循環(huán)流化床鍋爐水冷壁等受熱面防磨防腐工程技術(shù)設(shè)計

循環(huán)流化床鍋爐水冷壁等受熱面防磨防腐工程技術(shù)設(shè)計循環(huán)流化床(CFB)鍋爐因其燃燒效率高、燃煤適應(yīng)性廣、環(huán)保和調(diào)峰能力強等特點而備受青睞，是近年來大力發(fā)展的爐型。但由于其燃燒和結(jié)構(gòu)的特殊性，投產(chǎn)運行后水冷壁密相區(qū)和四角、爐膛煙氣出口等受熱面部位磨損特別嚴(yán)重。因此，若在該部分鍋爐管出廠或投產(chǎn)前進(jìn)行防磨處理可以大幅度提高鍋爐運行效果和企業(yè)形象。一、失效分析CFB鍋爐爐膛水冷壁等受熱面部位，失效的主要原因是受到高速高濃度含床料、燃料氣流的強烈沖刷磨損，局部區(qū)域存在嚴(yán)重的渦流效應(yīng)和切割效應(yīng)，其次還伴有煙氣的高溫腐蝕。管壁的磨損是與氣流中固體物料濃度、煙氣速度、顆粒的特性硬度和流道幾何形狀等密切相關(guān)。據(jù)有關(guān)研究資料表明，磨損與煙氣流速的3.6次方成正比，與含塵濃度成正比，而在CFB鍋爐中，固體物料的濃度很大，通常可達(dá)煤粉爐的幾十倍到上百倍，并且煙氣流速大，顆粒硬且棱角尖銳，因而在高速煙氣的帶動下，對水冷壁等受熱面部位的沖刷磨損極為嚴(yán)重；渦流效應(yīng)是在爐膛四角和衛(wèi)燃帶頂部等區(qū)域水冷壁管因受一次流態(tài)風(fēng)和二次干擾風(fēng)復(fù)合作用所致，導(dǎo)致對管壁的局部磨損尤為明顯；切割效應(yīng)體現(xiàn)在衛(wèi)燃帶頂部平臺上方水冷壁處，當(dāng)焦渣等固體顆粒以較高速度下降到該平臺時，產(chǎn)生反彈，其中往水冷壁側(cè)反彈部分對水冷壁管產(chǎn)生切割效應(yīng)而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。煙道出口水冷壁部位則受到了煙氣拐向時，由于固體顆粒的慣性作用而引起強烈的沖刷、磨損。其次還易受到高溫氧化和硫酸鹽及硫、硫化物的熱腐蝕。水冷壁管具備了高溫氧化和高溫腐蝕條件，其煙氣溫度高，且是富氧燃燒，實踐證明，在300℃以上，管外表溫度每升高50℃，腐蝕速度增加1倍。鍋爐在運行過程中受熱面管表面首先發(fā)生高溫氧化，表面生成Fe2O3，其次燃料灰中的Na2O和K2O與煙氣中的SO3化合生成硫酸鹽，其捕捉飛灰形成結(jié)渣和流渣，此時煙氣中SO3與M2SO4同管壁上的Fe2O3反應(yīng)生成復(fù)合硫酸鹽MFe（SO4）2或M3Fe（SO4）3，此復(fù)合硫酸鹽受高溫又分解為疏松狀氧化鐵和硫酸鹽沉積層，易被飛灰氣流沖蝕帶走，氧化腐蝕繼續(xù)向管壁縱深進(jìn)行；另外燃料中硫份，經(jīng)燃燒生成的S和H2S也對管壁會產(chǎn)生強烈的腐蝕，與Fe反應(yīng)生成FeS。在上述多重因素共同作用下，水冷壁管從外向內(nèi)不斷地被沖刷、磨損和氧化、腐蝕，使之逐漸變薄，當(dāng)局部承受不了管內(nèi)水汽壓力時即造成爆漏而失效。二、涂層設(shè)計針對上述受熱面部位失效機理及大多數(shù)廠家實際使用和磨損情況，我們建議采用超音速電弧噴涂技術(shù)，并選用耐沖刷磨損和抗高溫氧化性能俱佳的高耐磨金屬合金絲材風(fēng)向標(biāo)?TB制作涂層+高溫耐磨防腐專用封孔劑進(jìn)行封孔，在涂層邊緣設(shè)置過渡區(qū)域，過渡區(qū)域?qū)挾葹?00-150mm，平滑過渡。