循环流化床锅炉水冷壁防磨喷涂工程：确保锅炉安全稳定运行的必要防护措施

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运行调整、现象分析、事故处理、技术资料，一应俱全

循环流化床锅炉水冷壁耐磨喷涂工程

由于炉膛结构和设计参数的特点，循环流化床锅炉水冷壁等受热面部件投入运行后，运行工况极其恶劣。它长期受到高速、高温、含尘烟气的不均匀冲刷、磨损和腐蚀，极为严重。容易被严重磨损、变薄，极易造成泄漏、爆管事故。为了保证锅炉安全、稳定、经济运行，必须采取防护措施。根据全国电厂的保护情况，根据CFB锅炉的具体运行工况、工艺参数和故障机理，结合我公司长期在该行业的实际施工经验，我公司工程技术人员认真分析并对这部分进行了保护规划。改进了技术设计，采用该技术进行保护可以取得良好的效果，并且可以大大延长设备的使用寿命。

在大型锅炉的使用中，水冷壁是布置在炉膛内壁上的主要靠水冷却的受热面。也是锅炉的主要蒸发受热面。锅炉的运行会产生气体，其中的化学物质必然会对水冷壁管造成一定的腐蚀，导致锅炉的有效承载能力下降，降低锅炉的安全性，直接影响锅炉的正常运行。因此，对锅炉水冷壁防腐的研究和探讨对于大型锅炉的安全使用具有重要意义。

1、水冷壁腐蚀部位特点

锅炉水冷壁的腐蚀壁面通常呈塔形，主要发生在靠近燃烧器的火侧热负荷较高的区域。管子中部的腐蚀较两侧轻。这是因为火侧水冷墙前部经常受到气流冲刷，灰不易粘附；而两侧和翅片之间的凹处不直接被气流冲刷，由于涡流的作用，容易粘附熔渣。灰烬颗粒或未燃烧的油滴为腐蚀创造了条件。使用一段时间后，水冷墙朝向火侧的正面比墙体两侧的腐蚀要少。

2、锅炉水冷壁腐蚀的危害

锅炉水冷壁管的高温腐蚀给锅炉运行带来严重问题，会给正常工作带来直接危害。一方面，管壁会变薄，每年约减薄1毫米。这种现象不仅会造成安全运行严重隐患，还会增加锅炉临时维护、检修的工作量，造成极大的经济浪费。另一方面，由于水冷壁的腐蚀问题，极有可能造成水冷壁管突然爆炸，导致紧急停机检修。这不仅会扰乱正常的供暖秩序，影响正常供暖，还会大大增加工人的劳动强度和额外的维护费用，直接影响员工的生活和企业的效益。

三、水冷壁管腐蚀的原因

水冷壁管的高温腐蚀主要由炉膛内火焰温度、煤的硫含量和水质三个因素造成。由于锅炉所用煤中含有大量硫磺等有害杂质，锅炉运行过程中，炉内温度可达1600℃。在如此高温下，燃烧煤中存在的硫等有害杂质对水冷壁形成高温腐蚀，导致还原性气氛腐蚀、金属氧化物燃烧时形成的熔盐腐蚀、H2SO4腐蚀硫化物溶于水生成。这些都是壁厚减薄、水冷壁管爆炸的原因。主要原因。高温腐蚀的危害主要包括燃烧过程中产生的硫化物、碱金属盐和硫酸盐。这些化学物质共同在高温作用下对管壁进行复杂的腐蚀过程。主要因素是煤燃烧中硫化物的高温腐蚀。高硫煤在锅炉内氧气不足的环境中燃烧，容易产生硫化氢等腐蚀性气体。烟气中的含硫物质在高温下产生单个原子。硫与管道中的铁反应生成硫化铁，在高温下会破坏管壁的保护膜，腐蚀管道并直接与金属铁发生反应，导致金属管壁不断变薄而腐蚀。另一种是不燃硫在高温作用下生成硫酸盐，与燃烧灰粉混合，附着在管壁表面形成腐蚀，导致水冷管有效壁厚减少。壁管，降低水冷壁管的成本。水冷壁的高温力学性能不断降低有效承载能力。另外，所用的水没有经过处理，导致锅炉结垢严重，逐渐堵塞水冷壁管。水冷壁管在长期高温作用下，逐渐腐蚀，壁厚减小。

