供应金属热喷涂施工材料以及喷涂项目施工

工程技术方案

锅炉的四管（过热器、再热器、省煤器及水冷壁）在运行过程中因为受高温氧化和硫酸盐腐蚀。同时受到含尘烟气的冲刷磨损，故而管壁较易因腐蚀磨损而快速减薄而造成爆管，尤其是燃烧高硫煤的我国西南地区，其水冷壁的热腐蚀是影响锅炉安全运行的重要因素。为确保锅炉安全、稳定、经济运行，以达到长周期运行的目的，对以上各设备受热面部位采取有效的防护措施是十分必要的。根据全国各地电厂的防护情况，结合我公司长期从事该行业的实际施工经验，针对贵单位锅炉的具体炉型和各设备的设计工艺参数，经本公司工程技术人员认真分析，对上述设备进行防磨防腐技术设计采用本技术进行防护能获得良好的效果，可大大延长设备使用寿命。

一、失效分析

水冷壁的热腐蚀以硫的腐蚀为主，即在一定温度下由于煤中含硫，导致产生硫化气体、硫酸盐沉积物和熔融物作用于管排表面而产生的腐蚀。这种腐蚀产生的条件之一是煤中含有较高量的硫及钠、钾，其次是在高温环境下。

锅炉腐蚀的主要机理如下：

1、煤在燃烧过程中，煤中黄铁矿（主要成分FeS₂和SiO₂）将发生如下反应生成游离态的硫，形成硫化气体。

FeS₂→FeS S

众所周知，合金在氧化、硫化气氛中，对于给定的环境分压，存在一个临界氧分压值，大于此值时才会在合金表面生成连续的具有氧化性的保护膜，或者对于一个给定的氧分压，硫含量必须低于一个临界值，合金表面才会有保护膜生成。由于锅炉结构参数、运行状况、煤种等问题都会在水冷壁周围形成还原性气氛，致使保护性氧化膜无法生成或不稳定。此时钢的主要腐蚀反应如下：

Fe S→FeS

Fe H₂S→FeS H₂

FeO H₂S→FeS H₂O

同时，气体成分中含有大量的H2、CO、CO₂、H₂O、H₂S（烟气中的H₂S、SO₂也可以进一步的产生S），使腐蚀过程进一步复杂化。

2、锅炉燃烧过程中，燃料中大部分的硫都形成了SO₂，其中大约有0.5%-5%氧化成SO₃，SO₂、SO₃在高温环境下均呈气态，SO₃ 和水结合生成对锅炉受热面有腐蚀作用的H₂SO₄.

3、煤粉中含有少量的金属氧化物Na₂O、K₂O等，高温下（848℃）会升华与烟气中的SO3反应生成硫酸盐沉积在管壁，

Na₂O SO₃→Na₂SO₄

K₂O SO₃→K₂SO₄

这些硫酸盐使管壁的保护氧化膜破坏，生成复合硫酸盐，

K₂SO₄ Fe₂O₃ SO₃→2K₃Fe(SO4)₃

Na₂SO₄ Fe₂O₃ SO₃→2Na₃Fe(SO4)₃

管壁上沉积了大较的未燃尽的焦渣，主要成分为 FeS₂，FeS₂ 发生缓慢的氧化变成 FeS和Fe₃O₄，在管壁附近生成 SO₃，致使上述反应加速。

在水冷壁的低温段，这些复合硫酸盐呈固态，有降低腐蚀的倾向；但是，在高温段，这些复合硫酸盐呈液态直接对管壁产生腐蚀：

2Na₃Fe(SO₄)₃＋6Fe→3/2FeS＋3/2 Fe₃O₄＋Fe₂O₃＋3Na₂SO₄＋3/2SO₂

2K₃Fe(SO₄)₃＋6Fe→3/2FeS＋3/2 Fe₃O₄＋Fe₂O₃＋3K₂SO₄＋3/2SO₂

当积灰中钾和钠的比例很高时，SO₃和碱类硫酸盐的混合物形成液焦态硫酸盐，使腐蚀反应加速。

3K₂S₂O₇＋Fe₂O₃→2K₃Fe(SO₄)₃

3Na₂S₂O₇＋Fe₂O₃→2Na₃Fe(SO₄)₃

运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使 K₃Fe(SO₄)₃和 Na₃Fe(SO₄)₃暴露在火焰高温辐射之下，产生如下反应：

2K₃Fe(SO4)₃→3K₂SO₄＋3 SO₃＋Fe₂O₃

2Na₃Fe(SO₄)₃→3Na₂SO₄＋3 SO₃＋Fe₂O₃

生成新的碱类金属硫酸盐层，在 SO₃作用下不断使管壁受到腐蚀。

4、另外，燃煤小含有少量的V₂O₃，在燃烧过程中进一步氧化成 V₂O₅，与硫酸盐形成低熔点共晶体V₂O₅—Na₂SO₄（熔点降到 550~580℃），沉积存金属表面引起氧化膜溶解。沉积盐虽然Cl含量较低，但是，它在高温下，不但易与合金生成挥发性的氯化物，而且在含氧时能生成挥发性更强的氧氯化物，与熔融盐和溶盐金属类似，在氧化气氛中比在还原气氛 更易腐蚀。

