電弧超音速噴涂是以電弧為熱源，將金屬絲熔化并用氣流霧化，使熔融顆粒高速噴射到工件表面形成涂層的一種工藝，采用該工藝在鍋爐水冷壁噴涂涂層，用于高溫防腐，該涂層具有優異的高溫耐蝕性能和良好的耐磨性能。

關鍵詞：電弧超音速噴涂；水冷壁；高溫耐腐蝕性能；耐磨性能

1、引言

近年來，XX公司相繼有多臺鍋爐發生嚴重的水冷壁高溫腐蝕，腐蝕最嚴重的鍋爐水冷壁最小壁厚僅1.3 mm，腐蝕速度達2 mm/a。各鍋爐發生高溫腐蝕的區域基本相近，即燃燒器出口射流下游區域，高度在燃燒器中心線附近，且管子向火側的正面點腐蝕得最快。水冷壁發生高溫腐蝕后，壁厚減薄，強度降低，容易造成爆管和泄漏，危及鍋爐安全運行。上述鍋爐都因高溫腐蝕使水冷壁管在較短時間內減薄，不得不在檢修時大面積換管，不僅耗費材料，而且檢修時間延長，工作量增加，經濟損失巨大。水冷壁高溫腐蝕問題己成為困擾XX公司鍋爐安全運行的痼疾。

由于近年來煤炭資源日趨緊張，煤炭的采購日益困難，所以XX公司燃用煤種比較復雜并且配煤比較困難，XX公司的鍋爐均依靠燃用劣質貧煤維持正常生產，從而造成腐蝕區域存在強烈的還原性氣氛，嚴重腐蝕區域煙氣含O2量幾乎為零，而CO含量則高達10％以上，有的鍋爐局部區域CO甚至接近30％。腐蝕發生區域及腐蝕管子形態的化學組成都是相似的。高溫腐蝕的位置都是在噴燃器區域的四面水冷壁上。腐蝕的嚴重區域大都位于燃燒器出口射流的中下游。腐蝕區域的水冷壁向火側一般呈黑褐色，外層松軟，內層堅硬，在剝落硬層后，垢狀物與水冷壁管結合面處呈孔雀藍光澤。

2、高溫腐蝕研究及措施

2.1 煤種問題

煤種是造成高溫腐蝕的主要原因之一。對發生高溫腐蝕鍋爐所燃用煤質進行統計分析表明，大部分鍋爐的燃煤含硫量均在1.2％以上，有些甚至高達2%—3％。高含硫量使煤在燃燒中產生更多的腐蝕性物質，加速了水冷壁的腐蝕。

2.2 四角切圓燃燒方式造成爐內燃燒風粉分離

這是四角切圓燃燒鍋爐普遍存在的問題。一、二次風射流噴出燃燒器后由于受到上游鄰角氣流的擠壓作用及左右兩側不同補氣條件的影響，使氣流向背火側水冷壁偏轉，此時剛性較弱的一次風射流將比二次風偏轉更大的角度，從而使一、二次風分離。一、二次風的剛性相差越大，這種分離現象越明顯。由于部分一次風射流偏離了二次風，煤粉在缺氧狀態下燃燒，在射流下游水冷壁附近形成局部還原性氣氛，這是引發高溫腐蝕的一個重要原因。

2.3 燃燒器的影響

XX公司鍋爐采用的是彎頭式水平濃淡燃燒器，它的優點是降低NOx排放、改善煤粉著火條件及提高煤粉燃燒穩定性的燃燒器。但對于水平濃淡燃燒器，濃股煤粉風粉比例較低，如果不能設法強化其后期混合，則有可能導致還原性氣氛加強，增加高溫腐蝕的可能。為充分發揮濃淡燃燒技術的特點，根本途徑是使煤粉在進入燃燒器后，設法在其著火區域使煤粉在一次風中實現局部濃淡分離，且隨著一次風流動的發展，借助于湍流擴散作用，濃縮煤粉與一次風中的空氣自動混合，有利于著火及降低NOx排放量，而不會產生后期混合難的問題。這可能是正確利用濃淡燃燒技術的方向。

2.4 運行狀況的影響

燃燒對水冷壁高溫腐蝕的影響主要是燃燒工況不完善、燃燒切圓過大、鍋爐配風不佳等原因造成煤粉在水冷壁附近強烈燃燒或直接沖刷水冷壁，水冷壁附近煙氣形成較重的還原性氣氛，腐蝕介質大大增加，導致水冷壁高溫腐蝕的發生。

針對XX公司的具體情況，在防治高溫腐蝕的問題上我們做了大量的工作：①提高鍋爐的煙氣含氧量②降低煤粉細度③開大中下二次風量④加強燃料配煤工作，降低燃煤含硫量。由于種種原因上述措施對減輕水冷壁高溫腐蝕上效果不是很明顯。因此XX公司以#3鍋爐作為試驗爐，于XX年XX月對#3爐燃燒區域進行了電弧超音速噴涂。

