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管式空气预热器受热面防腐及其防磨点击：1713 日期：[ 2014-04-26 21:57:50 ] |
| 管式空气预热器受热面防腐及其防磨 桂宏1 黄乔松2 （1山东邹城兖矿新陆建设发展有限公司 2山东东营中国石油大学材料物理系） 【摘要】分析了管式空气预热器受热面腐蚀与磨损的现状及原因；提出了防腐与防磨的方案；包括高温状态下硫和硫化物气氛下腐蚀的防护、低温状态结露中的硫化物等腐蚀的防护以及可将空气预热器的低温端镀上一层搪瓷等方案；提出无结露状态下选择超音速电弧喷涂复合涂层铁铬铝+KST1号涂层外加封孔材料的方案较为合适、有结露状态下选择超音速电弧喷涂BM316L涂层外加封孔材料方案较为合适；给出了详细的性能参数及工艺路线。 【关键词】管式空气预热器受热面腐蚀防护超音速电弧喷涂 一、概述 循环流化床锅炉受热面主要包括炉膛水冷壁、炉内受热面(包括屏式翼形管、屏式过热器、水平过热器管屏)、尾部对流烟道受热面等。受热面的损害主要原因是由冲刷、冲击和微动磨及流化物等腐蚀磨损造成的。 尾部烟道受热面包括过热器、省煤器和空气预热器，由于这些受热面处于旋风分离器之后，就其损坏特征而言，与煤粉锅炉没有太大区别：尾部对流受热面除了因烟气飞灰浓度太高而使其磨损外,烟气中的有害物质对其腐蚀也是使其加剧损害的重要原因。主要为S及其氧化物（SO2或SO3）。烟气中的硫腐蚀是燃煤中的S被氧化生成SO2或SO3，三氧化硫与烟气中的水蒸汽结合成为硫酸，含有硫酸蒸汽的烟气露点升高。硫酸以液体形式凝结在烟道尾部受热面，当达到一定浓度时使腐蚀速度加快。在空气系数较低或烟气中SO2含量增高时，遂而转化成H2S,后者与尾部烟道的省煤器或预热器炉管的Fe元素生成FeS，造成设备表面脱层。 热腐蚀是硫化物在其露点温度形成含S熔盐，熔盐呈液态，与管壁接触，从而它是更严重的一种腐蚀。 因此,尾部烟道受热面在腐蚀和冲蚀等多种因素共同作用下，受到严重危害。所以,空气预热器、省煤器等设备在制造和安装前对其受热面进行防护尤为重要。 二、受热面防护方案 对于尾部受热面的腐蚀与磨损可以采用多种形式,而对于其低温腐蚀一般有下列方法: 1）提高排烟温度，开热风再循环，加暖风器提高空预器入口温度。此法的优点是简便易行，缺点是锅炉效率降低。 2）在烟气中加入添加剂，中和SO3,阻止硫酸蒸汽的产生。此法的优点是不降低锅炉效率，缺点是增加运行成本，还要清除中和生成的产物。 3）用耐腐蚀的材料制造空预器，如采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制作，防腐效果好，不降低锅炉效率，但成本高，漏风系数大。 4）采用低氧燃烧，减少烟气中的过剩氧，阻止和减少SO2转变为SO3。但低氧燃烧要求锅炉具有完善的燃烧设备和燃烧检测仪表，技术含量较高。 由于循环流化床锅炉的省煤器、管式空气预热器结构的特殊性，在设备制造过程中进行防护比较恰当。方案一：高温状态下硫和硫化物气氛下腐蚀的防护无结露状态下选择超音速电弧喷涂复合涂层铁铬铝+KST1号涂层外加封孔材料的方案较为合适。 (一)丝材性能 1、铁铬铝合金丝材 铁铬铝合金丝材(0Cr25A15.3Mo2)涂层材料使用温度高（最高可达1400摄氏度），有优越的抗氧化性、抗硫性和抗渗碳性，在高温下耐腐蚀性好，尤其适合在含有硫和硫化物气氛中使用。 2、BM1号丝材 BM1号管状丝材其基体材料为镍,BM1号管内的材料成份主要为:NiCr-Cr3C2和NiCr(80/20)，NiCr-Cr3C2组份是其主体，NiCr(80/20)是典型的耐热合金，其组织是Ni与Cr的奥氏体固熔体，在高温下具有优良的抗起皮、耐氧化性能，耐酸又耐碱。在高温1200℃的氧化气氛中耐氧化，工作温度限定在980℃。