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摘要：攀钢钒能动中心130t/h省煤器频繁发生泄露，通过调整运行方式的措施控制泄露效果不明显。超音速电弧喷涂技术在5#锅炉省煤器上实施后，运行效果明显，泄露次数显著减少。
关键词：超音速电弧喷涂 省煤器
【分类号】：TK228
1 省煤器磨损机理
冲蚀磨损是电站锅炉对流受热面管道泄漏的主要原因之一，占锅炉事故的75%以上。相当多的研究表明，电站锅炉的水冷壁、过热器管道受热面容易发生煤灰沉积引起的热腐蚀和飞灰造成的高温冲蚀磨损，再热器和省煤器管道容易发生飞灰冲蚀磨损。由磨损导致的爆管中，飞灰磨损是主要原因，影响的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等，省煤器的结构型式也会影响磨损程度。
1.1 飞灰浓度
飞灰浓度大，表明烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，加剧磨损。煤种的多样性和电厂用煤的不确定性，使当前许多电厂的燃煤含灰量大于设计值。有的燃料灰分高达40%，煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加了省煤器的磨损。
1.2 烟气流速
烟气流速是影响受热面磨损的最主要因素。一些研究表明，磨损量与烟气流速的2.3次方成正比，煙气流速越高，则省煤器的磨损越严重，磨损量甚至能与烟气速度成n（n>3）次方关系。原因可以解释为：冲蚀磨损源于灰粒具有动能，颗粒动能与其速度的平方成正比。磨损还与灰浓度（灰浓度又与速度的一次方成正比）、灰粒撞击频率因子和灰粒对被磨损物体的相对速度有关。若近似地认为vp≈vg时，磨损量就将与烟气流速的三次方成正比。烟气速度越高，会促使上述原因作用加强，导致冲蚀磨损迅猛发展，所以烟气流速越大，磨损量也越大。
1.3省煤器结构的影响
省煤器型式结构不同，其磨损程度也不同。在相同条件下鳍片管、肋片管的抗磨性能优于光管；省煤器管束顺列布置比错列布置磨损要轻；错列布置磨损最严重的为第二排管子，顺列布置磨损最严重的则在第五排之后；膜式省煤器错列布置时，大管径比小管径的磨损要轻。
2 省煤器磨损解决方案
在运行过程中可以通过控制烟气流速、降低煤质灰分、减少飞灰中SiO2及未燃尽颗粒等硬质颗粒的数量、控制煤粉细度、提高排烟温度、避免超负荷运行等措施来减少磨损，但这些运行措施控制省煤器磨损的作用有限，锅炉燃烧的煤粉中因飞灰长期超过40%，省煤器磨损随着运行时间的推移也越来越严重。实践证明，超音速电弧喷涂是钢结构防腐耐磨和机械零件维修等实际工程应用中最经济最高效最普遍的热喷涂方法，可增加易冲蚀受热面区域的使用寿命，能达到长时间稳定运行的目的，大大增加锅炉运行周期，产生较好的经济效益，被美国、日本等发达国家列为二十一世纪表面工程的关键技术。
2.1超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂系统由电源、送丝机、超音速电弧喷枪、空压机、储气罐、油水分离器等设备组成，以各种实心丝材和特殊粉芯丝材为原料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损涂层的制作。该喷涂技术采用燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子喷向工件形成涂层。熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达63.5MPa以上。
2.2具体方案
2.2.1喷涂厚度
在省煤器迎风面上设计制作由三层涂层即打底层、防磨防腐工作层及封孔层构成的复合防护层。喷涂方法采用超音速电弧喷涂技术。喷涂材料选用高硬度高耐磨耐腐蚀电弧喷涂材料SJMS80打底，工作涂层采用含NiCr合金的防磨防腐丝材SJKM99。SJMS80打底层厚度为0.1mm，SJKM99工作涂层平均厚度为0.5mm，喷涂涂层平均总厚度为 0.6mm。
2.2.2喷涂部位
根据省煤器管壁的磨损失效机理及攀钢钒能动中心130t/h锅炉省煤器实际情况，磨损最严重部位发生在锅炉迎风面至与轴线夹角±60°的2/3面积上，该部位应做喷涂加以防护。由于一级省煤器的烟气流速相对二级省煤器较大，选择一级省煤器迎风面至与轴线夹角±60°的2/3面积上进行喷涂；二级省煤器在运行中穿墙管前方以及省煤器的弯头容易泄漏，选择对二级省煤器的穿墙管前方及省煤器的弯头进行喷涂，管道冲刷磨损部位即是喷涂部位。
2.2.3喷涂面积
