鍋爐受熱面磨損的主要因素及防護技術措施

曹錦秀,王廣東（濟南裕興化工有限公司,濟南 250119）

鍋爐受熱面磨損的主要因素及防護技術措施

曹錦秀,王廣東
（濟南裕興化工有限公司,濟南 250119）

循環(huán)流化床鍋爐各個受熱面部位的磨損因為成因的多樣性和控制的復雜性，始終成為困擾企業(yè)的一個生產(chǎn)難題，由于磨損而產(chǎn)生的水冷壁管爆管更是嚴重地影響了企業(yè)的安全經(jīng)濟運行。根據(jù)我公司實際運行中反映出的情況，我們對鍋爐受熱面磨損的相關部位、影響因素及防護技術做以下介紹。

鍋爐受熱面磨損;主要因素;防護措施

某公司為滿足企業(yè)生產(chǎn)及生活用汽，安裝了3臺中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，其技術參數(shù)為：額定蒸發(fā)量：75t/h；額定蒸汽壓力：3.82MPa；過熱蒸汽溫度：450℃；給水溫度：105℃；鍋爐設計熱效率：≧88.5。鍋爐采用單鍋筒，自然循環(huán)方式，總體上分為前部及尾部兩個豎井。前部豎井為總吊結(jié)構(gòu)，四周由膜式水冷壁組成。自下而上，依次為一次風室、密相區(qū)、稀相區(qū)，尾部煙道自上而下依次為高溫過熱器、低溫過熱器及省煤器、空氣預熱器。尾部豎井采用支撐結(jié)構(gòu)，兩豎井之間由立式旋風分離器相連通，分離器下部聯(lián)接回送裝置及灰冷卻器。燃燒室及分離器內(nèi)部均設有防磨內(nèi)襯，前部豎井用敷管爐墻，外置金屬護板，尾部豎井用輕型爐墻，由八根鋼柱承受鍋爐全部重量。

1 爐膛受熱面易磨損主部要位

（1）衛(wèi)燃帶區(qū)域；（2）爐膛四角；（3）煙道口兩側(cè)水冷壁；（4）水冷壁連接處焊縫；（5）溫度探測孔四周；（6）屏過翼形水冷壁；（7）熱電偶及風壓測量處。

2 影響鍋爐受熱面磨損的主要因素

流化床鍋爐受熱面的磨損破壞機理比較復雜，是物理作用與化學作用交替進行的復雜過程。

化學作用是指化學腐蝕，由于爐氣中含有硫氣，含硫氣體在高溫環(huán)境里對受熱面形成高溫硫化腐蝕。

物理作用實質(zhì)是一種氣固沖蝕磨損，沖蝕的介質(zhì)是以氣體相和固體相所組成的混合型介質(zhì)，在這里，氣固沖蝕磨損也就是爐氣混流體以一定的速度和不同的角度對鍋爐本體受熱表面進行的沖刷所造成的磨損。沖蝕磨損的磨損速度由多種因素所決定。

2.1 磨粒的影響

爐氣混流體中所含的硬質(zhì)顆粒雜物即為沖蝕磨損的磨粒，高硬度，高濃度的磨粒會加大磨損量，尖角形的磨粒比圓球形的磨粒在同等條件下產(chǎn)生更大的沖蝕磨損，另外磨粒的尺寸大小也是影響磨損速度的關鍵因素，當磨粒尺寸很小時，對沖蝕影響不大，隨著磨粒尺寸增大，受熱表面的沖蝕磨損也增加，因此，控制燃料的質(zhì)量也可減緩磨損量。

2.2 速度的影響

爐氣混流體的速度決定著磨粒的速度磨粒的沖擊速度對沖蝕磨損有很大影響，這是因為沖蝕磨損與磨粒的動能有直接關系，一般認為，磨損損耗量隨著磨粒速度的提高而加大。

2.3 沖蝕角度的影響

沖蝕角是指磨粒與受熱表面的傾角，實踐證明，在鍋爐受熱表面的沖蝕磨損上，隨著沖蝕角的增加磨損量也相應增大，當沖蝕角為90度時，磨損量最大。

3 鍋爐防護技術措施

目前應用于鍋爐受熱面防磨的辦法有涂刷耐磨材料，抹澆注料和焊裝防磨片以及熱噴涂等。市場上的耐磨涂料僅適用輕微磨損的煤粉爐，起到一定的耐高溫防磨作用，并不具有耐磨性能，不能滿足循環(huán)流化床的抗磨性能要求，在一些固狀物料向下回流的磨損部位，有采取加焊防磨片破壞向下回流物料以達到防磨目的，但在防磨片與水冷壁交界處物料流動方向的改變會產(chǎn)生新的磨損點，效果并不理想。眾所周知，澆注料與爐管的熱膨脹多數(shù)差異太大，過薄的澆注料會因熱膨脹而脫落，過厚則嚴重的影響了導熱。從熱效率上考慮，大面積的澆注料防防磨是不經(jīng)濟的。

