热喷涂技术在火电行业的应用
摘 要： 综述了国内外热喷涂技术在火力发电设备防护与修复中的应用,介绍了在锅炉“四管”、风机、汽轮机、生产与输送煤粉设备、各种轴及室外钢结构件的表面防护、强化与修理方面采用热喷涂技术的优越性在于可提高设备服役寿命和运行可靠性,并可降低生产成本,为电厂带来可观的经济效益。
关键词： 火力发电 热喷涂 设备
1概 述
热喷涂技术是材料表面强化、保护和尺寸恢复的新技术,是我国政府在“六五”、“七五”、“八五”连续3个五年计划期间重点推广的新技术。该项新技术在中国始于20世纪50年代,至70年代末初步形成我国自己的设备、材料、工艺技术完整体系,并在全国各行各业开始广泛应用,为我国国民经济建设作出了较大贡献。经过最近20多年的发展,我国热喷涂技术无论在设备、材料还是工艺技术方面均取得了长足的进步,目前不仅可以生产世界上最先进的爆炸喷涂、超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等热喷涂设备,也可向用户供应门类齐全、品种配套、性能可与国外产品媲美的各种先进的热喷涂材料,经过数十年锻炼的技术队伍使得该项技术的应用更加成熟和可靠。据不完全统计,我国仅在“八五”计划期间推广热喷涂技术就取得了直接经济效益35亿元。
我国电站锅炉和工业锅炉以燃煤为主。据统计,1998年我国由煤生产电力的份额为75%。而动力用煤质量偏劣,含灰量和含硫量均较高,这就使燃煤电厂和工业锅炉的煤粉生产系统、输送系统及锅炉“四管”(即水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)容易受到磨损和腐蚀,造成设备损坏并可能导致事故发生;电厂的引风机、汽缸等有高速流体通过的设备表面,也因磨损、汽蚀等原因而可能发生失效,造成重大损失;许多运转部件(如各种轴类),也因常发生机械性磨损而报废。此外,电厂的送变电设施,各种钢结构常因处于露天环境而遭受严重的工业大气腐蚀。凡此种种,均可采用热喷涂技术来进行防护、强化而大大提高其使用寿命,或进行修复而恢复其可使用性,从而提高电厂的生产安全性和经济效益。
2 热喷涂技术在电站锅炉“四管”上的应用
锅炉“四管”工作在高温、高压及受烟气腐蚀、磨粒冲蚀的恶劣环境中,极易产生高温腐蚀及磨损,使管壁减薄,一般而言,这种减薄速度约在1mm/年左右〔1〕,严重者可达2mm/年以上〔2〕。锅炉“四管”减薄后的直接危害是发生泄漏爆管事故。据调查,我国火电厂100MW以上机组由于“四管”爆漏事故而造成的停机抢修时间约占整个机组非计划停产时间的40%左右,占锅炉设备本身非计划停产时间的70%以上。而根据1992年我国火电事故的统计表明,当年锅炉事故占全部发电事故的56%。如汉川电厂1号炉300MW发电机组1990年开始运行,其锅炉仅1996年就发生爆管事故11起,直接经济损失达2000万元。由此可见,锅炉“四管”的高温腐蚀和磨损不仅严重影响锅炉的安全运行,同时造成巨大的经济损失,已成为锅炉安全运行中一个亟待解决的问题。
对锅炉“四管”防护技术的研究,国外始于20世纪80年代初。经过数年的研究、试验,几个主要工业国家找到了各自认为较好的防护手段。如美国TAFA公司采用电弧喷涂45CT涂层,瑞典采用电弧喷涂KANTHALM合金,英国中央电力部采用等离子喷涂Ni-Cr合金粉,美国METCO公司则采用等离子喷涂METCO465合金粉,日本采用超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr合金粉,均取得了很好的效果。
国内在锅炉“四管”防护技术方面也进行了许多研究和尝试。如20世纪70年代研究开发的水冷壁管热浸渗铝技术,80年代进行的水冷壁管喷熔Ni-W合金技术等,均取得了一定的效果。自20世纪90年代以来,逐渐找到了较理想的技术手段,如用电弧喷涂高铬NiCr丝材。我国北方已有30多个火电厂采用热喷涂技术来防护锅炉“四管”,喷涂面积已达数千平方米。
值得一提的是美国TAFA公司的45CT合金。该合金采用电弧喷涂方法,从1984年7月起到1986年9月共在世界各地30多台锅炉的“四管”上喷涂1200余m2,经测定,涂层的平均磨蚀损失小于0.025mm/年。因此这种材料已得到国际上的承认,被许多国家所采用。
3 热喷涂技术在引排风机、煤粉风机上的应用
火力发电厂燃煤锅炉所需燃料和尘、渣的排出均通过各类风机来完成,在送风机、引风机、排粉风机和一次风机中,尤以排粉机、引风机的工作环境为恶劣。
