热喷涂技术在循环流化床锅炉中的运用与质量控制
叶林，尹嵩，黄科峰，刘泽坤，史一岭，吴树辉
热 喷 涂 技 术2010 年 3 月
摘 要：水冷壁管磨损是循环流化床锅炉受热面磨损中最突出的问题。采取炉膛内直接热喷涂的方法，在水冷壁管磨损区域喷涂金属耐磨涂层来提高耐磨性，是方便快捷和有效的方法。磨损状况检查、喷涂前管壁表面预处理、喷涂质量检查验收，是炉内热喷涂质量控制的关键环节。
关键词：水冷壁管磨损；表面预处理；热喷涂
循环流化床锅炉的燃烧方式决定了其水冷壁受热面的磨损比煤粉炉严重，具体磨损程度与炉型、燃烧煤种、燃烧调整等因素有关。人们试图采取合理方式对磨损进行有效控制，以提高循环流化床锅炉运行的安全稳定性和经济性。
近年来，热喷涂技术在我国发展迅速，防磨喷涂在各个行业都得到了广泛的应用，锅炉受热面四管防磨喷涂也得到了关注。在循环流化床锅炉水冷壁管防磨方面，采取在炉膛内直接对水冷壁管进行热喷涂的方法，施工灵活、省时方便、耗费小，给电厂企业带来了很大的便利。我公司在 440 t/h、220t/h、130 t/h、75 t/h 多台循环流化床锅炉磨损检查与炉内直接热喷涂质量控制方面积累了经验，我们体会到：炉膛内直接热喷涂是提高水冷壁管耐磨性的方便快捷和经济有效的方法，要达到理想的效果，必须做好与喷涂相关的每个环节的质量控制。
1 质量控制的关键环节
检查管壁磨损状况、管壁喷前表面预处理及喷涂后质量检查验收，是做好炉内水冷壁喷涂时质量控制的关键环节。
1.1 磨损状况检查
检查管壁磨损状况是炉内防磨喷涂第一步工作，要根据锅炉实际磨损状况来制定相应的喷涂方案，即可做较大范围喷涂，也可做个别修补喷涂。
在停炉检修时，应及时跟踪检查锅炉水冷壁管磨损情况，做好详细记录。检查的重点一般放在密相区浇注料与水冷壁管交界处向上 2 米范围内，根据检查需要打好脚手架。检查时可采取宏观肉眼观察、手摸、使用超声波测厚仪测量壁厚等方法。循环流化床锅炉水冷壁管磨损可分为四种情形：炉膛下部密相区浇注料与水冷壁管交界区域管壁磨损、炉膛四个角落区域管壁磨损、不规则区域管壁磨损和一般水冷壁管磨损。炉膛下部敷设浇注料与水冷壁管交界区域的管壁磨损形式如图 1 所示。磨损原因是在过渡区由于沿壁面下流的固体物料在交界处遇阻而局部产生涡流。
炉膛四个角落区域水冷壁磨损情况较其它部分更为严重，其原因是角落区域沿壁面向下流动的固体物料浓度比较高，同时流动状态受到破坏的程度也比较大。
不规则区域管壁磨损主要发生在未经打磨的焊口余高处。由于焊口余高未经打磨而突出壁面，在锅炉运行时管壁就会在焊口位置出现凹面减薄现象。
炉膛一般的水冷壁管磨损速度较慢，在运行较短时间检查一般只发现水冷壁管被磨亮，为均匀磨损。即使水冷壁管做过热喷涂，在经过长时间运行后也会产生磨损，喷涂涂层只可能延缓磨损，而不能杜绝磨损，所以每次停炉时应及时检查磨损状况，对磨损部位进行再喷涂。
1.2 喷涂前管壁表面预处理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的压缩气流，将熔滴雾化或推动容粒成喷射的粒束，通过高速气流雾化并喷射在基体表面上，形成喷涂层的一种表面工艺方法，基体表面粗糙度程度的大小，直接影响喷涂层与基体的结合强度。最常用的表面粗糙处理方法是喷砂。喷砂的材料有多角冷硬铸铁砂（适用于硬度值为 HRC50 左右的工件表面）、刚玉砂（Al2O3，适用于硬度值为 HRC 40 左右的工件表面）和石英砂（SiO2，适用于硬度值为 HRC 30 左右的工件表面）等。针对 20 号锅炉钢，喷砂材料采用石英砂比较理想，粗糙度能够达到 RZ 25～100，在对管壁进行表面粗糙处理时，要选好砂型、砂粒度、砂粒角度及气体压力和流速；同时还要注重操作者的操作熟练程度和喷砂经验，才可得到好的表面粗糙处理效果。喷完砂应进行质量检查，保证基体表面粗糙度适当、均匀。表面粗糙处理后的管壁应尽快进行喷涂，以防出现氧化而影响喷涂质量。
1.3 炉内水冷壁管热喷涂
根据循环流化床锅炉运行工况条件，水冷壁管防磨热喷涂涂层应满足下列要求：
（1）涂层和基体之间必须有良好的结合，防止在锅炉运行条件下因物理和化学的作用而脱落。
（2）喷涂后的涂层要不影响水冷壁管正常的热交换功能。
（3）涂层应与基体有大体一致的热膨胀系数。
（4）涂层在运行条件下，要有良好的耐磨性，耐热性和抗氧化能力。
我公司选用我们自主研发的喷涂丝材 SR-M，在循环流化床锅炉炉膛内采用超音速电弧喷涂水冷壁管，喷涂后涂层与管壁结合良好，硬度高，耐磨损性能优越，在众多电厂取得了很好的效果。电弧喷涂操作要注意控制以下几点：
（1）调整好电缆长度与线径比。电弧喷涂进入炉膛内，电缆一般要加长，这时要考虑长电缆对电弧电压和电弧电流产生的影响，做好调整。电缆加长，回路电阻增加，线损加大。解决的方法一般在电缆增加较长时，要加粗电缆线径，调整好长度与线径比，使回路电阻值变化较小。
（2）控制好喷枪的喷涂角度和喷枪移动速度。
（3）控制好压缩空气的质量和空气压力。压缩空气要过滤净化，在规定的气压范围内，气压尽量调得大些并保持稳定，这样可提高雾化效果和粒子喷射速度，得到质量高的涂层。
1.4 喷涂质量检查验收
循环流化床锅炉水冷壁管炉膛内喷涂，应做好质量检查验收。由于喷涂施工现场条件所限，部分涂层性能检验测试只能在实验室做，所以我们采取现场检测和实验室检测相结合的方法：
（1）施工现场宏观检查：涂层应喷涂在经过粗糙处理过的管壁上，涂层表面应平整，粒度均匀。
（2）施工现场涂层喷涂厚度检查：用 DM-4测厚仪在喷涂前后分别测量管壁厚度，两者之差就是涂层厚度，涂层厚度应满足防磨要求。
（3）实验室涂层硬度测试：先在喷涂现场加工试样，然后在实验室采用硬度仪对试样进行测试。
2 结束语
采取在循环流化床锅炉炉膛内做热喷涂的方法，可以对水冷壁管表面实施有效保护，使其外表面基本不受损伤，可大量节省材料更换费用及维修费，缩短检修时间，减少或避免非计划停炉，有着很高的直接、间接经济效益。该技术既可用于新建锅炉的预防性维护，也可用于在役锅炉检修的现场修复，具有极其广阔的应有前景。
参考文献略
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