河北国华定州发电有限责任公司 河北定州 073000
摘要：因为锅炉受热面管壁的腐蚀及磨损而造成的锅炉爆管强迫停机的损失以及水冷壁高温辐射区域大面积腐蚀而造成的损失，对于锅炉系统乃至整个发电厂的影响巨大。本文对纳米陶瓷喷涂技术进行了研究并在4号锅炉进行了应用，结果表明纳米陶瓷喷涂方案可提高受热面防磨性能，减少因受热面磨损造成的此区域的爆管事故发生，有力的保障了机组运行的安全、稳定，为国内纳米陶瓷喷涂技术的应用提供了可借鉴经验。
关键词：受热面；磨损；纳米陶瓷喷涂
1 情况简介
定州电厂4号锅炉为上海锅炉厂生产的型号为SG-2150/25.4-M976的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为神木大柳塔烟煤。4号锅炉在2014年4号机组大修和2016年的停备消缺过程中，发现吹灰通道区域的高温受热面区域普遍存在吹损现象，在检修过程中对该磨损超标的水冷壁管子进行更换。因此，锅炉高温受热面的磨损问题给机组的安全运行带来了较大隐患。
2 治理方案研究
关于锅炉高温受热面磨损问题，许多电厂一直都在进行研究和治理。目前采用的方法则为对高温受热面进行喷涂，主要为电弧喷涂、火焰喷涂、高温纳米陶瓷喷涂三种技术方案。
2.1采用电弧喷涂技术分析
采用电弧喷涂是电弧喷涂机利用燃烧与两根焊丝端部之间的电弧将均匀送进的专用丝材熔化，压缩空气经喷嘴加速后将熔化的丝材颗粒雾化、加速、喷向工件形成涂层。此种方案材质硬度高，耐磨性强，但涂层抗裂性能差，易产生裂纹，而且管材表面预处理要求较高，打磨量巨大。
2.2采用火焰喷涂技术分析
采用火焰喷涂是利用火焰为热源将金属与非金属材料加工到熔融状态，在高速气流的推动下形成雾流喷射到基体上，喷射微小熔融颗粒撞击在基体上塑性变形，形成沉积涂层。此种方案适用的范围广，几乎所有金属材料均可适用，相对其他喷涂温度低，对基体管材影响很小。但从安全性考虑此种方案喷涂层与基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷，而且涂层质量无有效检测方法。
2.3采用纳米陶瓷喷涂技术分析
采用纳米陶瓷喷涂是一种表面功能材料技术。在金属或非金属基材表面，喷涂一种复合纳米陶瓷浆料薄膜，升温固化（150-300℃）后，形成了致密的陶瓷涂层膜，使基材表面具有很强的抗沾污结渣、高热导率，耐腐蚀，耐磨损，辐射吸收能力，从而使传热的效率提高，达到节能减排的目的。采用冷喷涂工艺在基体表面构筑具有纳米接头材料特征的涂层。此种喷涂方案工艺简单，基体材料选择范围广，耐腐蚀和耐磨寿命长，热膨胀系数和基材一致，确保表面无裂纹的发生。
综上所述，根据对比分析可以看出，采用纳米陶瓷喷涂方案因喷涂方案工艺简单而可缩短施工工期，降低机组的停机成本。而且其对基体材料的要求低，对基体管材的影响较小。在机组运行过程中由于热膨胀系数和基材一致，避免了喷涂层开裂的情况发生，运行可靠性高，使用寿命长，因此经过分析研究选择采用纳米陶瓷喷涂的作为本次治理的方案。
3 治理方案实施
由于采用纳米冷喷涂工艺具有喷涂方案工艺简单，基体材料选择范围广，耐腐蚀和耐磨寿命长，热膨胀系数和基材一致，表面无裂纹发生的优点，针对4号锅炉高温受热面所存在的磨损问题，定州电厂于2017年4号机组C检修期间，对4号锅炉高温受热面进行高温纳米喷涂。喷涂按照喷砂作业、底涂作业、面涂作业、自查四个阶段进行，喷涂所选用的高温纳米材料性能要求见表1，施工过程按如下要求进行实施：
受热面清洁处理：受热面表面喷砂清洁处理（技术要求：国标Sa3.0级）
纳米陶瓷涂层的喷涂：采用2-3公斤的压缩空气喷涂纳米陶瓷涂层浆料。
涂层干燥固化：自然干燥24小时及以上（环境要求：相对湿度97%以下，环境温度﹥0℃）
涂层受热成型：随炉启动升温，涂层即变性成型投入工作（升温要求：对锅炉升温启动及运行无特殊附加要求）
4锅炉高温受热面磨损治理试验效果分析
定州电厂在2017年4月4号机组C级检修期间对4号锅炉高温受热面采用高温纳米陶瓷喷涂进行了磨损治理，喷涂后的管屏外表光滑、喷涂层致密无开裂现象，管壁外观无结渣、腐蚀的情况，整体效果较好，达到了预期。2017年6月，西安热工研究院经过锅炉热态试验，经检测在负荷660MW下，锅炉的实测排烟温度为133.08℃，锅炉的排烟热损失为5.211%。锅炉大渣可燃物含量为0.16%，炉渣未完全燃烧热损失为0.004%。锅炉飞灰含碳量为0.14%，飞灰未完全燃烧热损失为0.035%。锅炉的热效率为94.295%。对送风温度修正后锅炉的排烟温度为132.21℃，对送风温度和煤种修正后锅炉的热效率为94.32%。喷涂前在电负荷660MW下，对送风温度和煤种修正后锅炉的热效率为94.20%。
5 结束语
定州电厂采用纳米陶瓷喷涂工艺对锅炉高温受热面磨损进行治理试验证明，此方案增加了喷涂区域的抗腐蚀的能力（水冷壁喷涂部位可有效抵御还原性腐蚀，再热器喷涂部位可有效抵御氧化性腐蚀）；增加了锅炉喷涂区域的吸热能力，从而降低了炉膛高温区的温度和炉膛出口温度，同时降低减温水量和大幅减少炉膛吹灰频次；延缓了喷涂区域的结焦结渣情况；提高了锅炉的带满负荷能力；增加了锅炉对煤种的适应能力，提高了运行的经济性。加强了锅炉本体高温受热面的使用寿命和可靠性，减少了锅炉系统发生不安全事件的次数继而降低对发电厂内部和电网造成的不良影响，有力的保障机组运行的安全、稳定，为国内发电机组锅炉高温受热面磨损问题提供了可借鉴经验。
参考文献：
[1]杨世铭，陶文铨.传热学（第4版）.高等教育出版社，2006.
[2]叶江明.电厂锅炉原理及设备（第2版）.北京:中国电力出版社，2007.
[3]殷有泉.材料力学.北京:北京大学出版社，2006.
作者简介：裴江（1973-04-01），男，工程师，1993年毕业于太原电力高等专科学校，现任职于河北国华定州发电有限责任公司锅炉主管助理。
论文作者:裴江,刘宝满,季广辉,李宗耀,于凌浩,邓保成
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/9
标签：锅炉论文; 纳米论文; 高温论文; 定州论文; 基体论文; 陶瓷论文; 涂层论文; 《防护工程》2018年第19期论文;