由此制得的復(fù)合涂層進(jìn)行防護(hù)能滿足防護(hù)要求。三、風(fēng)向標(biāo)?TB型高耐磨金屬陶瓷絲材涂層技術(shù)指標(biāo)型號TB金屬陶瓷涂層厚度0.8mm左右粒子速度386m/s結(jié)合強度≥50MPa硬度≥60HRC(維氏硬度換算值)抗高溫氧化性+12.16mg/cm2（750℃氧化250h）孔隙率≤0.9%基體溫度≤120℃工件變形性不變形，不改變母材表面金相組織及理化性能2、高溫耐磨防腐專用封孔層主要成份：納米氧化鋯、納米氧化鋁、氧化鋁微粉，氮化硼微粉等工作溫度：1000℃耐磨性：≤10mg/1000r結(jié)合強度：≥6MPa厚度：0.05-0.1mm左右四、風(fēng)向標(biāo)?TB型高耐磨金屬陶瓷絲材說明超音速電弧噴涂采用硬度特別高、耐磨損和抗高溫氧化腐蝕性能優(yōu)異的風(fēng)向標(biāo)TB型金屬陶瓷絲材，專利證書號：15391183，其主要成份包括Ni、Cr、Cr3C2及Ti、B等元素，其中所含的Ni元素具有良好的延展性，使涂層與鍋爐管有著幾乎相同的熱膨脹系數(shù)，避免了由于熱應(yīng)力引起的涂層開裂和剝落；Cr3C2是一種優(yōu)良的金屬陶瓷，在高溫下化學(xué)性能穩(wěn)定，硬度高、耐磨性好，且具有一定的拒高溫融熔玻璃體附著性能即抗結(jié)焦性能；材料中還佐有Ti等元素，幫助進(jìn)一步改進(jìn)涂層性能，提高耐高溫氧化、抗熱腐蝕等方面性能；所含自融性介質(zhì)，較一般合金更易霧化，參與制作的涂層細(xì)膩，孔隙率低，是所有金屬陶瓷中應(yīng)用于制作高溫涂層的最佳選擇。噴涂完后由于涂層中還含有殘留的部分自融性材料，涂層運行一段時間后，由于受熱而與基材間形成了一種亞冶金結(jié)合結(jié)構(gòu)，從而結(jié)合強度更高，特別耐磨。該金屬合金陶瓷材料熱膨脹系數(shù)與鍋爐鋼系數(shù)相近，故在冷熱交變的工況下，不會出現(xiàn)起皮、開裂等現(xiàn)象，結(jié)合牢固；其熱導(dǎo)率與鍋爐鋼材料熱導(dǎo)率相近，且厚度不超過1.0mm，因此不會影響傳熱效果。五、高溫耐磨抗蝕專用封孔劑說明高溫耐磨抗蝕專用封孔劑系采用超硬新材料，合成新工藝，以及粒子的配級等技術(shù)精心加工、配制而成，在常溫下可快速固化，高溫下形成堅硬的陶瓷體。其高溫耐磨性好，導(dǎo)熱系數(shù)大，抗蝕性強，與金屬表面粘結(jié)具有極強的吸附性和熱震穩(wěn)定性，不脫落、不出現(xiàn)裂紋等特點。用其對金屬熱噴涂涂層表面進(jìn)行封孔，能有效滲透、浸濕涂層孔隙，并在高溫下逐漸陶瓷化，使整個涂層更致密，阻止介質(zhì)中的有害成份通過微小的涂層隙進(jìn)入涂層內(nèi)部，能獲得有效封閉毛細(xì)孔的效果。六、噴砂設(shè)備與技術(shù)說明1、設(shè)備說明沙貝珂PCS控制系統(tǒng)噴砂設(shè)備其PCS遙控系統(tǒng)氣動型控制系統(tǒng)，由RCM控制器（噴嘴處）、RIV進(jìn)氣閥、ROV排氣閥、OF過濾器、控制氣管和接頭等組成，并配有貯沙罐等。在非工作狀態(tài)時，RCM控制器手柄被彈簧頂起，RIV進(jìn)氣閥旋塞打開。工作時，壓下RCM手柄，控制氣流經(jīng)另一根控制氣管到達(dá)RIV進(jìn)氣閥和ROV排報導(dǎo)閥頂部，使進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，磨料桶內(nèi)壓力升高，噴丸作業(yè)開始。