CFB锅炉防磨喷涂工艺探讨.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 1 2 7 C F B 锅炉防磨喷涂工艺探讨 黄科峰，剃泽坤，叶林，史一岭，尹嵩，吴树辉 苏州热工研究院有限公司，江苏苏州，2 1 5 0 0 4 攘篓篱葵分爨TC F B 鼷炉褰攒懿主要透素，涎论了锯炉粝耩镶臻形式，运行参数，燃耩、寒髓毪凄滋及 受热嚣性璇对防磨喷涂工艺的影璃。 关键词循环流化床锅炉；热喷涂；防磨 中图分类姆T G l 7 4 ．4文献标识码A文意编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 S 0 一0 1 2 7 一0 3 S t u d yo nA n t i w e a r i n gS p r a y i n gP r o c e s so f C i r c u l a t i n gF l u i d i z e dB e dB o i l e r H U A N G K e - f e n g ，L I UZ e - k u n ，Y EL i n ，S H lY i - I i n ，Y l NS o n g ，W US h u h u i S u z h o uN u c l e a rP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．，L t d ，S u z h o u2 1 5 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h em a i nw e a r i n gf a c t o r so fC F Bb o i l e r sh a v eb e e ns t u d i e d ，a n dt h ee f f e c t sp r o d u c e db yt h ef o r m o fr e c y c l i n gm a t e r i a l s ，o p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，f u e lp r o p e r t y ，b e dm a t e r i a lp r o p e r t ya n dp r o p e r t yo fh e a t i n g s u r f a c ei na n t i w e a r i n gp r o c e s sh a v eb e e np r e s e n t e di nd e t a i l ． K e y w o r d s C i r c u l a t i n gF l u i d i z e dB e dB o i l e r ；T h e r m a lS p r a y i n g ；A n t i - w e a r i n g 在能源与环境问题日益突出的今天，循环流化 床 C F B 锅炉以其燃料适应性广、燃烧效率高、污染 物排放量低等突忠优点，在电力、器浊、化工泼及垃 圾处理等领域发挥着重大的作震。目前，我国已经 成为世界上循环流化床锅炉机组数量最多、总容量 最大、发展速度最快的国家。但我网C F B 锅炉机组 运行过程中，由予众属材料磨损和耐火耐磨材料脱 落等漂医造瘦豹簿炉占裂总停炉次数酶垂0 ％。 C F B 锅炉磨损阊题不仅影响锅炉的安全运行，还限 制了这类锅炉一些优点的发挥。因此，寻求一种经 济有效的磨损防护工艺成为目前赚待解决的问题。 