省煤器管长=6.812m+0.1884（弯头展开）=7m。一级省煤器162根管，管径32×3，受热面积为3.14×0.032×7×7×162=797.61m2； 二级省煤器67根管，管径32×3，受热面积为3.14×0.032×7×10×67=471.25m2。一级省煤器喷涂面积计算S1=797.61×2/3=531.74m2，二级省煤器弯头喷涂面积：左侧有4个弯头，右侧有5个弯头（弯头的半径为60mm），喷涂时按照2倍弯头半径对相连接的直管段进行喷涂，其面积为S2=（π×0.06+2×0.06×2）×π×0.032×（4+5）×67=25.96m2。二级省煤器穿墙管前方150mm处喷涂面积为S3=π×0.032×0.15×67×2=2.02 m2，所以喷涂的总面积为：S=S1+ S2+ S3=531.74+25.96+2.02=559.72 m2。
2.2.4施工方案
2.2.4.1 施工准备。对管壁须实施喷涂部位进行全面的质量检查，如发现需要修整补强的部位应及时处理。利用现场已有条件进行设备就位、电气接线、气源管线连接及磨料回收帆布铺设等准备工作。
2.2.4.2 表面预处理。压缩空气压力0.6～0.7Mpa， 流量6m3/min，喷砂距离150～200mm ，喷砂角度与基体夹角45～70°。先选用16～20号石英砂粗喷，使其表面清洁度达Sa3.0级，然后用14～16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz60～80?m，所有砂粒须清洁干燥，喷砂区域设围护及其它回收措施，确保不污染周围环境，经质量确认后方可进行喷砂。对达不到预处理要求的部位需进行重新喷砂，在进行重新喷砂时要注意对合格部位的保护。操作顺序及检验要求：先用石英砂喷2遍，完全去除钢材表面的锈、氧化皮、结焦等，再用棕刚玉进行表面粗化，并露出灰白色金属光泽，此工艺作用仅仅是毛化基材表面，达到喷涂要求的表面粗糙度，用粗糙度样块对照检验，喷砂后管壁表面应干燥，无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈斑及其它杂物，基材表面呈现均质的灰白色金属外观。
2.2.4.3喷涂。电弧电压32～34V，电弧电流160～200A，雾化空气压力0.6～0.7MPa。在喷涂前检查预处理的表面，发现有锈蚀或部分不合格的应重新进行处理。打底涂层平均厚度为0.1mm，工作涂层平均厚度为0.5mm。喷涂方式：省煤器防磨喷涂面为迎风面，局部区域经打底喷涂及工作层喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域，层间温度不得高于800℃，搭接过渡区域设明显标记确保喷涂层结合力及厚度均匀，防止出现漏喷现象。
2.2.4.4涂层封闭。封孔层厚度0.1mm～0.2mm，当天喷完的区域应及时封孔处理，材料选用渗透性较好的耐高温封孔剂，封闭微观孔隙，与金属涂层一起形成复合涂层。搭接区域的封闭应预留150～200mm区域，以免污染下次涂层。
3 应用效果
超音速电弧喷涂具有较高的粒子飞行速度、更强的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好，且喷涂粒子到达工件表面时工件的温升低于80℃，工件不会变形，能够获得高质量的涂层。
参考文献
[1].朱驰宇 刘建平，CFB机组锅炉水冷壁管喷涂技术研究及应用〔J〕.东北电力技术. 2009.02
[2].顾兴俭 王合存，电弧喷涂长效防护涂层的发展应用和研究现状〔J〕.硅谷.2010.02
关键词：超音速电弧喷涂 省煤器
【分类号】：TK228
1 省煤器磨损机理
冲蚀磨损是电站锅炉对流受热面管道泄漏的主要原因之一，占锅炉事故的75%以上。相当多的研究表明，电站锅炉的水冷壁、过热器管道受热面容易发生煤灰沉积引起的热腐蚀和飞灰造成的高温冲蚀磨损，再热器和省煤器管道容易发生飞灰冲蚀磨损。由磨损导致的爆管中，飞灰磨损是主要原因，影响的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等，省煤器的结构型式也会影响磨损程度。
1.1 飞灰浓度
飞灰浓度大，表明烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，加剧磨损。煤种的多样性和电厂用煤的不确定性，使当前许多电厂的燃煤含灰量大于设计值。有的燃料灰分高达40%，煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加了省煤器的磨损。
1.2 烟气流速
