热喷涂技术在热电厂的应用概况 发布时间：2009年12月15日 16时07分
高温腐蚀和磨损是工业锅炉普遍存在的问题，造成的生产危害和经济损失十分严重。热喷涂技术发展到当今水平，为经济而合理地解决锅炉高温磨蚀问题，提供了有利途径。燃煤锅炉是当前我国的重要能量转换装置，涉及到国民经济各部门，有专家预测到2050年，我国的燃煤锅炉仍占50％。因此有效地解决锅炉及热电厂其它装置的高温磨蚀，每年可为国家获取巨大经济效益。
热喷涂技术可以解决热电厂的一些重大问题，比较典型的有：
1.吸风机、排粉机叶轮修复与强化；
2.磨煤机系统修复与强化；
3.汽缸结合面的修复；
4.锅炉“四管”（水冷壁、过热器、再热器、省煤器）修复与强化；
5.阀门密封面的修复与强化；
6.给排水系统防腐；
7.化学车间水处理系统防腐；
8.除尘系统设备耐磨；
9.脱硫系统防腐；
10.输变电站钢结构锌、铝长效防护涂层。
上述这些方面，已在全国许多电厂得到很好应用，解决了一些重大问题。
一、锅炉“四管”防腐耐磨涂层的推广应用
锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤（或油）器管（以下简称“四管”）的腐蚀磨损，一直是动力、造纸、冶金和化工等工业中存在的严重问题。
从我国发电厂运行可靠的分析资料表明，在发电设备事故中，锅炉事故最多，而在锅炉事故中，“四管”爆漏次数最高。高温腐蚀与磨损主要发生在炉管外表面，其磨损速率依工况不同而异，一般约为1mm/a，甚者可达5~6mm/a。尤其是流化床锅炉磨损速度更快。
采用热喷涂技术对锅炉“四管”进行保护与强化，目前技术比较成熟，大体有以下方案。
（1）电弧喷涂相当于美国TAFA公司的45CT合金丝、（43％Cr、4％Ti、Ni余量）。涂层厚度0.4~0.5mm，涂层的磨蚀量年＜25μm，一般粉煤锅炉其寿命可达8~10年。
（2）等离子或超音速喷涂镍铬/碳化铬涂层，其涂层厚度0.4~0.5mm，其寿命可达8~10年（粉煤锅炉），因等离子喷涂设备复杂，不能在现场施工。
（3）电弧喷涂铁基碳化铬粉芯丝材，其使用寿命（粉煤锅炉）可以延长一个大修期。
（4）亚音速火焰粉末喷涂镍铬/碳化铬(25∶75)涂层，厚度0.3~0.4mm，抗高温腐蚀及磨粒磨效果明显。其寿命6年以上，
（5）电弧喷涂高镍铬合金（70Ni/30Cr），涂层抗高温氧化，耐磨效果良好。
（6）流化床锅炉水冷壁、低温过热器管表面，采用氧乙炔火焰喷焊（熔）技术，其寿命可达2年以上。
综上所述，采用亚音速火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂等不同工艺，喷涂镍铬钛、镍铬合金或镍铬-碳化铬涂层，有效地解决了水冷壁管、过热器管的磨蚀问题。
二、热喷涂技术在热电厂锅炉吸风机、排粉机上的应用
目前，我国电站锅炉吸风机多采用Y4-73系列悬臂轴结构及单侧进风叶轮，从结构上就存在效率低，电耗高、振动大的缺点。叶轮的叶片采用翼形，磨蚀快，运行寿命短，一般在2000~3000h，有的仅运行几百小时就需停机检修或更换。叶轮磨损严重时，灰粒进入叶片机翼内腔，引起强烈振动，造成风机损坏事故，直接影响锅炉的安全运行。
叶片的磨损是不均匀的，主要磨损部位在叶片工作面上形成一个K状区。叶片进风边头部气流驻点处磨损最重，K状区靠后轮盘的焊缝处和叶片出口边部也磨损较多，叶片多数从这些地方磨穿，其他部位磨损较轻。这些磨损特点，是由于进风方向和风速撞击叶轮后盘而折射出叶片出口所形成。