4、大型锅炉水冷壁的防腐措施

水冷壁的腐蚀会导致其承载能力下降，管壁厚度变薄甚至造成爆管，直接关系到锅炉的安全运行。管子爆裂还会增加大量的人力、物力和维修费用。造成安全隐患和资源浪费。因此，针对水冷壁管道的腐蚀，必须采取有效的防腐措施。根据水冷壁管道腐蚀的原因，可制定相应的防腐方法。

1、最直接、有效的防腐措施是在水冷壁管上喷涂耐磨、防腐涂层，并在受腐蚀的部件表面覆盖一层耐腐蚀隔离层，进行表面保护。涂层材料的塑性和热膨胀性必须能够适应锅炉和脱硫装置内部的环境，否则在使用过程中容易出现分层；可以使用电镀或热渗镀。这种涂层具有较好的覆盖性和结合力，但在现场拼焊过程中，涂层会因技术原因出现薄弱环节，降低其性能；也可以使用热喷涂。这种方法非常适合现场作业，可以提供多种性能涂层，可以保护现有设备免受未保护部件的影响。对某些部件添加额外的保护或重新保护受保护的部件。

2、调节风速，防止火焰直接冲刷水墙。锅炉通常采用钢球磨中间储仓式制粉系统，用废气送粉。需要调整磨煤机的​​通风量，减少磨煤机的通风量，调整再循环风量，使其不影响磨煤系统。输出，并防止火焰直接冲刷水冷壁，从而减少射流偏转和气流对壁的粘附，改善水冷壁附近的气氛，减缓腐蚀速度。

3、控制入炉煤含量，特别关注发热量、挥发分含量、硫含量等参数。严格控制煤粉细度，保证其均匀性。可以调整粗粉分离器的挡板开度，增加磨煤机内小直径钢球的比例，调整回粉阀的动作周期，增加磨煤机的装球能力。

4、适当组织燃烧空气动力条件，调整燃烧器出口空气直径，保证炉膛出口最佳的过量空气系数，同时保证各燃烧器出口空气粉末处于较好状态。在保证炉内上下燃烧器供氧量平均的前提下，尽可能保持同层燃烧器的空气粉末均匀，从而保证热负荷沿宽度方向均匀分布防止水冷壁局部高温。负载并减少腐蚀。

5、锅炉给水回路中可安装软化水处理设备，改善水质，保证水质达标。这样可以减少水冷壁管内结垢，保证水冷壁管内水流顺畅，减少水质引起的水冷壁腐蚀，从而提高水冷壁管的使用寿命。操作简单实用。

6、为减少尾部烟道漏风，小修时可更换尾部烟道防爆门，并将烟道和空气预热器漏风处堵住密封，以便满负荷运行条件下，在引风机额定电流适用范围内，将引风机挡板开得尽可能大，以保证炉膛出口的多余风量。

7、另外，可采用低氧燃烧技术，改善高硫煤在氧气不足时的燃烧，降低燃烧烟气中的硫含量。也可采用添加剂，或合理控制炉出口烟温。减少对水冷壁的腐蚀。

本文主要分析了水冷壁腐蚀的原因和危害，并讨论了一些相关的缓蚀和防腐措施。大型锅炉水冷壁腐蚀的原因有很多。通过最近的发展，已经找到了多种有效的解决方案来克服水冷壁的腐蚀。在此基础上，通过不断实践和改进，防腐措施不断完善。研究层面，在后续的工作管理中，可以综合运用不同的方法来解决水冷壁腐蚀问题，实现锅炉的安全运行。