纛表霞技术辘够为C F B 锅炉爨密提供有效的 辩决方案，其最大的优势就是能够以多种方法剃备 出性能优于基体材料的表面功能性薄膜，其厚度一 般为几微米到几毫米，仅为结构尺寸的几百分之一 到几十分之一，却使零件具有了比基体材料更高的 瓣褰往，撬腐蚀瞧秘{ | l 重高溢等毪麓。热喷涂技术是 作者简介黄科峰 1 9 8 1 一 ，男，湖南常德人，助理工程师。硬士． 表面技术中最有效、最常用的技术之一，与其它涂层 制备技术相比，热喷涂技术成本低、操作方便、涂层 性能优努，特别适合用于大型毒每件的腐蚀、密损防 护。 近然年，热喷涂技术在我国发展很快。防磨喷涂 在各个行业都得到了广溅应用，C F B 锅炉受热面防 磨喷涂褥到重视。实践诞明，利用热喷涂技术对已 蘑损承冷壁管送行修复院直接更换耨管具有更高薛 经济价值，是目前国内外C F B 锅炉受热谣防磨的经 济有效的工艺手段之一。 l磨损机理 从微观角度看，C F B 锅炉磨损主簧与风速、物 料粒径、颗粒浓度以及流场的不均匀性有着密切关 系，主要表现为煤或灰粒等固体颗粒以某一角度 O ～9 0 。 撞击受热瑟管材表面，引起冲蚀磨损，造 成管表露金震漉失。狰蚀磨攒分失瑟群基本类蕉 万方数据 1 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 一种是颗粒贴近材料表面冲击角较小，长期作用刨 削材料表瑟丽成的冲刷磨损，受热嚣管璧蘑损泼切 蘩形式免生；另一种是颡载穗对手枋耪表谣冲击焦 较大，甚至接近于垂直，高速运动的颗粒，长期反复 撞击材料使材料塑性变形层整片脱落而形成撞击磨 损。 簸宏溉系统煮鏖来餐，趁C F B 的运行孛，含有 燃料、燃辩灰、石灰石及反应物的固体床料在炉膛、 分离器、网料阀和炉膛这一封闭循环回路屋处于不 停的高温循环流动中，并在炉内8 5 09 0 0 ℃进行高 效率燃烧及脱硫反应。豫廉料在这一圆路佟外循嚣 滚动终，床辩在重力作用下在炉凑不鼗酌进行循环 流动。由予循环流化床锅炉内物料颗粒高浓度和运 行高风速，在循环回路的相应部位必然产生不同程 度的磨损。其中主要的影响因素有物料循环形式， 运行参数，燃辩，瘴料佳震泼及受热匿性质。 2 防磨喷涂工艺探讨 C F B 锅炉受热面磨损机理决定了其磨损无法 完全避免，但为保证锅炉长襞稳定酶安全逡行，必须 采取一定的防磨措施。裰对于其它防护措施来说， 表面热喷涂技术操作简便、成本低，是解决C F B 锅 炉磨蚀问题的一种先进、经济、有效的方法。目前， 热喷涂工艺多样，尤其是嚷涂用耐磨材料种类繁多， 凑涂方式也备有不同，选撵合适的喷涂王艺是降低 水冷壁管磨损，提高锅炉运行检修经济性的关键所 在。考虑到C F B 锅炉的磨损特性，针对性地设计经 济合理的防磨工艺，就此问题，我们从喷涂区域的选 定蠢喷涂材料鳇选择嚣个努蘧进行了探讨。 2 ．1 喷涂区域选定 在炉臆内直接喷涂水冷壁管，可不必割管，施工 面积可大可小，施工省时方便，耗费小，给生产企业 带来了很大的便剩，有一定防磨效果。但楚既要获 得良好的防密效采，又要考虑蓟对喷涂的经济付出， 就要对喷涂区域进行科学的选定，这与物料循环形 式和运行参数有着密切的关系。C F B 锅炉内物料 的总体循环巍锅炉系统的几傍形状和各种射流方式 质决定，这夔袈流主要包括帮鬣板送入的一次风、炉 膛中部送入的二次风、燃料给入方式、石灰石给入方 式以及循环物料流等。从目前投运的C F B 锅炉来 看，物料循环方式对C F B 锅炉受热面磨损影响最 大。图l 绘毽蓉翦两静常见的C F B 锅炉炉魔总体 气圄流动形式。从匿l 中，我们可以看赢不同的匿 料方式下总体气固流动形式完全不同，那么受热面 磨损的位置和程度也有区别，因此，需要采用喷涂保 护区域也应该有所不同。 a 一单侧回料C o 一双侧回料 圈lC F B 锅炉炉内总体气罄流动形式 F i g ．