目前应用于吸风叶轮的热喷涂工艺主要有两大类：一是氧乙炔火焰金属粉末焊焊（也叫喷熔）。其优点是焊层硬度高（可达HRC60以上），耐磨性好，喷焊层组织致密无孔隙，与基材结合强度高，实现冶金结合，焊层不脱落；设备简单，操作方便灵活，易于现场施工。另一大类是等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂，设备造价高，不能现场施工。
北京第一热电厂 、山东十里泉电厂、半山发电厂、军粮城电厂、邯郸电厂、邢台电厂、上安电厂、西北地区电厂，全国已有二十多个电厂应用，效果很好。
三、热电厂磨煤机系统耐磨涂层的推广应用
我国火力电厂以燃煤锅炉为主，制造煤粉是电厂的主要工序之一。磨煤机系统是制煤粉和输送煤粉的重要设备，长期处于严重的磨损状态。如何延长磨煤机及输煤粉系统设备的使用寿命，一直是电厂比较关注的重要问题。随着耐磨材料及热喷涂、堆焊工艺技术的发展，为提高磨煤机械使用寿命创造了良好的条件。但有些材料和工艺技术虽然能满足耐磨的需要，由于价格昂贵，操作上又不易现场施工，给应用带来一定困难。
目前，对磨煤机和送煤粉管道修复与强化的主要方法有：
1.镍基碳化钨（Ni60+30Wc）喷焊层
Ni-Cr-B-Si70% Wc30%
焊层硬度HBC≥58~60，Wc硬度HRC≥73，适用于700℃以下磨粒磨损部位。
2.药芯焊丝CO2气保焊
由于药芯焊丝成分可调整，在粉芯中加入适量C、Mn、Mo、Cr等合金元素，提高硬度和耐磨度，焊层硬度可达HRC≥55以上，其使用寿命显著提高。
3.Fe-05焊块碳弧焊
Fe-05粉块堆焊材料的特点
高碳高铬铁基合金具有优越的耐磨粒磨损性能，同时也具有一定的抗腐蚀性，目前在世界上已得到广泛的使用。国内外已成功地用于各种磨煤机、矿石破碎机、水泥磨机、抛丸机、水轮机、泥浆泵等严重磨损的零件上获得了显著的经济效益，Fe-05焊块堆焊层硬度HRC＞60，通过磨损试验，较65Mn钢淬火试样高12倍左右，较堆256焊条堆焊层可高5~30倍，在制砖机绞龙叶片生产考核中寿命提高3~10倍。已在石景山发电厂、富拉尔基电厂、石家庄热电厂、军粮城等电厂得到了成功的应用。
四、热喷涂技术在修复汽缸结合面中的应用
汽轮机是火力发电设备的主机之一，国内已投产的大中型汽轮机不下数百台，随着电力工业的迅速发展，近几年，每年都有500万kW的新汽轮机发电机组投入运行，汽轮机的运行台数在逐年增加。
在运行的汽轮机中，除少量的低温低压机组我，主要是中温中压、高温高压和超高压三种类型的机组。它们使用的蒸汽温度在436~535℃之间，蒸汽压力为3.5~13.7MPa。这种高温高压的工况条件及长期运行使设备产生老化，致使相当一部分汽轮机的结合面产生变形，出现泄漏现象，造成蒸汽损耗增大，汽缸真空下降，直接危及汽轮机的安全运行，有时不得不停机进行大修。
多年来，一些科研部门和火电厂的技术人员，都在研究探索解决汽缸结合面变形处理的技术及工艺方法。曾采用补焊和大面积人工修刮，以及更换汽缸结合面螺栓材质，增加螺栓紧力的办法消除漏气，但效果均不理想。
最近几年来，由于热喷涂技术的推广和应用，为解决汽缸结合面的泄漏提供了新的工艺方法。实践证明，采用喷涂工艺修复汽缸结合面变形是成功的，较好地解决了这个存在多年的重大技术课题。