1、故障分析

管壁的磨损与气流中固体物质的浓度、烟气的速度、颗粒的特征硬度以及流道的几何形状密切相关。根据相关研究数据，冲刷磨损量大约与气流速度的3.6次方成正比。 CFB锅炉中固体物料浓度巨大，通常是煤粉锅炉的几十到几百倍，且烟气流量大，颗粒坚硬，边缘锋利。因此，在高速烟气的推动下，CFB锅炉对水冷壁等受热面部件的侵蚀和磨损极为严重；特别是挡墙顶部的水冷壁，由于位于密相区边缘，不仅受到含有床料和燃料的高速高浓度气流的严重冲刷和磨损，而且还有严重的涡流效应、切削效应和离心效应。涡流效应发生在炉子的四个角处。由于那里形成的侧壁流，更多的材料聚集在这里。由于固体颗粒的惯性，局部磨损效应特别明显，切削效应体现在挡土墙根部的水冷壁处。原因是由于防护墙顶部提供了一个平台，当焦炭渣高速落到平台上时，它会反弹。向水冷壁管侧面反弹的部分会对水冷壁管产生严重的切割作用。离心作用 由于气流方向的转向，炉膛烟气出口处存在巨大的离心作用，对水冷壁管造成严重磨损。

其次，它还容易受到硫酸盐、硫、硫化物的高温氧化和热腐蚀。水冷壁管具有高温氧化和高温腐蚀的条件。其烟气温度高，为富氧燃烧。实践证明，在300℃以上，管表面温度每升高50℃，腐蚀速率加倍。锅炉运行过程中，受热面管子表面首先发生高温氧化，表面生成Fe2O3。其次，燃料灰中的Na2O和K2O与烟气中的SO3结合形成硫酸盐，捕获飞灰形成造渣和流渣。此时烟气中的SO3和M2SO4与管壁上的Fe2O3反应生成复合硫酸盐MFe(SO4)2或M3Fe(SO4)3。这种复合硫酸盐受高温分解成松散的氧化铁和硫酸盐沉积物，很容易被气流侵蚀掉飞灰，氧化腐蚀继续深入管壁。另外，燃料中的硫含量，以及燃烧产生的S和H2S，也会对管壁造成强烈腐蚀，与Fe反应生成FeS。

在上述因素的作用下，受热面管逐渐被侵蚀、变薄。当零件不能承受管内的水蒸气压力时，就会引起泄漏和故障。

2. 涂层设计

根据以上受热面的失效机理以及大多数厂家的实际使用和磨损情况，我们建议：

(1)首先采用二次喷砂工艺对耐磨件表面进行粗化处理，即先用石英砂清理表面，然后用金刚砂对管材表面进行粗化处理。

(2)采用超音速电弧喷涂技术，采用硬度特别高、耐冲刷磨损性能优良、抗高温氧化和热腐蚀性能良好的HDS-88A金属合金丝制作涂层。涂层表面采用KM型孔洞采用高温耐磨防腐专用密封剂密封，并在接口处设置过渡区，宽度为100-150mm，实现平滑过渡。

由此制备的复合涂层可用于防护，能够满足防护要求。

三、HDS-88A涂料技术指标

1、涂层HDS-88A涂层

厚度：0.6-0.8mm

粒子速度：386m/s

粘接强度：≥55MPa

硬度：HRC65

高温抗氧化性：+12.16mg/cm2（750℃氧化250h）

孔隙率：≤0.9%

喷涂时基材温度：≤100℃

工件变形能力：不变形，不改变基体材料的表面金相组织和理化性能

2、特殊密封层，耐高温耐磨、防腐

工作温度：≤1000℃

粘接强度：≥6MPa

厚度：约0.05-0.1mm

四、HDS-88A金属合金丝说明

超音速电弧喷涂采用HDS-金属陶瓷丝，具有极高的硬度、优异的耐磨性和耐高温氧化腐蚀性能。其主要成分为Ni、Cr、Cr3C2、Ti等微量元素。其所含的Ni元素具有良好的镀层延展性，使镀层具有与锅炉管几乎相同的热膨胀系数，避免镀层因热应力而开裂、剥落； Cr3C2是一种优良的金属陶瓷，在高温下化学性能稳定，硬度高，耐磨性好，具有一定的抗高温熔融玻璃粘附性能，即抗结焦性能；材料中还含有Ti等元素，有助于进一步改善涂层性能，提高高温抗氧化性、热腐蚀性能等；含有它是一种自熔介质，比普通合金更容易雾化。产生的涂层细腻且孔隙率低。是所有金属陶瓷中高温涂层的最佳选择。喷涂后，由于涂层中仍含有一些残留的自熔材料，涂层运行一段时间后，因加热而与基体材料形成亚冶金结合结构，从而产生较高的结合强度，特别是耐磨性。这种金属合金陶瓷材料的热膨胀系数与锅炉钢相近，因此在冷热交替的工作条件下，不会出现剥落、开裂等现象，且结合牢固；其导热系数与锅炉钢材料相似。并且厚度不超过1.0mm左右，因此不会影响传热效果。

