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热喷涂技术在火电厂的应用

1、问题的提出
众所周知,燃煤电厂是用煤做原料,加工人们所说的二次能源。燃煤电厂的各种设备都要长时间系统性的运行;大多数设备所处的运行环境十分恶劣,各种设备及其金属构件,既要在高温度、高压力、高载荷、高流速的条件下工作,又要经受烟气氧化、硫化及汽蚀的考验,还要经受烟气中粉尘颗粒的冲刷和磨损,甚至个别的部位还有撞击,用再好的材质制做出的零部件也难以承受。久而久之,厚壁变成薄壁,平衡变成不平衡,耐压变成不耐压,密封变成不密封等等。强度下降,机械性能下降,进而导致锅炉炉管爆裂,轴裂纹,甚至折断等故障或设备及人生事故的发生,迫使系统不能正常运行甚至停止运行。
在发电厂的故障中,锅炉故障占70%以上,而在锅炉故障中又以水冷壁管、省煤器管和过热器管的爆裂、泄漏为主;而腐蚀和磨损又是导致管爆裂和泄漏的重要诱因。60年代初期统计资料表明,由于腐蚀与磨损引起的爆管、泄漏占锅炉故障的40%,随着锅炉参数的提高,比例有所提高,到80年代后期已超过60%。因此,腐蚀与磨损问题已引起所有火力发电厂尤其是燃煤电厂的极大关注。投入相当的人力和经费用在解决腐蚀与磨损上。如改进水处理工艺方法、加入缓蚀剂、定期对各种管道进行清洗、采用先进的电除尘工艺、堆焊耐腐材料、涂耐磨涂料、镶瓷砖、设置防护档板等。是费尽了心血,伤透了脑筋,做了大量的工作,在某种程度上缓解了腐蚀与磨损问题。但由于采取上述防护措施造成热效率下降、设备出力不足等问题。有的措施短时间运行有一定的效果,但经受不住长时间的运行考验。随着热喷涂技术的成熟与发展,经过反复的试验和不断的探索,应用热喷涂技术可以有效的解决燃煤电厂腐蚀与磨损问题。
2、应用实例
2.1应用热喷涂技术解决吸(引、排)风机叶轮的磨损问题
90年代初,除尘技术还比较落后,大多数企业采用水膜除尘,效果并不理想,烟气中粉尘含量较大,这些固体颗粒十分坚硬且锐利,而吸(引、排)风机叶轮从其焊接性能需要出发,通常采用16Mn、15Mnv等低碳钢合金材料,这些材料焊接性能好,但耐磨性能差,有些叶轮运行几个月就被磨薄,甚至磨漏,严重的把叶片磨断,有的电厂采用贴(涂)陶瓷的办法,但由于叶轮是在较高温度的烟气中运行,运行中又有颤动,而陶瓷材料属热的不良导体,其膨胀系数与本体材料差异较大,有的在很短的时间内就出现了大面积脱落现象,使叶轮失衡,导致叶轮振动量加大,有的电厂采用堆焊铁05,由于这种材料硬度很高,又是采取的堆焊工艺,因此应力较大,有的甚至使叶轮变形,查阅国外有关资料,最好的办法是采取在叶轮表面上喷镀钼合金涂层,可以使叶轮的寿命提高4-6倍,钼是一种稀有金属,价格十分昂贵,技术上可行而经济上不合理。经过调研发现,我们国内已经研制出一种喷制耐磨涂层的专用合金材料,可以满足叶轮防磨的需要,其主要成份是高铬高碳加稀土。1997年8月,首次在铁岭发电厂2#机组吸风机叶轮的两个叶片上进行了试验,经过4000小时的运行(在没有电除尘的情况下),涂层表面无任何划痕和磨损。因此,此项目在该电厂进行了推广使用。四台30万机组,八个吸风机叶轮全部做了类似的防磨处理,取得了令人满意的效果。1998年国内又研制了含有硼元素的高硬度耐磨材料,这样使叶轮的耐磨效果又大大的提高一步,用这两种材料喷制的涂层具有韧性好,硬度高(表面硬度可达HRC60),又可喷制较厚涂层(2-3mm),叶轮叶片表面状态的改变,“三度”(韧度、硬度、厚度)的提高完全可以使叶轮耐磨程度得到显著的提高。材料科学发展的同时,工艺技术也有了新的发展,由原来普通电弧喷涂发展为超音速电弧喷涂,采用这种工艺方法喷制的涂层致密度高,涂层与基体的结合强度都有大幅度的提高,这样选用优质的原材料加上先进工艺方法制作的防磨涂层,完全可以满足2-3个大修期运行的需要。
应用此种工艺先后在辽宁铁岭发电厂、清河发电厂、黑龙江富拉尔基发电总厂、大庆油田热电厂、吉林双辽发电厂、河北一五零发电厂等单位推广使用,都取得了十分令人满意的效果;再加上除尘效果的改进和提高,使吸(引、排)风机叶轮的磨损问题基本得到解决。
2.2应用热喷涂技术解决锅炉“四管”硫化腐蚀及磨损问题
锅炉“四管”(省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管)所处工作环境十分恶劣。因此,爆管问题时有发生,对系统运行及人身安全造成极大的威胁。近年来爆管频率呈上升趋势,循环流化床锅炉管爆管频率更高,有的炉管甚至三个月的运行都难以完成;锅炉“四管”爆管问题亟待解决。如何解决?选用进口或国产优质耐蚀合金材料是最方便的防腐蚀、防磨损的措施,但是在火力发电厂中难以实现。这是由于电力设备消耗大量的金属材料,例如,一台与600MW机组配套的直流锅炉总重量达10750吨,其中,承受高温、高压作用的部分为3060吨,钢结构支吊件重5300吨,与俱腐蚀和磨损作用的烟气接触的空气预热器和烟道、风道重达2000吨,其它,钢制设备近300吨。高压水汽管道近1300吨,中压管道及低压管道(含循环水管)重3600吨,各种阀门管件重500吨,箱、罐、热交换器等重1000吨,其钢材用量17000吨以上。材料成本增加,将直接影响发电成本,这就势必影响企业的利润。基于上述考虑,除了核电站使用贵重的耐蚀材料外,火电设备除了温度达到500度的部分设备管道使用低合金热强钢外,其它部位均使用碳素钢。因此,电厂不能依赖大量使用昂贵的耐蚀材料抵抗介质的侵蚀,只有靠做好防护工作来解决。
 

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