主要工艺方法：
采用氧乙炔火焰金属粉末喷涂或电弧喷涂，结合强度高，硬度适中易刮削的涂层，现场制定喷涂及修复方案。
主要应用实例：
1.略阳发电厂汽缸结合面的喷涂修复
略阳发电厂安装的国产N75-90型汽轮机，自1974年12月投产以来一直存在汽缸结合面泄漏的问题，随着运行时间的推移，结合面变形增大，泄漏越加严重。1981年7月停机待修，10月该厂采用新的喷涂工艺方案对3号机汽缸结合面进行修复。
汽缸结合面经喷涂修复后，汽轮机在稳定50MW负荷下漏气压力为“0”，经过7664h的运行考验，到1984年6月揭缸检查，喷涂部位完整无损。该机运行到目前没有脱落现象。实践证明，喷涂工艺方案是成功的。
2.韩城发电厂汽缸结合面的喷涂修复
韩城发电厂安装的国产N125-135／550型汽轮机，自1979年投产后汽缸结合面逐渐变形，泄漏日趋严重，1984年5月停机大修。经冷态检查测量（紧1／3螺栓），结合在变形严重，变形面积达87％，高中压内缸最大间隙0.95mm，低压外缸最大间隙达2.8mm。
大修中采用新的喷涂工艺方案，对汽缸结合面进行了喷涂修复，在局部位置试用了刷镀工艺。喷涂层的最大厚度达3.3mm。
该机喷涂修复后，汽缸结合面泄漏消除，低压缸真空严密性由大修前的每分钟下降2.3kPa，提高到每分钟下降0.26kPa；排气缸真空由大修前的87kPa，提高到92kPa，运行到现在未发生泄漏。经揭缸检查，喷涂层完好。
韩城发电机汽轮机汽缸结合面的喷涂成功，不仅证明国产喷枪和粉末的可靠性，同时证明新的喷涂工艺方案是可行的，对高压大型缸体结合面大面积的喷涂修复也是适用的。
3.河南电力安装公司采用喷涂与刷镀结合的方法，也成功地修复了汽缸结合面。
4.北京高井发电厂高压汽缸结合面，2004年2月大修时，发现严重泄漏，采用电弧喷涂技术进行修复，获得成功。
5.平顶山发电厂高、中、低汽缸结合面，2005年1月大修时，发现严重泄漏，采用电弧喷涂技术进行修复，获得成功。
6.辽宁清河发电厂高、中、低汽缸结合面，2005年6月大修时，发现严重泄漏，采用电弧喷涂技术进行修复，获得成功。
五、热电厂给排水系统、输变电结构，锌、铝及其合金长效防护涂层的推广应用
由于钢铁结构件长期处在各种气氛（包括海洋、工业城市、田野、矿井）、不同水质（海水、淡水）的浸渍和不同介质的浸蚀环境中，均受不同程度的腐蚀。据资料介绍，全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈，大约有30％的钢铁设备因腐蚀而失效。工业发达国家，每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的2~4%，我国这方面的损失每年也达数百亿元。
热喷涂锌、铝及其合金涂层，外加封闭处理，就可以制备长效防护复合涂层。有效防护期一般可达20~30年，最长有效记录国外已有60年之久的记录。随着我国热喷涂技术的发展与提高，锌、铝及其合金涂层将逐渐取代了传统的刷油漆工艺，在某些领域里应用热喷涂锌、铝涂层也代替了一部分热浸锌工艺。因此，大力推广应用锌、铝长效防护复合涂层意义重大。
锌、铝涂层的防护机理：