2、噴砂對基體表面的作用①凈化表面：去除被噴表面的各種污雜物，特別是油脂、污垢、氧化皮、銹、腐蝕物，以利于熔融粉末與基體表面的粘合吸附（分子的溶解和擴散）。工作面清潔度達(dá)到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中規(guī)定的Sa3.0級。②粗化表面：熱噴涂涂層與基體的結(jié)合以機械結(jié)合為主，這就要求基體前處理不僅要除油除銹，還要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度達(dá)到GB11373-89《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》中的規(guī)定的RZ50-90μm。粗化處理的目的：a增大噴涂層與基體的接觸面積，提高結(jié)合面的粘合吸附力。b增加涂層材料與基體表面的填塞嵌合，錨合咬合作用，以加強涂層與基體的附著力。③活化表面：噴砂使被噴涂表面形成活化能力：如晶格缺陷、塑性變形，產(chǎn)生一定的應(yīng)力狀態(tài)，以利于增加噴涂粒子與基體表面化吸附力，提高噴涂顆粒與基體的冶金結(jié)合能力?；罨Ч治鋈缦拢篴噴砂使工件表面在經(jīng)過砂粒的反復(fù)打擊后形成一定的殘余壓應(yīng)力，盡管該應(yīng)力數(shù)值極小，但對于松馳工件在噴涂過程中涂層熱應(yīng)力，對提高涂層的結(jié)合強度有利，同時也可以提高工件的疲勞強度。b噴涂可除去工件表面上的有機污雜物和氧化層，并能增大金屬表面晶粒的塑性變形和造成晶格缺陷，使基體表面處于容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)，有助于噴涂顆粒與基體表面間的物理化學(xué)結(jié)合進(jìn)行。所以工件噴涂前進(jìn)行噴砂處理是極為必要的。而且噴砂后的工件應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，時間越短表面活化效果越好，涂層質(zhì)量越高。七、超音速電弧噴涂設(shè)備與技術(shù)簡介1、設(shè)備簡介FLEXIARC200電弧噴涂設(shè)備是一種以各種實心線材和特殊粉芯線材為原料，廣泛應(yīng)用于各種表面的抗腐蝕和耐磨損處理的電弧噴涂系統(tǒng)，其粉芯線材經(jīng)過特殊熔化。由于客戶所需要的實芯線材不同，所以各種模具也有所不同。高能密度和特殊加工的電弧使FLEXIARC200能夠充分熔化金屬管及其內(nèi)部的粉芯。FLEXIARC200可以實現(xiàn)傻瓜式自動噴涂，這個電弧噴涂系統(tǒng)符合CE-standard標(biāo)準(zhǔn)，并且包括以下模塊。①便攜式電源②可以旋轉(zhuǎn)的送絲裝置③手動噴涂設(shè)備④管線集成件包括絕緣導(dǎo)向管2、技術(shù)簡介超音速電弧噴涂技術(shù)是我公司通過引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)開發(fā)的金屬熱噴涂新技術(shù)，被美國、日本等發(fā)達(dá)國家列為二十一世紀(jì)表面工程關(guān)鍵技術(shù)。該噴涂技術(shù)采用燃燒于絲材端部的電弧將均勻送進(jìn)的絲材熔化，經(jīng)拉伐爾噴嘴加速后的超音速氣流將熔化的絲材霧化為粒度細(xì)小、分布均勻的粒子，噴向工件形成涂層。