電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損和涂層防護技術分析

文_陳棟 何棟

1.浙江城建煤氣熱電設計院有限公司 2.浙江浙能紹興濱海熱力有限公司

當今我國主要發電形式就是火力發電，而在火電廠之中，鍋爐占據著核心地位，鍋爐可以為火電站提供足夠的蒸汽，進而完成其電能供給任務。而在具體的應用過程中，鍋爐并不能獨立運行，需要其他的一些輔助設備來提供支持，且當今的電站鍋爐有著極高的機械化技術要求、自動化管控技術要求和安全管理要求。因此在鍋爐的使用過程中，火電站應該做好鍋爐的防護工作，避免一些不必要的事故發生。高溫沖蝕磨損是火電廠鍋爐使用過程中需要解決的一個關鍵問題，經大量的研究和經驗發現，涂層防護技術的合理應用將可以有效解決此類問題。所以，相關工作人員應該加強對此類問題的研究，并將涂層防護技術加以良好應用。

1 電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題和應對方法

1.1 高溫沖蝕磨損問題分析

通過研究和實踐發現，在電站鍋爐管道的高溫沖蝕磨損問題之中，一個最為顯著的問題就是飛灰問題，這種問題對于鍋爐的正常使用將會造成極大的不利影響。根據研究發現，飛灰沖蝕磨損屬于一種氣固兩相流以及金屬摩擦理論方面的綜合性、交叉性課題。通常情況下，工作環境會對金屬材料沖蝕磨損方面的系統參數造成直接的影響，其主要影響參數：第一是環境方面的影響參數，比如沖刷角度、沖刷的時間、沖刷的速度、飛灰得到濃度以及環境的溫度等；第二是飛灰顆粒的特性，比如飛灰顆粒的形狀、密度、硬度、粒度、組成以及飛灰顆粒所具有的化學特征等；第三是靶材的性質，比如靶材的物理性質和靶材的機械性質。同時，這三個方面的因素在鍋爐的實際運行過程中也會相互影響。

當電站鍋爐溫度到達臨界溫度以前，隨著溫度的上升，鍋爐管道的磨損量也會不斷上升，此時，如果鍋爐的溫度進一步上升，在超過了臨界值之后，其磨損量反而會隨著鍋爐溫度的上升而逐漸降低。在粒子沖擊能量不斷增加的情況下，磨損量峰值會越來越高，同時，磨損量也會隨之增大。合金有著越強的抗氧化性能，其磨損量峰值也就會趨向于越高的溫度條件。而溫度又和金屬的氧化膜之間有著密切聯系。通常情況下，金屬氧化膜在常溫的條件之下都會非常薄，但是隨著溫度的升高，金屬氧化膜的厚度也會逐漸加大，且其厚度的增大規律會呈現出指數形式，溫度越高，這種規律就會更加明顯。在這樣的情況下，越來越厚的金屬氧化膜就會為基質提供出良好的保護功能，并進一步增強金屬表面的抗磨損能力。但是因為氧化膜和其包裹保護起來的金屬基質有著不同的膨脹系數，所以隨著鍋爐溫度的不斷上升，在達到了某一臨界溫度的條件下，金屬氧化膜的表面就會在高溫作用下形成裂紋，甚至會出現金屬氧化膜脫落的情況，進而使得金屬材料的磨損量迅速增加。且由于飛灰的硬度和石英類似，所以在飛灰不斷撞擊電站鍋爐管道的過程中，就會對鍋爐管道造成更嚴重的磨損。越大密度的飛灰就會有著越大的慣性沖擊率，所以也就會對鍋爐管道造成越嚴重的磨損。

1.2 高溫沖蝕磨損問題的幾種典型應對方法

通過以上的分析可知，飛灰問題是導致電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題的一個關鍵原因，同時，工作環境方面的各種因素也會對飛灰問題產生直接的影響。因此，針對此類問題可以通過以下方式解決：第一，通過改變燃煤材料的方式來加以應對，在具體的改進過程中，火電站應該用品質更加優越的燃煤來代替目前所應用的一般燃煤，這樣就可以減少二氧化硫顆粒的數量，以此來達到降低飛灰密度的目的；第二，火電站可以考慮對鍋爐進行改造，通過合理調整鍋爐管道的結構來降低飛灰沖擊作用，這樣也可以有效降低飛灰對鍋爐管道的磨損強度；第三，應該進一步加強火電站的鍋爐管理工作，將鍋爐檢查的周期縮短，這樣就可以更好地了解到鍋爐管道的磨損問題，進而及時采取相應的措施來進行維修，如果鍋爐管道的磨損問題十分嚴重，已經無法通過維修來維持其正常運行，相關工作人員就需要及時更換鍋爐管道；第四，如果鍋爐之中一些部位的腐蝕問題比較嚴重，相關工作人員可以通過局部加熱的方式進行處理，同時，也可以通過涂層防護技術來進行鍋爐壁的防護處理，這種處理方式十分經濟有效。本文就是對涂層防護技術在電站鍋爐管道沖蝕磨損問題處理過程中的應用進行研究。