3、電弧超音速噴涂技術

3.1噴涂范圍：

#3爐三次風噴口至下二次風噴口之間約3.8m高的水冷壁管及燃燒器周圍的水冷壁管約84㎡左右。

3.2噴涂質量及技術要求

對水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮，比較理想的方法是采用熱噴涂技術。經過一系列的準備工作，于XX年XX月利用#3 爐檢修期間，我們對其水冷壁進行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。 鋼鐵材料的表面防護涂層分兩大類。一類是隔離涂層，如電鍍鉻、油漆及有機涂料；另一類是陽極涂層，如電鍍鋅、熱浸或噴涂XXCT合金作為犧牲陽板仍對該處表面鋼鐵具有防腐蝕保護作用，避免孔隙腐蝕、保護層下腐蝕及由此引起涂層的脫落，陽極涂層還兼有隔離涂層作用。

選擇防腐蝕涂層材料除考慮其陽極性外(即選擇陽極電位低于鋼鐵的金屬成份)，還應要求其熱膨脹系數接近鋼鐵材料，具有良好的塑性，以避免脫層，材料還應具有一定的抗沖蝕能力。對選擇的一種或幾種材料應進行噴涂試驗、性能試驗和對比試驗等。

該噴涂材料是自發放熱型材料XXCT，噴涂后涂層與基體金屬表面產生原子擴散，形成冶金結合，涂層又形成粗糙表面，便于與工作層連接，提高涂層的結合強度。噴涂層材料的膨脹系數與水冷壁管材料接近，使涂層在交變熱應力作用下不會脫落，它具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、延展性好、抗沖蝕能力強且價格便宜等特點，涂層厚度 0.8—1.0mm。噴涂工藝如下：

A.噴砂打磨：

噴涂前的基體表面必須清潔、無油污、且須達到清潔和毛化要求。噴砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金屬外觀和均勻粗化。噴砂后，基體表面粗糙度應達到 Rz40—80um。且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。選擇磨料時，根據基體金屬的種類和涂層的厚度而定，磨料必須清潔、有棱角，才能保證涂層與基體結合良好。

B.防腐蝕噴涂：

使用超音速電弧噴涂技術對水冷壁進行噴涂，噴涂材料為專用 XXCT，設計噴涂厚度 0.8—1.0mm。噴涂表面達到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應盡快進行噴涂，其間隔時間越短越好，在晴天或不潮濕的天氣，間隔時間不可超過12小時，在雨天、潮濕或含鹽霧氣氛下，間隔時間不超過 2 小時。噴涂必須在如下條件下實施：環境大氣高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點高 3 ℃，在雨天、潮濕或含霧的氣氛中，噴涂操作必須在室內或工棚棚中進行。

C.后處理：

對于防腐噴涂，必須加封孔劑，以避免腐蝕物質通過涂層的孔隙往里面滲入，直接腐蝕母材，或間接減少防腐涂層的有效厚度。封孔劑選擇有機硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面。

D.現場檢測：

噴涂完成后，應進行外觀檢查，涂層表面致密、均勻、顆粒細小，不允許有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。使用測厚儀進行現場實測，厚度達到要求，可以保證工程質量。

4、噴涂效果分析：

4.1噴涂前后鍋爐運行分析:

#3爐噴涂前后爐膛溫度統計

注：以上參數因受負荷和對比時環境溫度的影響，數據僅供參考。

綜上所述，通過高溫噴涂減輕了水冷壁的腐蝕和磨損程度，保持了水冷壁的清潔度，減輕了受熱面的結焦積灰及硫化物硫酸鹽的存在，增大了水冷壁的傳熱效果，使爐內水冷壁的吸熱量大大增加，從而增加了飽和蒸汽的產量，使得主汽溫度降低，減溫水使用量大大減少；由于爐內吸熱量的增加使得燃料的有效利用熱量增加，增強了換熱效果使得煙氣溫度降低，因此爐膛溫度和排煙溫度才出現了下降，提高了鍋爐的熱效率。

4.2噴涂前后水冷壁壁厚對比

通過停爐后對水冷壁的測厚結果來看，得出如下結論：噴涂前水冷壁減薄速率明顯高于噴涂后水冷壁減薄速率。

為了防止高溫腐蝕和磨損，超音速電弧噴涂 XXCT 可以取得很好的效果。通過各種性能試驗和實踐證明，利用超音速電弧噴涂的 XXCT 涂層，可以大大延長水冷壁管的使用壽命，同時也可以對長時間運行后的水冷壁管進行再防護，以進一步延長水冷壁管的使用壽命。

五、結束語

水冷壁管的可靠性，直接關系到電廠機組是否能安全有效運行，但鍋爐運行中不可避免地對水冷壁管造成腐蝕、沖蝕（磨損），使其有效承載能力下降、安全性降低。超音速電弧噴涂層做為一種相對成熟的防磨技術，能對水冷壁管表面實施有效保護，降低運行成本，直接經濟效益和間接經濟效益都很高，有極大的開發利用價值和推廣價值。我們認為，通過試驗已經實踐證明，熱噴涂技術能夠為我廠鍋爐的水冷壁保護提供一個較為可靠的解決辦法。

來源：互聯網

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