1 G a s - s o l i df l o wi nt h eC F Bb o i l e r ，a l o n es i d ef e e d i n gb a c k b d o u b l e s i d ef e e d i n gb a c k 同时，对于同一炉型，当运行参数不同，需耍实 施防磨喷涂区域藏匿也会有差别。实验结果表凌， 冲蚀磨损量与烟气速度的n 次方成正比，其n 傻的 大小与灰粒的性质、浓度和粒度等因素有关。冲蚀 磨损与灰粒速度、灰浓度 灰浓度与速度的一次方成 正毖 、灰粒懿撞击频率等有关。装近钕认为烟气速 度稚颗粒速度程等，鬟| l 磨损量就将秘烟气速度的3 次方成正比。运行参数中一次风量、二次风量较大 会赋予灰粒更多动能，增加其在炉内运行的时阀和 空阕，从而使磨搜区域趋于严重多争扩大。 2 。2 喷涂耪糕成分选择 对于不同的床料、燃料性质、床温，C F B 锅炉防 磨喷涂选取的耐磨材料成分也应该不同。C F B 锅 炉燃料适应性广，不同种类的燃料、床料性质与受热 覆磨擐密甥穗荚。煤的粒经大小、粒度分布、含蟹 慧、灰熔点等因素都会对磨损有不同程度的影噙。 床料直径较小时，受热面所受的冲蚀磨损较小。随 着床料直径的增大，磨损量随之增大，当直径大到临 界值后 约为lr a m ，磨损量几乎不变或变化很小。 带有棱角的颡羧鼗近似球形的颗毅更具有磨损健， 随着颗粒球形度的增加磨损量减小。颗粒硬度的影 响表现在当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度 时，磨损率迅速增加。运行分析表明，床料在炉内停 鼷一段辩阕螽其表透会形成一貘层曩] ，其硬度大大 筒子新鲜床料，因此，磨损主要取决于床料表面膜层 的硬度。颗粒成分对磨损也有一定的影响，床料成 分不同，其破碎性、硬度就不同，磨损特性也不同[ 2 ] 。 廉料主要成分为C a 、S i 、A 1 、S 等，禽S i 纛A l 成分较 高的床科院含繇和S 较高酶床料对受热面的壤攒 性更强。 下转1 5 3 鞭 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 1 5 3 [ 1 0 3 赵泰痰，赵蛰螫，寒摩荚。T i - C u - A I 舍金戆隧燃特性 霰畿疆缝绞嚣3 ．舔有金震材辩麓z 翟，1 9 9 8 ，2 7 6 ， 3 6 0 - - 3 6 2 ． C 1 1 ] 曹春晓．我豳航空用钛合金筒临的2 1 世纪的挑战[ J ] ． 钛工业进展，1 9 9 9 S 1 5 。 [ 1 2 ] 警春晓。航空孀旋舍金靛发袋掇涎鑫】。簸空耩攀狡 爿t ，2 0 0 5 毒S 。 [ 1 3 3B o y e rRR ．A no v e r v i e w0 nt h eu s eo ft i t a n i u mi nt h e a e r o s p a c ei n d u s t r y [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gA ，1 9 9 6 ，2 1 3 1 0 3 1 1 4 ． ￡1 4 3 张平霎| { ，徐萋，张囊会，等，双辉莓离子表瑟冶金秘， C u 霞爨会盒黥镪备工艺【j 】，审嚣有色金藩学报， 2 0 0 5 ，1 5 1 ，l l O l l 凄。 [ 1 5 3 徐整．等鬻子表嚣冶金菝零戆凌凌与发鼹D j 。孛鋈工 程科学，2 0 0 2 ，4 2 3 6 4 1 ． ． [ 1 6 33 E 嫩波，贺志勇，王搬霞，等．双辉等粥予表面合金化 技术形成表面阻燃钛会愈的展望口] ．