熔化粒子與基材主要以機械、物理和冶金等方式結(jié)合，其結(jié)合強度可達(dá)55MPa以上。與普通電弧噴涂和火焰噴涂相比，超音速電弧噴涂具有更高的粒子飛行速度、更強的結(jié)合強度、更低的孔隙率、涂層均勻度高、致密性好、且噴涂粒子到達(dá)工件表面時溫度不足120℃工件不會變形，可獲得高質(zhì)量的涂層。八、施工條件為了作好施工準(zhǔn)備工作，其施工需要具備以下條件：（1）電源：380V20KW三相交流電（2）氣源：氣壓＞5kgf流量＞5m3/min（3）平臺：長4m（最少3m）寬2m（最少1.5m）（4）噴涂工件的位置離主機放置位置的距離不超過15m（5）提供施工部位所需的腳手架九、施工工藝流程：審查資料審查資料現(xiàn)場勘察現(xiàn)場勘察編制施工技術(shù)方案編制施工技術(shù)方案工序檢查工序檢查表面預(yù)處理表面預(yù)處理管壁表面檢驗管壁表面檢驗噴涂型號TB噴涂型號TB合格不合格涂層封孔涂層封孔質(zhì)量驗收質(zhì)量驗收十、施工技術(shù)規(guī)范：1、施工準(zhǔn)備：①根據(jù)實際需要搭好腳手架。②清除受熱面上的大塊焦、雜物等。③對管壁需實施噴涂的部位進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，如發(fā)現(xiàn)需要修整補強的部位應(yīng)及時向甲方提出。④利用現(xiàn)場已有條件進(jìn)行設(shè)備就位、電氣接線、氣源管線連接及磨料回收帆布鋪設(shè)工作。2、表面預(yù)處理：表面預(yù)處理按照GB11373-89《熱噴涂金屬件表面預(yù)處理通則》進(jìn)行，其處理的好壞直接影響噴涂層的結(jié)合強度。①噴砂前，對非有效表面采用遮蔽帶、硬木板或橡膠等物進(jìn)行遮蔽保護(hù)。并預(yù)留過渡區(qū)域，以保證涂層邊緣光滑過渡。②磨料選擇及使用：噴沙材料應(yīng)選用質(zhì)堅有棱角的特級石英沙（按國家標(biāo)準(zhǔn)）必須凈化，使用前應(yīng)經(jīng)篩選，沙內(nèi)粘土及細(xì)粉塵含量不應(yīng)大于5%,不得含有油污。噴沙前石英沙要晾曬干燥，含水量應(yīng)不大于1%,并存放干燥，防止受潮、雨淋、沙內(nèi)混入雜質(zhì)。所用砂粒必須清潔、干燥，噴砂區(qū)域設(shè)圍護(hù)及其它回收措施，確保不污染周圍環(huán)境，經(jīng)質(zhì)量工程師確認(rèn)后方可進(jìn)行噴砂。③噴砂裝置：采用壓力式噴砂設(shè)備④壓縮空氣：利用現(xiàn)場氣源或自備空壓機，空氣壓力范圍為0.5-0.6Mpa，氣體流量控制在6m3/min左右。⑤操作方法：噴砂距離100-300mm；噴砂角度：與基體60-80℃；每次噴砂5-6m2。除銹應(yīng)從下至上進(jìn)行，將凹凸不平的受熱面打磨光滑平整后立即噴砂。表面清理度達(dá)到Sa3.0級，即完全去除鋼材表面的銹、氧化皮、油污等附著物，并露出灰白色金屬光澤，其粗糙度達(dá)到RZ50-90μm。⑥在噴砂后應(yīng)檢查預(yù)處理的表面，采用TR100袖珍式表面粗糙度測試儀進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有銹蝕或不合格的部位應(yīng)重新進(jìn)行處理，合格后再用DC-2000B型智能超聲波測厚儀對管壁進(jìn)行第一次測厚δ1。