研究表明，钢铁件在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因，在没有保护的情况下，碳钢的平均腐蚀速率比锌高5~20倍，比铝高40~100倍。采用普通的油漆防护时，由于漆膜与钢铁基体的粘附强度低，耐冲刷和颗粒磨损能力低，使用过程中老化变质等原因，往往容易造成局涂层脱落、损失，而使钢铁基体锈蚀，导致油漆层大面积起泡脱落，致使短期内防护失效。
表6 碳钢、锌和铝在各种大气中的腐蚀速率
材料平均腐蚀速率（μm/年）
乡村大气城市大气工业区大气海洋大气
碳钢4~6523~7126~17526~104
锌0.2~32~162~160.5~8
铝0~0.11 0.4~0.6
注：质量损失法测得
热喷涂锌、铝涂层对钢铁基体有双得保护作用。
一方面，可以象涂料那样（尤其是经过封闭处理的涂层）起着物理覆盖作用，将钢铁与水和空气腐蚀介质隔离开来，从而起到防护作用；另一方面，当涂层有孔隙、裂纹、或局部损坏时，由于锌和铝的电化学性能比较活泼，电极电位比铁低，在这个腐蚀电池中，锌或铝是负极，铁则为正极，锌、铝失去电子，变成离子进入电介质溶液中而被腐蚀，其自由电子流向钢铁，使钢铁极化而受到保护。
由于热喷涂时锌或铝呈熔融液滴喷射到经过糙化处理的钢铁表面上，熔滴有较大的热能，获得比有机涂层更牢固的结合强度，而且耐磨不会老化，因而具有更长的保护周期。
铝是一种活性很强的金属，很容易与氧结合，生成一层致密、坚硬的氧化保护层，有效地防止铝涂层进一步氧化。而且喷涂过程中，铝变成负电性更强的活化状态，能更好地对钢铁基体起阴极保护作用。
由于喷涂层存在一定孔隙，因此喷涂后采用低粘度涂料，对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆，成为以金属为基础的复合涂层，将进一步显著提高涂层防蚀能力，延长防护周期。
锌、铝及其合金涂层已在许多电厂输变电结构及给排水钢管道大型工程中应用。
主要应用实例：天津发杨柳青电厂、秦皇岛热电厂、包头达奇电厂、丰镇电厂、河北三河电厂、蓟县发电厂等全国十几个发电厂的输变电站的钢结构的长效防腐都采用了该项技术。
六、陶瓷粘接层在发电厂风机叶片、收尘器及磨煤机上的应用
发电厂以及工业炉收尘器，其几何尺寸φ800×2000×6mm（锥形体），气流速度10~13米／秒，粉尘浓度3800~4500mg/m3，气流温度≤600℃或≤300℃。其壁厚为6mm钢板满足不了上述工况条件，需要在内壁增加耐磨层。如果采用堆焊或氧乙炔火焰金属粉末喷溶，其硬度可达HRC60以上，但变形严重，保证不了光洁度，给气流增加阻力，收尘效果不好。现采用3~6mm，95%Al2O3陶瓷片粘接于收尘器内表面，既可达到耐磨目的，基体不变形，陶瓷层光滑，可达到设计的收尘效果。在上述工况条件下，其使用寿命可保证3年以上。
另外，吸排粉机叶片、磨煤机送粉管道、喷燃器等重要磨损部位，采用粘接陶瓷片工艺技术可大大提高使用寿命。
30×30×6（或8）mm陶瓷片主要性能：
外观致密光滑无裂痕颜色白
抗弯强度＞320MPa硬度 HRA88~92
耐磨度＜0.0009g抗压强度＞2000MPa
体积密度3.6g/cm3
陶瓷片粘接层已在国内许多电厂得到了成功应用。
七、发电厂除盐贮罐防腐技术的应用
发电厂除盐水箱系列（箱、罐）环境温度60℃以下，PH-5左右，长期处于弱酸性溶液中，普通碳钢不耐酸性介质腐蚀，整体采用超低碳不锈钢制造，价格昂贵，在普通碳钢表面喷涂塑料涂层，既经济有合理。