世界科技研究与 避鼹，2 0 0 5 ，2 7 3 3 7 一垂e 。 [ i 7 ] M a a t yB H a nA 。P r o t e c t i v eC o a t i n g U SP a t ，4 3 0 5 9 9 8 [ p ] ．1 9 8 1 - 1 2 1 5 ． [ 1 6 3A n d e r s o nVG ．C o s t i n gf o rP r e v e n t i o no fT i t a n i u m C o m b u s t i o n [ R ] ．R e p o r tN o 。N A s A - e 1 0 1 6 5 3 6 0 ，F R - 1 3 3 7 0 。1 9 8 0 。 上接1 2 8 页 康湿直接影璃着您气薛瀑度张受热面静瀣度， 裟床温势高霹，煅气瀑度稻受热露澄囊夔之舞离，反 龙亦然。一般情况下，C F B 锅炉床温在8 0 0 - - 一9 5 0 ℃ 志问，此时水冷髓管等受热磷液面温度也达别 4 0 0 ℃以上，高温氧化现象十分严蘸。氧化皮程豳体 辑耩装砖爨下不凝裂落、重囊生成、霉囊落，健管壁 遮渐减薄。 单从锅炉受热面磨损角度糟，涂层材料的抗磨 攒效果不仅与颗粒的硬度有关，鼠与材料硬度粕颗 粒硬度之舞戆院值有关，当二者院篷超过一定傻麓， 磨损量便会逐这辫诋，嚣燕，增趣涂层豺辩戆硬凌会 迅速提高耐磨性，如高铬镍基合愈涂层。同时，锅炉 避行中高温环境投受热面腐蚀问题要求涂层同时又 其蠢抗热{ 孛击、抗腐蚀性能，如巍铬会金涂层、金瓣／ 隧瓷复含涂屡。耐磨合金7 5 C r ；Q ／2 5 N i C r 涂屡， N i C r 作为粘结楣舆有很好的抗祷温氧化和耐热腐 蚀的性能，C r ，G 作为硬质相又肴非常高的扰谢温 磨掇的性能，且其鼹滠稳定性好，姆钢基体的热膨胀 系数搂透，是一耪麟决C F B 镊炉磨损勰遂豹理憋涂 层。美蕃惹怒齑速灾雉绩涂裁备D S 一2 0 0 7 5 C r 。c 2 ／2 5 N i C r ，日本也采用怒音速火焰喷涂 C 轴C z ～N i C r 合念粉制备高温耐磨蚀涂层，均取得 了一定戆效果。但该涂层工艺设备昂贵、成本燕，零 後予瑗荔操露瓣特点，錾薅了英在我国魏进一步撵 广应用。国内的研究人员在喷涂材料方面也做了很 多研究和尝试，但使用效果并不很理想。将C r 。C 2 一N i 繇合金粉箭威粉蕊丝糖，采露魄援襞涂工艺， 箕涂屡菔曩与等离子喷涂基本捷弱，穗喷涂成奉帮 大大降低，而且便于现场操作。迄今，黼内电厂锅炉 受热筒的热喷涂工程，9 0 ％以上的喷涂衙积采用电 弧喷涂工艺，随着丝材制餐技术的日懿成熟，将会有 更多甄遗合奉晷匡睹又阕时吴各优良使鲻牲甓静囔 涂材斟鹰用于国蠹鹣C F B 锅炉上，褥在材料魏选择 上则肴必要综合考虑以上磨损因素和缀济性要求。 3结论 翡磨是C F B 锅炉安垒运费孛翡～壤霾要藏题， 表面热峨涂技术是C F B 锅炉防磨的缝济有效手段 之一，含理、经济、有效的喷涂工艺的您择必须从 C F B 锅炉磨援的主要影响嚣素的考虑趱发，对症下 药才簏，诱实舞麦蠹损难惩。 参考文献 [ 1 ] 岑雕法。倪明江，骆仲泱，簿。循环流化廉锅炉理论、设计 与逶符【Ⅺ3 。蘧豪；书溪彀力鑫菠衽，1 9 9 8 。 [ 2 】采予耪，徐滨。毫懿镊妒譬遭蹇温i 孛镳壤攘帮涂瑟赛 护拨术[ J ] ．中国电力，2 0 0 1 ，3 4 1 2 1 6 - - 1 8 ． [ 3 3 刘德鹃．流化床燃烧技沭的工业应用[ M ] ．北京中国 电力如版社，1 9 9 8 ． [ 4 3 诲华警。循环流纯露燃烧技拳【麓】。熊裘牵蓬毫交凄 黢被．1 9 9 8 ． 万方数据