五、KM型高温耐磨耐腐蚀专用密封剂说明

KM型高温耐磨防腐专用密封剂采用新型超硬材料、新型合成工艺、颗粒分级技术精心加工配制而成。常温下可快速凝固，高温下可形成坚硬的陶瓷体。 。具有良好的高温耐磨性、导热系数大、耐腐蚀性强、与金属表面粘结时具有较强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不龟裂。用它来密封金属热喷涂涂层表面的孔隙，能有效渗透和润湿涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更加致密，阻止介质中的有害成分通过微小的涂层间隙。进入涂层内部可有效封闭毛细孔。

六、喷砂设备及技术说明

1、设备说明

沙贝克PCS控制系统喷砂设备的PCS遥控系统气动控制系统由RCM控制器（喷嘴）、RIV进气阀、ROV排气阀、OF过滤器、控制气管及接头等组成，并配备有非工作状态下，RCM控制器手柄被弹簧抬起，RIV进气阀旋塞打开。操作时，按下RCM手柄，控制气流通过另一根控制气管流向RIV进气阀和ROV排气阀顶部，使进气阀打开，排气阀关闭，磨料桶内的压力降低。增加，并开始喷丸操作。 。

2、喷砂对基材表面的影响

①净化表面：清除被喷涂表面的各种杂质，特别是油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等，表面将呈现均匀的金属光泽，以利于熔融粉末与被喷涂物的粘附和吸附。基材表面（分子溶解和扩散）。工作表面洁净度达到GB8923-88《钢材表面除锈等级及涂装前除锈等级》规定的Sa3.0级。

②表面粗糙化：热喷涂涂层与基材的结合主要是机械性的，需要对基材进行预处理，不仅要除油、除锈，还要对表面进行粗糙化处理，所使用的表面必须具有一定的粗糙度。表面粗糙度达到GB11373-89《热喷涂金属预处理通则》规定的RZ50-90μm。

粗化的目的

a 增加喷涂层与基材的接触面积，提高结合面的附着力和吸附力。

b 增加涂层材料与基材表面的填充、贴合和锚固作用，加强涂层与基材之间的附着力。

③活化表面

喷砂使被喷涂表面产生活化能力：如晶格缺陷和塑性变形，产生一定的应力状态，有利于增加喷涂颗粒与基体之间的表面吸附力，提高两者之间的冶金结合能力。喷涂颗粒和基材。激活效果分析如下：

a喷砂使工件表面经砂粒反复打击后形成一定的残余压应力。虽然应力值极小，但在喷涂过程中缓解涂层的热应力，有利于提高涂层的结合强度。同时还可以提高工件的抗疲劳性能。

b喷砂可以去除工件表面的有机污染物和氧化层，并且可以增加金属表面晶粒的塑性变形并引起晶格缺陷，使基体表面处于容易发生化学反应的状态，有利于喷涂颗粒与基材表面进行物理、化学结合。

因此，喷涂前对工件进行喷砂处理是极其必要的，喷砂后的工件应尽快进行喷涂。时间越短，表面活化效果越好，涂层质量越高。

7、超音速电弧喷涂设备及技术介绍

一、设备介绍

ZLP-001型电弧喷涂设备是我公司在消化吸收普通电弧喷涂设备的基础上研发生产的新一代电弧喷涂设备。具有国际领先水平。该设备采用拉瓦尔喷嘴技术和高性能电弧喷枪，使雾化的喷雾颗粒达到超音速以上的速度。该设备在普通喷涂优点的基础上，大大提高了涂装质量。它以各种实心焊丝和特种粉芯焊丝为原料制成，广泛应用于电弧喷涂系统对各种表面进行防腐、耐磨处理。其粉芯线经过特殊熔炼，能量密度高，并经过特殊加工。电弧使ZLP-001电弧喷涂设备能够将金属管和内部的粉芯充分熔化。另外，我公司针对一些硬度特别高的线材专门开发了大功率喷涂机，将其充分熔化。 ZLP-001电弧喷涂系统设备包括：