在涂层系统中，它又是金属粘合剂，保证了涂层系统的力学与热学要求；Cr3C2是金属型碳化物中抗氧化能力最高的一种，在空气中只有在1100℃-1400℃才开始氧化，Cr3C2的常温硬度和热硬度都相当高，耐蚀性优良，是性能优异的抗高温氧化腐蚀和冲蚀的材料。在稀硫酸中Cr3C2耐蚀性是1Cr18Ni9Ti不锈钢的30倍，而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。BM1号还含有一定数量的Al和Mo，Al在喷涂中所形成的氧化膜在涂层系统中起到良好的保护作用，它具有耐温性和耐腐蚀性，钼可增强涂层的结合强度与凝聚强度，是一种强化元素。利用超音速电弧喷涂BM1号粉芯管状丝材的方法可制备高性能涂层。粉芯采用纳米团聚技术，充分发挥纳米粉末的特殊性能进而获得耐腐蚀性、高硬度、超高耐磨涂层，并具有较高的结合强度和韧性。 (二)涂层成分及基本性能 基体：镍 粉芯：纳米团聚粉末 名义成分：Cr：25—30%；Ni：10—15%；B：5—6%； 陶瓷相：8—10%； 结合强度：>55Mpa 显微硬度：900—1100HV0.1 (三)封孔材料 涂层表面刷涂热硬化性树脂系列环氧树脂等封孔材料可以提高涂层的抗腐蚀性能、封填裂纹和孔隙，以防止氧化、保证涂层的气密性。适用于550℃以下工业大气、海洋大气、江河、海水、化工介质、钢铁制品等条件。 (四)复合涂层的性能 1、涂层结构主要为铁铬铝+BM1号材丝涂层，此两种材料的结合可以完美地防护硫化物腐蚀及烟气粒子冲刷。此两种涂层的结合在喷涂时产生的化学反应有利于与基体的结合，加强了颗粒间的凝聚强度，而且，涂层内部也可以形成FeB的中间相，此中间相具有优越的耐蚀耐磨性能。同时，在涂层颗粒间与外表面形成了一层致密的氧化膜，这种氧化膜对抗硫的腐蚀至关重要。 2、涂层与受热面有很高的结合强度：不会因物理或化学的作用而脱落。这种高结合强度在很大程度上是基于它放热性元素之间的反应，使涂层与基体之间产生微冶金结合。 3、对基体材料有大体一致的热膨胀系数：经测定，涂层与锅炉管材料的热膨胀系数非常接近，这就避免了由于热冲等工况导致涂层因热胀系数的差异产生应力而脱落。 4、涂层导热性良好：不会给炉管的热传导产生不良影响。 5、涂层不损害基体：因为喷涂时能控制基体温度不会超过一定界限。 6、涂层投入工作后，与基体不会出现有害的物质扩散，也不会产生裂纹扩延至基体。 7、最重要之点，在于涂层本身具有良好的抗高温氧化及硫腐蚀性。 (五)工艺路线 1、表面清理除油、喷砂使表面达Sa3.0级 2、喷涂铁铬铝合金涂层0.1—0.2mm 3、喷涂BM1号丝材0.1—0.2 mm 4、喷涂铁铬铝合金涂层0.1—0.2 mm 5、喷涂BM1号丝材0.1—0.2 mm 最终涂层厚度达0.6—0.7 mm 6、表面封孔处理 方案二、低温状态结露中的硫化物等腐蚀的防护有结露状态下选择超音速电弧喷涂BM316L涂层外加封孔材料方案较为合适。 烟气中的硫腐蚀是燃煤中的S被氧化生成SO2或SO3，在锅炉尾部三氧化硫与烟气中的水蒸汽结合成为硫酸，含有硫酸蒸汽的烟气露点升高。硫酸以液体形式凝结在烟道尾部受热面，当达到一定浓度时使腐蚀速度加快。在空气系数较低或烟气中SO2含量增高时，遂而转化成H2S,后者与尾部烟道的省煤器或预热器炉管的Fe元素生成FeS，造成设备表面脱层。此时应选用BM316L涂层进行防护最为恰当，其防腐寿命可达5-10年。 316L不锈钢属300系列Fe-Cr-Ni合金奥氏体不锈钢，由于铬、镍含量高，是最耐腐蚀的不锈钢之一，具有硬度高、耐腐蚀性能好等优点。 方案三、可将空气预热器的低温端1—1.3米的长度镀上一层搪瓷,只要避免碰撞，既可防腐又可防磨。经过以上方案防护后其使用寿命将大大延长，防腐、防磨效果将提高5倍左右。 |
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