火焰喷塑是利用燃气（乙炔、丙烷、液化石油气等）与助燃气（氧气、空气）燃烧产生的热量将塑料粉末加热至熔融或半熔融状态，借助焰流及冷却喷射气流喷向经过预处理及预热的基体表面，从而形成连续、均匀、无孔隙的塑料涂层。
EAA是乙烯/丙烯酸共聚物，EAA是九十年代才开始应用的热塑性粉末涂料，也是最适合火焰喷涂的塑料粉末，其最突出的特点是它们与金属表面极强的附着力（可高达20MPa）及耐磨性，此外，EAA涂层具有优良的耐腐蚀、抗冲击性及抗渗透性；优良的抗紫外线（在某些情况下与聚氨脂及丙烯酸相当）能力及海生物不易粘附等特性。
根据除盐水箱要求，选择附着力高、修补性能好的黑色EAA（乙烯/丙烯酸共聚物）粉末，EAA树脂由美国陶式公司、埃克森等公司生产，AA含量＞9%，熔体指数＞10g/min，熔点＞93℃，维卡软化点＞60℃，EAA树脂粉末粒度：-60~-120目，喷涂前由EAA树脂+碳黑等混合过筛得到喷涂用粉末。
涂层厚度一般为0.5mm左右。
主要应用实例：
目前已在如皋、常熟、渭南、红雁池北京高井等电厂的到了成功的应用。
八、脱硫系统
烟气脱硫是当今燃煤电厂等控制二氧化硫排放的主要措施。而湿法石灰石洗涤法是当今世界各国应用最多和最成熟的工艺。国家电力公司已将湿法石灰石脱硫工艺确定为火电厂烟气脱硫的主导工艺。有专家预测：到2010年湿法脱硫设备国产化率将达到100％。
火电厂烟气中含有SO2、NOx、 HF 、HCl等气体。因此脱硫系统洗涤液中含有H2SO4、HCl、HF等溶液，且含有20％固体物。这就给脱硫装置带来了严重的腐蚀问题，因此，湿法脱硫系统对材质的耐蚀、耐磨、耐温要求极为严格。研究选择合适的耐蚀材料是国内外长期努力的目标，目前国内已研制成功了适合电力、冶金湿法脱硫脱硫系统中脱硫塔、烟道、和烟囱及衬里的耐蚀乙烯基酯树脂鳞片胶泥，简称为VEGF鳞片胶泥.，目前已被广泛采用。
VEGF鳞片胶泥涂层有以下特点：
（1）耐蚀性能好。由于VEGF鳞片胶泥采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类树脂具有较环氧树脂更好的耐蚀性能。
（2）较低的渗透率。VEGF鳞片胶泥的抗术蒸汽渗透率比普通环氧树脂涂料高6~15倍。
（3）结合强度高。与钢板的粘结强度≥2.0MPa，与混凝土的粘结强度≥2.5MPa。因此VEGF鳞片胶泥涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度好，从而保证较好的耐蚀性。
（4）耐温差（热冲击）性能好。涂层中由于有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与钢铁之间线膨胀系数的差别，VEGF鳞片胶泥的线膨胀系数为11.5×10-6/℃，钢铁的线膨胀系数为12×10-6/℃，两者之间比较接近，适合于温度交变的重腐蚀环境。
（5）耐磨性好。VEGF鳞片胶泥固化后的硬度较高，比普通醇酸漆高2~3倍。耐磨性好，如VEGF鳞片胶泥耐磨性为130mg，涂层受损时，易于修复。
（6）具有适中造价。目前国内电力、冶金系统中的湿法脱硫装置选材主要有不锈钢、整体镍基合金、整体玻璃钢等，其VEGF鳞片胶泥涂层价格适中。
目前，VEGF鳞片胶泥涂层以成为烟气脱硫防腐的主要技术，在美国和日本普遍使用，我国电力系统现运行的引进装置中均采用次技术。
2012年7月18日 09:50:06