①便携式电源盒

②旋转送丝装置

③喷枪

④送丝软管

2、技术介绍

超音速电弧喷涂是我公司通过引进先进设备和技术开发的一种新型金属热喷涂技术。已被美国、日本等发达国家列为21世纪关键表面工程技术。这种喷涂技术利用电弧在焊丝末端燃烧来熔化均匀送入的焊丝。经拉瓦尔喷嘴加速的超音速气流将熔化的焊丝雾化成细小、分布均匀的颗粒，喷射到工件上进行涂覆。熔融颗粒与基材主要通过机械、物理和冶金方法结合，结合强度可达55MPa以上。与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度、更强的结合强度、更低的气孔率、涂层均匀性高、致密性好、喷涂工件不变形。获得高质量的涂层。

八、施工条件

为做好施工准备，施工必须具备以下条件：

（1）电源：380V 20KW 三相交流

(2)气源：气压＞5kgf 流量＞5m3/min

(3) 平台：长4m（最小3m）、宽2m（最小1.5m）

(4)喷涂工件与主机的距离不应超过15m。

（5）施工部位所需脚手架

九、施工流程：

10、施工技术规范：

一、施工准备：

① 根据实际需要搭设脚手架。

②清除受热面上的大块焦炭、杂物等。

③对管壁需要喷涂的部位进行全面的质量检查。如发现需要修理、加固的部位，应及时报告甲方。

④利用现场现有条件进行设备安放、电气接线、气源管道连接和磨料回收帆布铺设。

2、表面预处理：表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属零件表面预处理通则》进行。处理的质量直接影响喷涂层的结合强度。

① 喷砂前，用遮蔽胶带、硬板或橡胶保护非有效表面。并预留过渡区域，保证涂层边缘平滑过渡。

②磨料的选择和使用：喷砂材料宜采用坚硬、有棱角的特级石英砂和金刚砂，使用前必须净化、筛选。砂中粘土和细尘的含量不应超过5%，且不得含有油。喷砂前应在阳光下晒干，含水量不大于1%，并干燥保存，防止水分、雨水、杂质混入砂中。使用的砂子必须清洁、干燥，喷砂区域必须有围栏并有其他回收措施，确保不污染周围环境。经质量工程师确认后方可进行喷砂。

③喷砂装置：采用压力喷砂设备

④压缩空气：采用现场气源或自备空气压缩机，气压范围0.5-0.6Mpa，气体流量控制在6m3/min左右。

⑤操作方法：喷砂距离100-300mm；喷砂角度与基材成60-80℃；每次喷砂5-6m2。

除锈应自下而上进行。抛光不平整的加热面后立即进行喷砂处理。表面清洁度达到Sa3.0级，即钢材表面的铁锈、氧化皮、油污等附着物被彻底清除，露出灰白色金属光泽，粗糙度达到RZ50-90μm。

⑥ 喷砂后，用TR100型袖珍表面粗糙度仪对预处理后的表面进行检查和测试。发现生锈或不合格的零件应重新加工。测试合格后，使用DC-2000B智能超声波测厚仪。对管壁进行第一次厚度测量 δ1。喷砂完成后，设备表面不得受潮、氧化或污染。电弧喷涂必须在2-4小时内进行，以保持喷涂表面的高度活化。

除锈并经相关人员验收后，即可进行喷涂施工。

3、喷涂：

①超音速电弧喷涂按GB11375-1999《热喷涂作业安全》执行。

② 喷涂前，当表面预处理与喷涂过程之间有中间停留时，应将有效预处理表面用干净的牛皮纸或塑料薄膜覆盖和保护。

③线材选用：φ2.0mm HDS-88A金属陶瓷线

④洁净气路：经过冷冻式干燥机和三级过滤，可获得干燥洁净的压缩空气。

⑤喷涂设备的选择：采用ZLP-001型电弧喷涂设备。

⑥喷枪选择：采用超音速电弧喷涂，雾化气流速度大于500m/s，颗粒速度达到386m/s以上，涂层孔隙率可控制在0.9%以内，涂层间结合强度高涂层和基材也得到改进。显着改善。

