向背火側(cè)水冷壁偏轉(zhuǎn)，此時剛性較弱的一次風(fēng)射流將比二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)更大的角度，從而使一、二次風(fēng)分離。一、二次風(fēng)的剛性相差越大，這種分離現(xiàn)象越明顯。由于部分一次風(fēng)射流偏離了二次風(fēng)，煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒，在射流下游水冷壁附近形成局部還原性氣氛，這是引發(fā)高溫腐蝕的一個重要原因。

2.3 燃燒器的影響

XX公司鍋爐采用的是彎頭式水平濃淡燃燒器，它的優(yōu)點(diǎn)是降低NOx排放、改善煤粉著火條件及提高煤粉燃燒穩(wěn)定性的燃燒器。但對于水平濃淡燃燒器，濃股煤粉風(fēng)粉比例較低，如果不能設(shè)法強(qiáng)化其后期混合，則有可能導(dǎo)致還原性氣氛加強(qiáng)，增加高溫腐蝕的可能。為充分發(fā)揮濃淡燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，根本途徑是使煤粉在進(jìn)入燃燒器后，設(shè)法在其著火區(qū)域使煤粉在一次風(fēng)中實(shí)現(xiàn)局部濃淡分離，且隨著一次風(fēng)流動的發(fā)展，借助于湍流擴(kuò)散作用，濃縮煤粉與一次風(fēng)中的空氣自動混合，有利于著火及降低NOx排放量，而不會產(chǎn)生后期混合難的問題。這可能是正確利用濃淡燃燒技術(shù)的方向。

2.4 運(yùn)行狀況的影響

燃燒對水冷壁高溫腐蝕的影響主要是燃燒工況不完善、燃燒切圓過大、鍋爐配風(fēng)不佳等原因造成煤粉在水冷壁附近強(qiáng)烈燃燒或直接沖刷水冷壁，水冷壁附近煙氣形成較重的還原性氣氛，腐蝕介質(zhì)大大增加，導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生。

針對XX公司的具體情況，在防治高溫腐蝕的問題上我們做了大量的工作：①提高鍋爐的煙氣含氧量②降低煤粉細(xì)度③開大中下二次風(fēng)量④加強(qiáng)燃料配煤工作，降低燃煤含硫量。由于種種原因上述措施對減輕水冷壁高溫腐蝕上效果不是很明顯。因此XX公司以#3鍋爐作為試驗(yàn)爐，于XX年XX月對#3爐燃燒區(qū)域進(jìn)行了電弧超音速噴涂。

3、電弧超音速噴涂技術(shù)

3.1噴涂范圍：

#3爐三次風(fēng)噴口至下二次風(fēng)噴口之間約3.8m高的水冷壁管及燃燒器周圍的水冷壁管約84㎡左右。

3.2噴涂質(zhì)量及技術(shù)要求

對水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮，比較理想的方法是采用熱噴涂技術(shù)。經(jīng)過一系列的準(zhǔn)備工作，于XX年XX月利用#3 爐檢修期間，我們對其水冷壁進(jìn)行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。 鋼鐵材料的表面防護(hù)涂層分兩大類。一類是隔離涂層，如電鍍鉻、油漆及有機(jī)涂料；另一類是陽極涂層，如電鍍鋅、熱浸或噴涂XXCT合金作為犧牲陽板仍對該處表面鋼鐵具有防腐蝕保護(hù)作用，避免孔隙腐蝕、保護(hù)層下腐蝕及由此引起涂層的脫落，陽極涂層還兼有隔離涂層作用。

選擇防腐蝕涂層材料除考慮其陽極性外(即選擇陽極電位低于鋼鐵的金屬成份)，還應(yīng)要求其熱膨脹系數(shù)接近鋼鐵材料，具有良好的塑性，以避免脫層，材料還應(yīng)具有一定的抗沖蝕能力。對選擇的一種或幾種材料應(yīng)進(jìn)行噴涂試驗(yàn)、性能試驗(yàn)和對比試驗(yàn)等。

該噴涂材料是自發(fā)放熱型材料XXCT，噴涂后涂層與基體金屬表面產(chǎn)生原子擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合，涂層又形成粗糙表面，便于與工作層連接，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度。噴涂層材料的膨脹系數(shù)與水冷壁管材料接近，使涂層在交變熱應(yīng)力作用下不會脫落，它具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、延展性好、抗沖蝕能力強(qiáng)且價格便宜等特點(diǎn)，涂層厚度 0.8—1.0mm。噴涂工藝如下：