叶轮是风机的主要部件,在高速旋转时将粉、尘排出。悬浮的粉、尘与叶轮叶片之间存在较高速度的相对运动,从而对叶轮产生冲刷、磨损;叶轮的工作环境还会有大量烟气、水蒸汽,与温度等因素共同作用,还会对叶轮产生腐蚀。我国电厂用煤含硫较高,因此烟气中硫化合物含量也很高,使风机叶轮遭受更为严重的腐蚀。因此我国电厂的引风机寿命一般只2000～3000h,有些甚至只数百小时;我国排粉风机一般寿命则为4000h。
风机的快速损坏不仅造成备件耗量加大和巨大的停机损失,也因灰粒进入叶片机翼内腔而频频引起强烈振动,造成风机损坏事故,直接影响锅炉的安全生产。
目前强化风机叶轮的主要工艺方法有堆焊、镶块、氧乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂及氧乙炔火焰喷熔等。堆焊法对工件热输入量大,叶轮变形问题难克服;镶陶瓷块法易产生局部脱块,因而造成该局部磨损特别快及引起风机振动加剧;氧乙炔火焰喷涂涂层结合强度低,涂层因致密度不够而耐磨性差。因此上述3法目前均使用很少,而电弧喷涂、等离子喷涂和氧乙炔火焰喷熔工艺是目前较好的风机叶轮强化方法,前2者产生的结合强度与致密度、耐磨性不及后者,但从热输入量的多少及叶轮的变形程度看,前2者又优于后者。
湖北青山热电厂排粉机叶轮采用氧乙炔火焰喷熔FNi-15和FNiWC-35后,使用寿命由原来的0.5年提高到2.5年以上;香港HOPEWELL电力公司沙角B厂日本产引风机在运行6年后的大修中,亦采用氧乙炔火焰喷熔FNi-15B材料来强化,效果很好;韩城电厂、杨树蒲电厂、丰山电厂等许多电厂的引风机叶轮、集流器、调节器等均采用氧乙炔火焰喷熔的办法进行预保护,使运行寿命提高了3～5倍。中淮电力公司采用电弧喷涂铬合金对徐州热电厂、大屯电厂等的排粉机、引风机叶轮进行防护,使用寿命也在3年以上。
4 热喷涂技术在煤粉生产、输送系统中的应用
磨煤机械和煤输送机械受煤块、煤粉的直接磨损,属典型的磨粒磨损。这些易磨损部件的防护问题、用堆焊法和热喷熔法较好。如磨煤辊目前多采用堆焊法,但辊道和输送板等部件因堆焊易造成变形而多采用热喷熔法,如秦岭电厂的输送板采用热喷熔方法使寿命提高了5～7倍。
5 热喷涂技术在电厂轴类工件上的应用
电厂轴类工件一般因轴颈处磨损超差而报废。汽轮机主轴的轴承油档位置、发电机主轴的轴瓦部位因震动和供油问题容易产生主轴的拉槽磨损。采用热喷涂方法对超差的轴类进行修复,不仅可以恢复其使用性能,而且因喷涂层的高耐磨性而使喷涂件的使用寿命超过新件3～5倍〔3〕,从而使电厂获得可观的安全和经济效益。
吉林热电厂500t/h磨煤机主轴,轴长3.5m,直径300mm,投产5年后,磨煤机隔板与主轴之间磨损严重而产生强烈振动,被迫停止运行。该厂采用热喷熔办法,花费不到1万元即将这根价值12万元的轴修复,且比原新轴的年磨损量小了3倍。武汉钢电股份有限公司火电站2台水泵轴轴承位置处单边磨损深度在0.5mm以上,该轴长4m,每根轴2个轴承位,轴承位的尺寸为200×150mm。若换新轴不仅费用大,且制造周期长,满足不了维修的时间要求,采用氧乙炔火焰线材喷涂方法很快便将2轴修复好,经装机使用,效果良好。
6 热喷涂技术在火电厂其他设备、设施上的应用
电厂汽缸缸体与缸盖因变形常发生蒸汽泄漏,而一旦发生蒸汽泄漏,其接合处便会加快冲蚀损坏,使汽轮机无法正常运行。国内外多数电厂目前均采用热喷涂技术或电刷镀技术来恢复汽缸密封面,其中热喷涂法是恢复汽缸密封面行之有效的方法。
电厂许多室外钢结构件,如室外管道、送变电设施等,长期暴露在工业大气中,日晒雨淋。传统的油漆防护法和热浸镀锌虽一次投资较省,但防护周期短(特别是油漆防护),涂层维护和更新频繁,从长期防护成本角度看,反而不及长效的热喷涂锌、铝涂层。热喷涂锌涂层的防护周期可达30年,热喷涂铝涂层的防护期可达50年。
国外从20世纪20～30年代开始就将热喷涂技术用于室外钢结构件的长效防腐。如美国格兰维奇市天然气化工厂的一座钢结构净化装置,在表面热喷涂0.13mm厚的铝涂层,投入使用30年后仍完好无损。大量的工程应用表明,热喷涂锌、铝防护涂层与重防蚀涂装、常规防蚀涂装投资比例为3.1∶1.9∶1.2,但寿命比为10∶4∶2.9,按20年期计算,其总投资比为5∶7∶10,因此,对室外锅结构件的防护,最理想的方案应是热喷涂长效锌、铝涂层。
7 结 语
磨损和腐蚀是造成火电厂设备失效的主要原因,而热喷涂技术恰是对付工件表面磨损与腐蚀的卓有成效的表面修复与防护、强化的新型技术。随着热喷涂技术在火电行业的进一步推广应用,必将为火力发电行业带来越来越大的安全、经济和社会效益。 |
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。