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鎳鉻/碳化鉻涂層在循環流化床鍋爐上的應用

【字號 】 發布時間:2009/9/22 打印本頁

 

鎳鉻/碳化鉻涂層在循環流化床鍋爐上的應用

內容提要:鍋爐四管用NiCr/Cr3C2涂層的性能、結構及組成簡介,并介紹了這種涂層材料在循環流化床鍋爐上的應用及其使用效果。
1、前言
     我國火電廠鍋爐和工業鍋爐以燃煤為主。其中循環流化床鍋爐普遍燃用劣質煤,含灰量和含硫量均較高,鍋爐“四管”(水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管——簡稱鍋爐“四管”)工作在高溫高壓及受煙氣腐蝕和沖蝕的惡劣環境中,極易產生高溫腐蝕及磨損,致使管壁減薄。鍋爐管壁因高溫腐蝕和磨損,每年減薄量約1.5mm左右。鍋爐“四管”減薄后的直接危害是導致鍋爐“四管”泄露爆管事故。據調查,我國火力發電廠100MW以上機組由于腐蝕和沖蝕使鍋爐管壁減薄,導致鍋爐爆管事故而造成的停機搶修時間約占整個機組非計劃停用時間的40%左右,占鍋爐設備本身非計劃停用時間的70%以上。鍋爐的突發性爆管事故一方面直接嚴重危害電廠安全及穩定發電,另一方面給電廠造成極大的經濟損失,已成為鍋爐安全運行中一個急待解決的問題。
為了減緩鍋爐的高溫腐蝕和磨損,隨著表面工程技術的發展,各種先進涂層防護技術不斷被開發并逐步運用到鍋爐管上,使鍋爐“四管”的防腐耐磨技術進入了實用化階段,鍋爐“四管”噴涂技術得到了廣泛應用。
     目前超音速電弧噴涂是鍋爐“四管”耐磨防護最先進的現場噴涂技術,涂層材料主要有FeCrAl合金、NiCr合金、NiCrTi合金及NiCr/Cr3C2金屬陶瓷材料。本文主要介紹NiCr/Cr3C2金屬材料及其在循環流化床鍋爐上的實際應用。
2、涂層的主要性能
      NiCr/Cr3C2金屬材料由兩種不同性能的組分構成:其中NiCr合金具有良好的耐熱耐蝕性,常用的成分是80%Ni/20%Cr;而Cr3C2是Cr-C系中最常見與最重要的一種化合物,熔化溫度為1810℃,在金屬碳化物中它的抗氧化能力最強,在空氣中只有在1100℃~1400℃才開始顯著氧化,在高溫條件下仍然保持相當高硬度。Cr3C2還具有很強的耐蝕性和耐磨性,在稀硫酸溶液中是1Crl8Ni9Ti不銹鋼耐蝕性的30倍,而在蒸汽中則是Co-WC合金的50倍。用NiCr/Cr3C2金屬陶瓷材料噴涂循環流化床鍋爐管,管壁磨損量由1.5~2.0mm/年(噴涂前管子母材)減少到約0.2mm/年(噴涂后涂層)。通常用NiCr作為耐熱合金粘結組與Cr3C2硬質相經超音速涂層工藝形成涂層,就構成了優良的抗高溫耐磨材料。
     作為噴涂層材料,NiCr/Cr3C2有不同的結構與組成。在結構上,分為混合型與包覆型;旌闲褪荖iCr與Cr3C2各作為一個組分按一定粒度及重量的要求混合而成,這種形式的NiCr/Cr3C2已應用多年,至今仍占據重要地位。包覆型是利用化學及冶金方法將NiCr和Cr3C2兩種組分包覆在一起,成為一種復合材料,這種材料在噴涂時減少了失C的可能性,并使涂層均質化程度高,質地均勻。NiCr/Cr3C2的組成,主要是指兩組分之間的比例。對NiCr合金本身,通常選用80%Ni/20%Cr,而NiCr合金的含量可由0增至50%,隨著NiCr合金含量的增大,涂層的韌性加大,但硬度降低,耐磨性變差,只有二者比例恰到好處,涂層的抗高溫性、耐磨性和耐蝕性才能達到綜合最佳值,一般以NiCr占20~25%為宜(即Cr3C2占75~80%)。
3、涂層的應用
3.1噴涂工藝
     采用目前國際上最先進的超音速電弧噴涂技術,施工過程主要由兩部分組成:首先進行表面預處理,然后進行耐磨防護噴涂。 涂層材料為NiCr/Cr3C2金屬陶瓷粉芯絲材,規格φ2.0mm。
     表面預處理采用噴砂除銹的方式,噴砂材料選用質堅有棱角、粒徑為2~4mm的精致石英砂,雜質含量低于5%,含水量小于1%。噴砂前調整好風壓及噴砂量,噴砂氣壓為0.5~0.6Mpa,砂流量5~8kg/min,噴槍與工作表面成75°,噴砂速度為5~8m2/h。對施工部位全面細致地除銹和表面粗化, 表面質量達到Sa3級, 表面粗糙度達到50~80μm。 噴砂除銹粗化后,應及時進行噴涂。噴涂應分至少10次完成,使涂層厚度最終達到0.6mm以上(涂層邊緣除外)。
3.2 涂層質量
     施工完的噴涂層表面均勻光滑,無麻面、起皮、開裂、脫落等現象,涂層邊沿與鍋爐平滑過度。
具體性能指示如下表所示:
3.3 應用效果
     近幾年來,超音速電弧噴涂技術先后在幾十家電廠的循環流化床鍋爐上使用,均達到了預期耐磨防腐效果。下表列舉了部分電廠采用超音速噴涂的使用情況。
4、結語
1)NiCr/Cr3C2金屬陶瓷材料既具有陶瓷的高溫穩定性和高溫硬度,又具有金屬強度和韌性,以這種組合的材料,其綜合性能遠比單一涂層材料優越,因而與其它防護方法相比,在循環流化床鍋爐上采用超音速電弧噴涂NiCr/Cr3C2金屬陶瓷涂層防護后將具有更優良的抗高溫腐蝕和耐磨性能。
2)在NiCr/Cr3C2涂層中,當NiCr質量分數占20~25%(即Cr3C2占75~80%)時涂層具有優良的抗熱腐蝕和耐磨損的綜合性能,特別使用與鍋爐“四管”的防護。

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