通用CFB防磨技术设计

循环流化床锅炉受热面防磨防腐超音速电弧喷涂循环流化床锅炉受热面防磨防腐超音速电弧喷涂 工程技术设计工程技术设计 循环流化床锅炉 由于炉型结构和设计参数等特点 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 尤其在 炉墙上部水冷壁局部区域存在引起严重磨损的涡流效应和切割效应等 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 可大大延长设备的使用寿命 一 失效分析一 失效分析 CFB 锅炉炉膛水冷壁等受热面部位 失效的主要原因是受到高速高浓度含床料 燃料气流的强烈冲刷磨损 局部区域存在严重的涡流效应和切割效应 其次还伴有烟 气的高温腐蚀 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 磨损与烟气流速的 3 6 次方成正比 与含尘浓度 成正比 而在 CFB 锅炉中 固体物料的浓度巨大 通常可达煤粉炉的几十倍到上百倍 并且烟气流速大 颗粒硬且棱角尖锐 因而在高速烟气的带动下 对水冷壁等受热面 部位的冲刷磨损极为严重 涡流效应是在炉膛四角和卫燃带顶部等区域水冷壁管因受 一次流态风和二次干扰风复合作用所致 导致对管壁的局部磨损尤为明显 切割效应 体现在卫燃带顶部平台上方水冷壁处 当煤渣等固体颗粒以较高速度下降到该平台时 产生反弹 其中往水冷壁侧反弹部分对水冷壁管产生切割效应而导致严重磨损 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 在上述多重因素共同作用下 水冷壁部位从外向内不断地被冲刷 磨损和氧化 腐蚀 使之逐渐变薄 当局部承受不了管内水汽压力时即造成爆漏而失效 二 涂层设计二 涂层设计 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 我们建议采用 超音速电弧喷涂技术 选用 HDS 955 金属合金丝材制作打底层以提高基材与防磨层的 结合强度 同时选用耐冲刷磨损和抗高温氧化性能俱佳的金属合金丝材 HDS 99 制作 工作层 涂层表面则选用 KM 型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔 由此制得的复合 涂层进行防护能满足防护要求 三 超音速电弧喷涂技术简介三 超音速电弧喷涂技术简介 超音速电弧喷涂是我公司通过引进先进设备和技术开发的金属热喷涂新技术 被 美国 日本等发达国家列为二十一世纪表面工程关键技术 该喷涂技术采用燃烧于丝 材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化 经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝 材雾化为粒度细小 分布均匀的粒子 喷向工件形成涂层 熔化粒子与基材主要以机 械 物理和冶金等方式结合 其结合强度可达 55MPa 以上 与普通电弧喷涂和火焰喷 涂相比 超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度 更强的结合强度 更低的孔隙率 涂层均匀度高 致密性好 且喷涂工件不变形 可获得高质量的涂层 四 复合涂层技术指标四 复合涂层技术指标 1 HDS 955 合金丝涂层 丝材主要成份 Ni 95 厚 度 0 1mm 孔 隙 率 0 9 结合强度 70MPa 2 HDS 99 金属合金丝材涂层 丝材主要成份 Ni Cr Cr3C2及 Ti 等微量元素 厚 度 0 6mm 粒子速度 386m s 结合强度 55MPa 硬 度 69 HRC 孔 隙 率 0 9 基体温度 120 工件变形性 不变形 不改变母材表面金相组织及理化性能 3高温耐磨防腐专用封孔层 主要成份 纳米氧化锆 纳米氧化铝 氧化铝微粉 氮化硼微粉等 工作温度 1000 耐 磨 性 10mg 1000r 结合强度 6 MPa 厚 度 0 05 0 1mm HDS 955 HDS 99 KM 型高温耐磨防腐专用封孔剂型高温耐磨防腐专用封孔剂 复合防护层厚度 复合防护层厚度 0 6 0 8 五 五 HDS 99 金属合金丝材说明金属合金丝材说明 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 99 金属合金丝材 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亚冶金结合结构 从 而结合强度更高 特别耐磨 该金属合金陶瓷材料热膨胀系数与锅炉钢系数相近 故 在冷热交变的工况下 不会出现起皮 开裂等现象 结合牢固 其热导率与锅炉钢材 料热导率相近 且厚度不超过 1 0mm 因此不会影响传热效果 六 六 KM 型高温耐磨抗蚀专用封孔剂说明型高温耐磨抗蚀专用封孔剂说明 KM 型高温耐磨抗蚀专用封孔剂系采用超硬新材料 合成新工艺 以及粒子的配 级等技术精心加工 配制而成 在常温下可快速固化 高温下形成坚硬的陶瓷体 其 高温耐磨性好 导热系数大 抗蚀性强 与金属表面粘结具有极强的吸附性和热震稳 定性 不脱落 不出现裂纹等特点 用其对金属热喷涂涂层表面进行封孔 能有效渗 透 浸湿涂层孔隙 并在高温下逐渐陶瓷化 使整个涂层更致密 阻止介质中的有害 成份通过微小的涂层隙进入涂层内部 能获得有效封闭毛细孔的效果 七 施工条件七 施工条件 为了作好施工准备工作 其施工需要具备以下条件 1 电源 380V 