相對于上述防磨方法而言，熱噴技術具有材料品種繁多選擇面廣，涂層性能可調(diào)整，噴涂工作不受幾何形狀所限制，涂層厚度可調(diào)，不影響導熱等優(yōu)點。適宜于循環(huán)流化床鍋爐受熱面大面積的防磨施工。我公司技術工程師進行研討與分析各種噴涂工藝及其他防護工藝的特點性能，綜合總結(jié)歷年來對類似磨損腐蝕狀況的處理經(jīng)驗，擬定了以超音速電弧噴涂結(jié)合亞音速火焰噴涂工藝對易磨損部位進行噴涂防護。

3.1 噴涂技術介紹

超音速電弧噴涂：超音速電弧噴涂設備是由電源箱，噴涂主機，雙輪送絲機，推拉式超音速噴槍及系統(tǒng)壓縮空氣凈化設備等輔件所組成，該噴涂技術是以燃燒于絲端的電弧將均勻送給的合金絲材溶化，經(jīng)拉瓦爾噴嘴加速后的超音速氣流將熔化的絲材霧化為細微均勻的液粒。噴向工件形成涂層。涂層與基材以機械或區(qū)微的冶金形式結(jié)合，其結(jié)合強度可達60Mpa.與普通的噴涂方法相比，超音速電弧噴涂具有更高的粒子飛行速度（400m/s）和更高的結(jié)合強度。也具有較低的涂層孔隙率 ，致密性好且噴涂粒子到達工件表面時溫度≤100℃等優(yōu)點?？色@行高質(zhì)量的涂層，噴涂效率高，適合于大面積施工。

亞音速火焰噴涂：亞音速火焰噴涂是以氧乙炔作燃燒焰，以壓縮空氣作送粉，加速，并冷卻氣的一種輕便型噴涂設備，由于具有特殊的氣體加速結(jié)構(gòu)，可將粒子飛行速度提高至300m/s左右，而且，由于有獨特的環(huán)型氣幕保護與冷卻，粒子至工件溫度低于200℃，不會引起熱變形。（普通火焰噴涂40m/s左右），所噴制的涂層質(zhì)量較普通火焰噴涂要高得很多。又因為采用的噴涂材料是粉狀材料，材料的種多且易于配制，方便噴制適合于各種工況要術的涂層，另一個顯著優(yōu)點就是小巧靈活，可在空間狹窄的復雜環(huán)境作業(yè)。另外，超音速火焰噴涂可噴制較厚的涂層，涂層達到3mm仍不開裂。缺點是噴涂效率太低，噴涂本過高。只適宜于小面積的對涂層有特殊要求的部位噴涂。

3.2 確定噴涂技術

根據(jù)上述防磨技術性能特點，確定用超音速電弧對各種磨損區(qū)域進行整體噴涂，在局部嚴重磨損部位再以亞音速火焰噴涂增厚，以復合涂層的結(jié)構(gòu)，達到加強噴涂的目的。因此可將局部嚴重部位涂層提高至1.2mm。超音速電弧噴涂優(yōu)點是：霧化效果好，霧化后的粒子細小均勻，速度高，有利于獲得高質(zhì)量的涂層。

超音速電弧噴涂采用拉伐爾噴嘴，加強了氣流對粒子的加速效果，從而提高了粒子速度。粒子速度對涂層的性能有很大的影響。粒子速度高，粒子沉積時對基體的撞擊作用就強，粒子變形就充分。有利于粒子與基體、粒子與粒子之間的結(jié)合，從而提高涂層的結(jié)合強度和內(nèi)聚強度，降低涂層的孔隙率。粒子速度越高，越有利于獲得高質(zhì)量的涂層。

先后對鍋爐四管、外置式換熱器、爐膛埋管受熱面、冷渣器中的熱交換器、水（汽）冷式旋風分離器膜式壁、爐膛水冷壁衛(wèi)燃帶及其爐頂出口四周易磨損部位進行了噴涂，都取得了顯著效果。