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能有效解决锅炉高温腐蚀与飞灰磨损导致“四管爆漏”问题的——
新型等离子喷涂金属陶瓷复合涂层技术
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室(710049)
韩志海 陈华 何家文
锅炉“四管爆漏”是长期以来捆扰火电机组高效、安全、经济、稳定发电的一大难题。
据统计,火电厂锅炉事故占整台机组非计划停运时间的60%以上,而。四管爆漏”又占锅
炉事故率的70%以上.近年来。随着炉龄延长。燃烧媒质恶化.以及装机容量和机组参数
不断升高,这种情况将更为严重。
1、技术成果简介
西安交通大学有关科技人员在西北电管局科技处、生产处大力支持下,与陕西秦岭发电
过热器和再热器频繁爆管的生产难题,对爆管原因进行了全面分析和实验论证。研究结果表
明,秦岭电厂燃煤品种含硫量较高(约3~4%),含硫烟气与钢管表面作用.发生了600~
700(2硫酸盐热腐蚀,熟腐蚀速率远高于空气中的高温氧化达30~40倍。热腐蚀的结果导致
钢研102炉管的热强度下降50%以上.是造成弯头爆管的主要原因。据此开发出能有效抑
制热腐蚀的技术陶瓷复合涂层,采用世界先进水平的等离子喷涂设备,为秦岭电厂制备涂层
保护锅炉管。该涂层配方针对热腐蚀机理设计,涂层厚度约0.3mm,导热性接近基体,基本
不影响热效率。厂方大修前事先将需要更换的炉管送到实验室进行喷涂,在修时,安装于爆
管晟严重的部位。经实验室模拟实验.结合现场实际考核.该钢研102涂层锅炉管抗热腐蚀
性能优于TP347和T91钢管,高温强度和稳定性接近TP347,优于T91钢管。
92年至今,秦岭电厂4台锅炉过热器弯头部位迎火面前三排(爆管易发区)全部采用
涂层防护,至今未发生一次爆管.现场检查,涂层至今仍然完好。保守估算.钢研102涂层
管的安全运行寿命至少可从原先无涂层102钢管约2万小时延长到6~8万小时以上。仅此
一项,每年可为秦岭发电厂增收节支580万元以上。该项目目前已通过电力部科技成果鉴定,
并己申报电力部科技进步奖。
目前,该技术已在秦岭电厂20万机组锅炉过热器、再热器、韩城电厂四台12.5万机组
锅炉后屏过热器以及渭河电厂30万机组锅炉低温过热器等腐蚀爆管最严重部位推广应用,
均获得较好效果。
除此而外,采用等离子涂耐磨涂层加重熔技术,为兰州西固电厂和山西铝厂自备电厂制
各了耐磨省煤器管.均取得了良好的技术和经济效益。
除了上述应用外,采用等离子喷涂以陶瓷为主的陶瓷金属梯度涂层技术。成功的解决了
捆扰陕西宝鸡发电厂近30年的液态排渣炉渣口管析铁熔蚀爆管难题,使每台炉渣口管每年
平均爆管3~5次下降N年不发生爆管.宝鸡电厂4台锅炉采用该技术后,取得了巨大的
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经济效益和生产效益.该项目94年通过西北电管局科技成果鉴定,获网局科技进步一等奖。
获部级科技成果三等奖。
2、锅炉管的表面损伤问题
以往对爆管原因的分析多偏重于钢管整体材质和组织退化等方面的研究,这一方法较为
直观,易于检测,但也容易受其它因素影响而导致判断失误。近年来。随着现代材料科学的
发展,研究苛刻环境下的材料表面损伤及其对材料性能的影响,以引起人们的重视.对锅炉
耐热钢管而言.也就是应重视高温烟气对炉管的表面损伤(如热腐蚀、热疲劳、热磨损等),
以及对炉管热强度的影响。由于表面损伤形成表面蚀坑或裂纹远比在管材内部形成裂纹容
易.而表面裂纹也容易在应力作用下向内部扩展,使管壁有效厚度减薄,相对应力升高.进
一步促进裂纹扩展,同时也加速了基体组织蠕变空洞的聚集长大,最终表面裂纹和内部缺陷
连通,导致突发性爆管。
因此,在分析爆管原因时,要区分由超温引起的整体管材的过热损伤和表面损伤。若表
面损伤为主,则可采用涂层防护技术,若热损伤为主.则宜提高钢管的耐热等级。在更换局
部管材时,应重视异种钢管焊接接头处的脆化、应力腐蚀和刀线腐蚀等缺陷。
3、表面工程与锅炉管表面防护技术在国内外的发展
高温环境下锅炉管的腐蚀、磨损与疲劳都是从材料表面开始的,因而人们自然可以想到,
如果在炉管表面能形成一层高质量的表面工作层,而基体材料仍然发挥其强度和承载功能,
则必然可以减轻表面损伤。延长炉管安全寿命,达到减少爆管的目的。从表面工程学的意义
上理解,当高性能的表层材料与基体材料有机地结合在一起发挥作用时,往往可以获得单一
材料或传统工艺无法达到的应用效果和经济性能。这里。关键是高性能表面层的设计、工艺、
质量和
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