A.噴砂打磨：

噴涂前的基體表面必須清潔、無油污、且須達(dá)到清潔和毛化要求。噴砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金屬外觀和均勻粗化。噴砂后，基體表面粗糙度應(yīng)達(dá)到 Rz40—80um。且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。選擇磨料時，根據(jù)基體金屬的種類和涂層的厚度而定，磨料必須清潔、有棱角，才能保證涂層與基體結(jié)合良好。

B.防腐蝕噴涂：

使用超音速電弧噴涂技術(shù)對水冷壁進(jìn)行噴涂，噴涂材料為專用 XXCT，設(shè)計(jì)噴涂厚度 0.8—1.0mm。噴涂表面達(dá)到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，其間隔時間越短越好，在晴天或不潮濕的天氣，間隔時間不可超過12小時，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時間不超過 2 小時。噴涂必須在如下條件下實(shí)施：環(huán)境大氣高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點(diǎn)高 3 ℃，在雨天、潮濕或含霧的氣氛中，噴涂操作必須在室內(nèi)或工棚棚中進(jìn)行。

C.后處理：

對于防腐噴涂，必須加封孔劑，以避免腐蝕物質(zhì)通過涂層的孔隙往里面滲入，直接腐蝕母材，或間接減少防腐涂層的有效厚度。封孔劑選擇有機(jī)硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面。

D.現(xiàn)場檢測：

噴涂完成后，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，涂層表面致密、均勻、顆粒細(xì)小，不允許有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。使用測厚儀進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測，厚度達(dá)到要求，可以保證工程質(zhì)量。

4、噴涂效果分析：

4.1噴涂前后鍋爐運(yùn)行分析:

#3爐噴涂前后爐膛溫度統(tǒng)計(jì)

注：以上參數(shù)因受負(fù)荷和對比時環(huán)境溫度的影響，數(shù)據(jù)僅供參考。

綜上所述，通過高溫噴涂減輕了水冷壁的腐蝕和磨損程度，保持了水冷壁的清潔度，減輕了受熱面的結(jié)焦積灰及硫化物硫酸鹽的存在，增大了水冷壁的傳熱效果，使?fàn)t內(nèi)水冷壁的吸熱量大大增加，從而增加了飽和蒸汽的產(chǎn)量，使得主汽溫度降低，減溫水使用量大大減少；由于爐內(nèi)吸熱量的增加使得燃料的有效利用熱量增加，增強(qiáng)了換熱效果使得煙氣溫度降低，因此爐膛溫度和排煙溫度才出現(xiàn)了下降，提高了鍋爐的熱效率。

4.2噴涂前后水冷壁壁厚對比

通過停爐后對水冷壁的測厚結(jié)果來看，得出如下結(jié)論：噴涂前水冷壁減薄速率明顯高于噴涂后水冷壁減薄速率。

為了防止高溫腐蝕和磨損，超音速電弧噴涂 XXCT 可以取得很好的效果。通過各種性能試驗(yàn)和實(shí)踐證明，利用超音速電弧噴涂的 XXCT 涂層，可以大大延長水冷壁管的使用壽命，同時也可以對長時間運(yùn)行后的水冷壁管進(jìn)行再防護(hù)，以進(jìn)一步延長水冷壁管的使用壽命。

五、結(jié)束語

水冷壁管的可靠性，直接關(guān)系到電廠機(jī)組是否能安全有效運(yùn)行，但鍋爐運(yùn)行中不可避免地對水冷壁管造成腐蝕、沖蝕（磨損），使其有效承載能力下降、安全性降低。超音速電弧噴涂層做為一種相對成熟的防磨技術(shù)，能對水冷壁管表面實(shí)施有效保護(hù)，降低運(yùn)行成本，直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益都很高，有極大的開發(fā)利用價值和推廣價值。我們認(rèn)為，通過試驗(yàn)已經(jīng)實(shí)踐證明，熱噴涂技術(shù)能夠?yàn)槲覐S鍋爐的水冷壁保護(hù)提供一個較為可靠的解決辦法。

來源：互聯(lián)網(wǎng)

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