水冷壁处在高温、飞灰、焦渣、硫化等恶劣环境下，腐蚀机理很复杂，工作环境的差异是造成水冷壁腐蚀机理不同的主要原因；所使用煤种的燃烧特性（主要是硫、矾、碱类金属含量）、锅炉的结构参数特点、运行状况（包括锅炉负荷的变化，燃烧器的调整，煤粉细度，1 次风煤粉浓度和1、2次风的配比，水冷壁烟侧管壁金属温度，火焰冲刷水冷壁特别是刚刚着火的煤粉气流直接冲刷水冷壁）都直接影响水冷壁的腐蚀状况，有时熔融盐、沉积物和腐蚀气 同时存在，危害更大。

在上述多重因素共同作用下，受热面管从外向内不断地被氧化、腐蚀和冲刷磨损，使之逐渐减薄，当局部承受不了管内水汽压力时即造成爆漏而失效。

二．以下是水冷壁剥落物的能谱分析情况：

结果表明：金属侧颜色附着物的成份为O、Fe和S等元素，其中硫含量较高。

针对上述管壁失效机理及我公司对水冷壁的样品分析，我们设计采用超音速电弧喷涂技术，并选用具有结合强度高、抗高温氧化和热腐蚀性能好同时耐冲刷磨损性能不错的HDS45金属合金丝材 KM型高温耐磨专项使用封孔剂制作复合涂层进行防护，涂层边缘设置过渡区域，做到平滑过渡。采用该技术进行防护，能够满足防护要求，大大延长设备的使用寿命。

三、HDS-45涂层技术指标

主要成份：Ni、Cr、Ti、其他微量等

厚 度：0.5-0.8mm

粒子速度：386m/s

结合强度：≥50MPa

硬 度：HRC≥45

抗高温氧化性： 1.08mg/cm²（750℃氧化250h）

抗腐蚀性： 1.68mg/cm²（10%H₂S600℃氧化25h）

孔 隙 率：≤0.9%

喷涂温度：<100℃

工件变形性：不变形

表面处理：采用KM型高温耐磨专项使用封孔剂进行封孔

四、HDS-45金属合金丝材说明

HDS-45丝材是一种新型耐高温氧化、硫、硫化物和硫酸盐等的腐蚀以及耐冲刷磨损的预合金型涂层材料，由我公司参照全部市场上公认的用于炉内抗硫腐蚀等综合性质不错的丝材（即美国TAFA公司的45CT）与中国矿冶院合作开发的，其主要成份为Cr、Ni、Ti等，其中Cr含量接近45%，由其所制得的合金涂层在高温下形成致密的氧化膜物质Cr₂O₃，具有绝好的腐蚀介质屏蔽作用；其中所含的Ni元素具有良好的延展性，使涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数，避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落；Cr₃C₂是一种优良的金属陶瓷，与Ti元素一起在高温下化学性能稳定，抗腐蚀性能优良，且硬度高、耐磨性好，具备一定的拒高温融熔玻璃体附着性能即抗结焦性能；所含自融性介质，较一般合金更易雾化，参与制作的涂层细腻，对基体粘结性高、自粘性强、孔隙率低等，是所有金属合金丝材中应用于制作高温防腐涂层的较佳选择。喷涂完后由于涂层中还含有残留的部分自融性材料，涂层运行一段时间后，由于受热而与基材间形成了一种亚冶金结合结构，从而结合强度更高，为目前国内市场上同类产品中较理想的材料，用其作水冷壁高温防腐材料，能起到很好的防高温氧化、硫化腐蚀等作用。

五、KM型高温耐磨专项使用封孔剂说明

KM型高温耐磨专项使用封孔剂：采用超硬新材料，合成新工艺，以及粒子的配级等技术精心加工、配制而成，在常温下可快速固化，高温下形成坚硬的陶瓷体。其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有较强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属热喷涂涂层表面进行封孔，能有效渗透、浸湿涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更致密，可以阻止空气中的氧气通过微小的涂层孔隙进入涂层内部。由此组成的复合涂层，防磨防腐效果更佳。

六、超音速电弧喷涂设备与技术说明

1、设备简介

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自行研发生产的新一代电弧喷涂设备，具有全部水平。该设备采用拉伐尔喷嘴技术和高性能电弧喷枪，使雾化后的喷涂粒子速度达到超音速以上，该设备在具备普通喷涂设备优点的基础上，大幅度地提高了涂层的质量。它是以各种实心丝材和特殊粉芯丝材为原料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损处理的电弧喷涂系统，该系统使粉芯丝材经过特殊熔化、高能密度和特殊加工的电弧后，可充分熔化其金属管及其内部的粉芯。此外，我公司针对部分硬度特别高的丝材，专门开发了大功率喷涂机，使其得到充分的熔化。ZLP-001型电弧喷涂系统设备组成如下：

①便携式电源箱

②可以旋转的送丝装置

③喷枪

④送丝管

2、技术简介

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金属热喷涂新技术，其原理是利用两根连续送进的金属丝材作为自耗电较，在其端部产生电弧作为热源，经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。超音速电弧喷涂是一个不断连续进行的熔化－雾化－沉积的过程。熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达50MPa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，所制得合金涂层具备更高的结合强度、更低的孔隙率，涂层均一度高、致密性好，且喷涂粒子到达工件表面时温度不足100℃，工件不会变形，更不会改变母材金相筹备，可获得高质量的合金涂层。