20KW 三相交流电 2 气源 气压 5kgf 流量 5m3 min 3 平台 长 4m 最少 3m 宽 2m 最少 1 5m 4 喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过 15m 5 提供施工部位所需的脚手架 八 施工工艺流程 八 施工工艺流程 合格 不合格 编制施工技术方案 现场勘察 审查资料 管壁测厚 1 管壁表面检验 工序检查 涂层封孔 质量验收 喷 涂 涂层质量检验 测厚 2 表面预处理 九 施工技术规范 九 施工技术规范 1 施工准备 根据实际需要搭好脚手架 清除受热面上的大块焦 杂物等 对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查 如发现需要修整补强的部位应 及时向甲方提出 利用现场已有条件进行设备就位 电气接线 气源管线连接及磨料回收帆布铺 设工作 2 表面预处理 表面预处理按照 GB11373 89 热喷涂金属件表面预处理通则 进行 其处理的好坏直接影响喷涂层的结合强度 喷砂前 对非有效表面采用遮蔽带 硬木板或橡胶等物进行遮蔽保护 并预留 过渡区域 以保证涂层边缘光滑过渡 磨料选择及使用 喷沙材料应选用质坚有棱角的特级石英沙 按国家标准 必 须净化 使用前应经筛选 沙内粘土及细粉尘含量不应大于 5 不得含有油污 喷沙 前石英沙要晾晒干燥 含水量应不大于 1 并存放干燥 防止受潮 雨淋 沙内混入 杂质 所用砂粒必须清洁 干燥 喷砂区域设围护及其它回收措施 确保不污染周围 环境 经质量工程师确认后方可进行喷砂 喷砂装置 采用压力式喷砂设备 压缩空气 利用现场气源或自备空压机 空气压力范围为 0 5 0 6Mpa 气体流 量控制在 6m3 min 左右 操作方法 喷砂距离 100 300mm 喷砂角度 与基体 60 80 每次喷砂 5 6m2 除锈应从下至上进行 将凹凸不平的受热面打磨光滑平整后立即喷砂 表面清理 度达到 Sa3 0 级 即完全去除钢材表面的锈 氧化皮 油污等附着物 并露出灰白色金 属光泽 其粗糙度达到 RZ50 90 m 在喷砂后应检查预处理的表面 采用 TR100 袖珍式表面粗糙度测试仪进行检测 发现有锈蚀或不合格的部位应重新进行处理 合格后再用 DC 2000B 型智能超声波测 厚仪对管壁进行第一次测厚 1 喷砂完工后设备表面不得受潮 氧化及污染 在 2 4 小时内必须进行电弧喷涂 以保持被喷表面较高的活化度 除锈后经有关人员验收合格后方可进行喷涂施工 3 喷涂 超音速电弧喷涂按照 GB11375 1999 热喷涂操作安全 执行 喷涂前 在表面预处理和喷涂工序之间需中间停留时 应对经预处理的有效表 面采用干净牛皮纸或塑料膜等进行覆盖保护 丝材选用 2 0 mm HDS 955 和 HDS 99 金属合金丝材 洁净气路 经冷冻式干燥机及三级过滤即可获得干燥洁净的压缩空气 喷涂设备选用 选用 SAS 1 型超音速电弧喷涂专用喷涂电源及配套送丝装置 等 喷枪选用 选用超音速电弧喷涂 其雾化气流速度大于 500m s 粒子速度达到 386m s 以上 涂层孔隙率可控制在 0 9 以内 同时涂层与基体的结合强度也得到了明 显的改善 喷涂工艺参数 a 粒子喷涂速度 386m s b 电弧电压 32 34V 电弧电流 160 200A c 雾化空气压力 0 5 0 6Mpa d 喷涂距离 150 200mm 喷涂角度 45 e 喷砂与喷涂每 5 6m2间隔循环进行 喷涂过渡区域宽度为 100mm 边缘平滑过 渡 无凹凸台阶 f 涂层厚度 0 7mm 喷涂方式 采用井字型喷涂方式 分层 分区作业 每区 5 6m2 局部区域喷 涂达到工艺设计厚度后再移换到其他区域 确保喷涂层的厚度均匀及结合力 防止出 现漏喷现象 喷涂完毕后 应进行涂层质量检验 并测量厚度 2 若 0 7mm 2 1 判定合格 可进入下一道工序 否则对不合格部位应进行补喷涂 操作注意事项 a 分块作业 局部区域喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域 搭接部位设置辨 认标志 操作时 层间温度不得高于 80 b 送丝盘及送丝情况设专人监护 以保证顺利送丝 防止丝材 打结 同时必须 保证两丝间绝对绝缘 以免造成短路 c 喷涂前应在试板上试喷 以便调节电压 电流 送丝速度 压缩空气流量 检 查气路的活接头及软管接头 不得有漏气现象 如发现送丝不稳 电弧不稳定燃烧 严重漏气等特殊现场应及时检查 调整 调节电压时应断开主回路 以免损伤主变压 器 注 喷涂过程中烧损的导电嘴应及时更换 加工精度超标的导电嘴禁止使用 d 喷涂过程中若发现送丝不稳 熔丝爆断 电弧时断时续现象 应先检查导电嘴 使用状况 再次检查导丝管安装是否牢固 松动时应及时拧紧 十一 质量状况说明十一 质量状况说明 选用 16 20 目优质石英砂去除管壁表面氧化皮 直至管子表面露出金属光泽 使表面清洁度达到 GB8923 88 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 规定的 Sa3 0 级 选用 14 16 目棕刚玉进行表面粗糙化处理 以增大表面积 提高结合强度 其 表面粗糙度应达到 GB11373 89 热喷涂金属表面预处理通则 规定的 RZ50 90 m 涂层外观 涂层表面必须是均匀的 不允许有起皮 鼓包 颗粒粗大 裂纹 掉块 漏喷及其它影响涂层使用的缺陷 涂层厚度 在涂层厚度的把握上有如下措施 一是要求监督施工人员在操作过 程严格按操作规范施工