⑦喷涂工艺参数：

一个。颗粒喷射速度：>386m/s

b.电弧电压：32-34V；电弧电流：160-200A

c.雾化气压：0.5-0.6Mpa

d.喷涂距离：150-200mm；喷涂角度：<45°

e.每5-6平方米循环进行喷砂、喷涂。喷涂过渡区宽度为100-150mm，边缘平滑过渡，无凹凸台阶。

⑧喷涂方法：采用井字式喷涂方法，分层分区操作，每道面积5-6m2，喷涂3-5遍，每道喷涂厚度控制在0.2㎜左右。喷涂局部区域以达到过程设计厚度后，然后将其移至其他区域，以确保喷雾层的均匀厚度和粘结强度并防止喷雾泄漏。

喷涂后，应检查涂料质量，并应测量厚度Δ2。如果Δ2-Δ1≥0.6-0.8mm，则将其判断为合格，并且可以输入下一个过程。否则，应重新喷涂不合格的零件。

⑨操作预防措施：

一个。在块中工作。在移动到其他区域之前，喷洒地方区域以达到设计的厚度。在重叠区域上设置标识标记。在操作过程中，层间温度不得高于80°C。

b.电线馈电托盘和电线喂养情况应由专用人员监视，以确保平滑的电线喂食并防止电线材料“打结”。同时，必须确保两根电线之间的绝对绝缘材料避免短路。

c.在喷涂之前，您应该在测试板上测试喷雾以调节电压，电流，电线馈电速度和压缩空气流动。检查空气路径的松动接头和软管接头，以确保没有空气泄漏。如果发现不稳定的电线喂食，不稳定的电弧燃烧，严重的空气泄漏和其他特殊场景，则应及时进行检查和调整。调整电压时，应断开主电路，以避免对主变压器损坏。

施工后施工之前的建造之前

11。质量状态描述

①使用16-20网格高品质的石英砂去除管壁表面上的氧化物尺度，直到管道表面显示金属光泽，以便表面清洁度达到GB8923-88中指定的SA3.0水平。绘画之前的钢表面生锈水平和切除水平”。

②使用14-16网状emery进行表面粗糙处理以增加表面积并提高粘结强度。表面粗糙度应达到GB11373-89中指定的RZ50-90μM，“热喷涂金属表面预处理的一般原理”。

③涂层外观：涂料表面必须均匀，并且不允许脱皮，凸起，粗颗粒，裂缝，掉落的碎片，错过的喷雾和其他影响使用涂层使用的缺陷。

④涂层厚度：采取以下措施来控制涂层厚度：首先，监督施工人员必须严格遵循操作过程中的操作规格；其次，通过消耗喷涂材料来控制涂料厚度。第三，根据施工前说明控制涂料厚度。设置参数操作，喷洒样品或将真实样品放在现场，然后使用卡尺进行测量和检查；第四，在打磨金属表面后，首先使用便携式涂层厚度量规来测量大量点厚度Δ1，然后在完成热喷涂后测量厚度Δ1，然后在孔密封之前测量一个点，以测量一个点来测量厚度Δ2的厚度Δ2管墙，对数字进行稍微校正。两个平均值之间的差异是涂料厚度。

⑤涂层粘结强度（涂层和底物）：使用broach测试。使用特殊的纹理制作“＃” - 喷涂涂层上的形状痕迹，以查看是否有薄片。在安装过程中，由于托架摩擦，不能掉落或剥落。

⑥绩效指数检查：在现场喷涂期间，在相同的工作条件下喷涂足够多种类型的样品，以测试涂层的各种性能索引。

12。适用的标准

“热喷雾涂层厚度的无损测量方法” GB11374-89

“测定热喷涂涂层的粘结强度” GB8642-88

“测定热喷涂涂层的拉伸强度” GB8641-88

“金属热喷雾涂层岩石硬度测试方法” GB8640-88

“热喷涂孔隙率的测试方法” JB/T 7509-94

“热喷涂金属预处理的一般原理” GB11373-89

“绘画之前的表面腐蚀等级和防锈等级” GB8923-88

在锅炉操作的路上

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