噴砂完工后設(shè)備表面不得受潮、氧化及污染，在2-4小時內(nèi)必須進(jìn)行電弧噴涂，以保持被噴表面較高的活化度。除銹后經(jīng)有關(guān)人員驗收合格后方可進(jìn)行噴涂施工。3、噴涂：①超音速電弧噴涂按照GB11375-1999《熱噴涂操作安全》執(zhí)行。②噴涂前，在表面預(yù)處理和噴涂工序之間需中間停留時，應(yīng)對經(jīng)預(yù)處理的有效表面采用干凈牛皮紙或塑料膜等進(jìn)行覆蓋保護(hù)。③絲材選用：φ2.0mm風(fēng)向標(biāo)?TB型金屬陶瓷絲材④潔凈氣路：經(jīng)冷凍式干燥機及三級過濾即可獲得干燥潔凈的壓縮空氣。⑤噴涂設(shè)備選用：選用SAS-1型超音速電弧噴涂專用噴涂電源及配套送絲裝置等。⑥噴槍選用：選用超音速電弧噴涂，其霧化氣流速度大于500m/s，粒子速度達(dá)到386m/s以上，涂層孔隙率可控制在0.9%以內(nèi)，同時涂層與基體的結(jié)合強度也得到了明顯的改善。⑦噴涂工藝參數(shù)：a、粒子噴涂速度：＞386m/sb、電弧電壓：32-34V；電弧電流：160-200Ac、霧化空氣壓力：0.5-0.6Mpad、噴涂距離：150-200mm；噴涂角度：＜45°e、噴砂與噴涂每5-6m2間隔循環(huán)進(jìn)行，噴涂過渡區(qū)域?qū)挾葹?00-150mm，邊緣平滑過渡，無凹凸臺階。f、涂層厚度0.8mm左右。⑧噴涂方式：采用井字型噴涂方式，分層、分區(qū)作業(yè)，每區(qū)5-6m2，局部區(qū)域噴涂達(dá)到工藝設(shè)計厚度后再移換到其他區(qū)域，確保噴涂層的厚度均勻及結(jié)合力，防止出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象。噴涂完畢后，應(yīng)進(jìn)行涂層質(zhì)量檢驗，并測量厚度δ2，若δ2-δ1≥0.8mm，判定合格，可進(jìn)入下一道工序，否則對不合格部位應(yīng)進(jìn)行補噴涂。⑨操作注意事項：a、分塊作業(yè)，局部區(qū)域噴涂達(dá)到設(shè)計厚度后再移換到其他區(qū)域，搭接部位設(shè)置辨認(rèn)標(biāo)志。操作時，層間溫度不得高于80℃。b、送絲盤及送絲情況設(shè)專人監(jiān)護(hù)，以保證順利送絲，防止絲材“打結(jié)”，同時必須保證兩絲間絕對絕緣，以免造成短路。c、噴涂前應(yīng)在試板上試噴，以便調(diào)節(jié)電壓、電流、送絲速度、壓縮空氣流量，檢查氣路的活接頭及軟管接頭，不得有漏氣現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)送絲不穩(wěn)、電弧不穩(wěn)定燃燒、嚴(yán)重漏氣等特殊現(xiàn)場應(yīng)及時檢查、調(diào)整。調(diào)節(jié)電壓時應(yīng)斷開主回路，以免損傷主變壓器。注：噴涂過程中燒損的導(dǎo)電嘴應(yīng)及時更換，加工精度超標(biāo)的導(dǎo)電嘴禁止使用。d、噴涂過程中若發(fā)現(xiàn)送絲不穩(wěn)、熔絲爆斷、電弧時斷時續(xù)現(xiàn)象，應(yīng)先檢查導(dǎo)電嘴使用狀況，再次檢查導(dǎo)絲管安裝是否牢固，松動時應(yīng)及時擰緊。十一、質(zhì)量狀況說明1、選用1