2 涂層防護技術的應用分析

2.1 涂層防護技術的應用性能

就當今的涂層防護技術而言，可以用作電站鍋爐沖蝕磨損防護的材質有很多，不管是哪一種材質，都可以有效滿足電站鍋爐管道的實際防護需求。將涂層防護技術應用到電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題的解決之中，涂層不僅需要極高的抗氧化能力，同時也需要有著足夠的抗磨損沖擊能力和耐腐蝕性能。通過上文的分析可知，電站鍋爐管道沖蝕磨損的一個根本原因就是飛灰，所以，這就需要涂層有著足夠的能力可以抵抗飛灰，且因為鍋爐始終處于高溫的條件之下，所以涂層材料也應該具備著足夠的耐熱性能。同時，考慮到電站鍋爐的實際應用情況，涂層材料也應該具備足夠的抗硫化氣氛能力以及抗疲勞能力等。這樣才可以有效保障電站鍋爐運行的可靠性和安全性。

涂層本身的致密性和與機體之間的結合強度應該足夠強大，只有這樣才可以有效避免機械脫落。同時，涂層的技術工藝應該盡量簡便一些，且不能有太高的應用成本。

2.2 陶瓷涂層技術

陶瓷對沖蝕的抵抗能力，以及對高溫的耐受能力方面都十分優越，因此，將陶瓷作為電站鍋爐管道沖蝕磨損的保護涂層是一種極佳的思路。但是相比較普通的金屬涂層來看，陶瓷材料會有著更加高昂的成本費用，且由于陶瓷比較脆弱，在受到外部的強烈攻擊時，其表面就很容易出現裂紋，這不僅會降低其使用性能，同時也會影響其美觀性，而就抗疲勞的能力而言，金屬涂層也明顯優于陶瓷涂層。由此可知，就實用性方面來看，陶瓷涂層會比普通的金屬涂層差一些。另外，在陶瓷涂層的安裝過程中，需要應用到火焰噴涂工藝和HVOF 工藝，其操作流程和操作方法也更加復雜。

2.3 金屬涂層技術

通常情況下，金屬涂層所應用到的材料都是合金材料，這種材料在抗沖蝕方面以及抗高溫方面都有著極高的能力，且可以和機體之間實現良好的結合。基于這些優點，金屬材質在當今的電站鍋爐沖蝕磨損涂層防護技術之中依然是最佳的一種選擇。同時，因為金屬材質有著極高的綜合利用價值，可以與當今電站鍋爐運行之中所需要的各種要求相符合，且抗腐蝕能力和抗疲勞能力極高。另外，金屬涂層防護技術也有著十分豐富的應用方法，在該技術的應用過程中，主要可以通過火焰涂噴法或者是等離子涂噴法來實現，這些方法的應用都比較簡單，且成本費用較低。

2.4 其他涂層技術

隨著當今社會經濟和科技的不斷發展，涂層技術的研究也在不斷進步，越來越多的新型涂層技術開始得到了研發和應用，這就使得電站鍋爐管道的防護涂層材料有了越來越豐富的選擇。因為陶瓷材料單獨使用的問題比較多，所以有學者對其與金屬材料的結合應用進行研究，進而磨制成了一種全新的復合型涂層材料。因為金屬材料可以在大攻角條件之下發揮出非常強大的抗沖蝕能力，陶瓷這種材料雖然比較脆弱，但是在小攻角的條件之下卻有著十分強大的抗沖蝕能力，而飛灰對電站鍋爐管道所造成的沖蝕問題通常都有著比較大的攻角，所以在這樣的情況下，就可以將金屬和陶瓷這兩種涂層材料相結合，在金屬材料的表面涂抹上陶瓷顆粒，這樣就可以起到更好的防護作用。

另一種新型的涂層防護材料就是金屬化合物材料，但是這種涂層防護技術在目前尚未成熟。在該技術的實際應用過程中，需要考慮到的內容應該包含以下幾個方面：第一，合金材料應該都具備十分可靠的抗氧化性能和抗硫化性能，且相比較普通金屬材料而言，合金的密度也應該小一些；第二，在該技術的應用過程中，不應該將昂貴的金屬考慮在其材料范圍之內，所以該涂層防護技術的成本也應該低于其他涂層材料的成本。由此可見，金屬化合物涂層防護材料與技術的發展，將會為電站鍋爐管道沖蝕磨損的防護創造出更加有利的條件，但是由于該技術的研究條件受限，所以這種涂層材料的加工工藝還有待進一步改進。

3 結語

火電站鍋爐的內部結構十分復雜，在其具體的應用過程中易出現一些問題。其中一個最為顯著的問題就是鍋爐管道的沖蝕磨損問題，如果該問題得不到有效解決，不僅會對電站鍋爐的正常運行造成影響，也會對其安全性造成影響，甚至會引發嚴重的安全事故。基于這一情況，電站相關工作人員應該對鍋爐管道沖蝕磨損問題的危害及其原因加以明確，然后采取合理的涂層防護技術來進行處理。通過這樣的方式，才可以讓電站鍋爐管道的沖蝕磨損問題得以有效解決，進一步提升電站鍋爐運行的可靠性與安全性，促進電力行業在當今社會之中的良好經營與發展。