烟气流速是影响受热面磨损的最主要因素。一些研究表明，磨损量与烟气流速的2.3次方成正比，煙气流速越高，则省煤器的磨损越严重，磨损量甚至能与烟气速度成n（n>3）次方关系。原因可以解释为：冲蚀磨损源于灰粒具有动能，颗粒动能与其速度的平方成正比。磨损还与灰浓度（灰浓度又与速度的一次方成正比）、灰粒撞击频率因子和灰粒对被磨损物体的相对速度有关。若近似地认为vp≈vg时，磨损量就将与烟气流速的三次方成正比。烟气速度越高，会促使上述原因作用加强，导致冲蚀磨损迅猛发展，所以烟气流速越大，磨损量也越大。
1.3省煤器结构的影响
省煤器型式结构不同，其磨损程度也不同。在相同条件下鳍片管、肋片管的抗磨性能优于光管；省煤器管束顺列布置比错列布置磨损要轻；错列布置磨损最严重的为第二排管子，顺列布置磨损最严重的则在第五排之后；膜式省煤器错列布置时，大管径比小管径的磨损要轻。
2 省煤器磨损解决方案
在运行过程中可以通过控制烟气流速、降低煤质灰分、减少飞灰中SiO2及未燃尽颗粒等硬质颗粒的数量、控制煤粉细度、提高排烟温度、避免超负荷运行等措施来减少磨损，但这些运行措施控制省煤器磨损的作用有限，锅炉燃烧的煤粉中因飞灰长期超过40%，省煤器磨损随着运行时间的推移也越来越严重。实践证明，超音速电弧喷涂是钢结构防腐耐磨和机械零件维修等实际工程应用中最经济最高效最普遍的热喷涂方法，可增加易冲蚀受热面区域的使用寿命，能达到长时间稳定运行的目的，大大增加锅炉运行周期，产生较好的经济效益，被美国、日本等发达国家列为二十一世纪表面工程的关键技术。
2.1超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂系统由电源、送丝机、超音速电弧喷枪、空压机、储气罐、油水分离器等设备组成，以各种实心丝材和特殊粉芯丝材为原料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损涂层的制作。该喷涂技术采用燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子喷向工件形成涂层。熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达63.5MPa以上。
2.2具体方案
2.2.1喷涂厚度
在省煤器迎风面上设计制作由三层涂层即打底层、防磨防腐工作层及封孔层构成的复合防护层。喷涂方法采用超音速电弧喷涂技术。喷涂材料选用高硬度高耐磨耐腐蚀电弧喷涂材料SJMS80打底，工作涂层采用含NiCr合金的防磨防腐丝材SJKM99。SJMS80打底层厚度为0.1mm，SJKM99工作涂层平均厚度为0.5mm，喷涂涂层平均总厚度为 0.6mm。
2.2.2喷涂部位
根据省煤器管壁的磨损失效机理及攀钢钒能动中心130t/h锅炉省煤器实际情况，磨损最严重部位发生在锅炉迎风面至与轴线夹角±60°的2/3面积上，该部位应做喷涂加以防护。由于一级省煤器的烟气流速相对二级省煤器较大，选择一级省煤器迎风面至与轴线夹角±60°的2/3面积上进行喷涂；二级省煤器在运行中穿墙管前方以及省煤器的弯头容易泄漏，选择对二级省煤器的穿墙管前方及省煤器的弯头进行喷涂，管道冲刷磨损部位即是喷涂部位。
2.2.3喷涂面积
省煤器管长=6.812m+0.1884（弯头展开）=7m。一级省煤器162根管，管径32×3，受热面积为3.14×0.032×7×7×162=797.61m2； 二级省煤器67根管，管径32×3，受热面积为3.14×0.032×7×10×67=471.25m2。一级省煤器喷涂面积计算S1=797.61×2/3=531.74m2，二级省煤器弯头喷涂面积：左侧有4个弯头，右侧有5个弯头（弯头的半径为60mm），喷涂时按照2倍弯头半径对相连接的直管段进行喷涂，其面积为S2=（π×0.06+2×0.06×2）×π×0.032×（4+5）×67=25.96m2。二级省煤器穿墙管前方150mm处喷涂面积为S3=π×0.032×0.15×67×2=2.02 m2，所以喷涂的总面积为：S=S1+ S2+ S3=531.74+25.96+2.02=559.72 m2。
2.2.4施工方案
2.2.4.1 施工准备。对管壁须实施喷涂部位进行全面的质量检查，如发现需要修整补强的部位应及时处理。利用现场已有条件进行设备就位、电气接线、气源管线连接及磨料回收帆布铺设等准备工作。
2.2.4.2 表面预处理。压缩空气压力0.6～0.7Mpa， 流量6m3/min，喷砂距离150～200mm ，喷砂角度与基体夹角45～70°。先选用16～20号石英砂粗喷，使其表面清洁度达Sa3.0级，然后用14～16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz60～80?m，所有砂粒须清洁干燥，喷砂区域设围护及其它回收措施，确保不污染周围环境，经质量确认后方可进行喷砂。对达不到预处理要求的部位需进行重新喷砂，在进行重新喷砂时要注意对合格部位的保护。操作顺序及检验要求：先用石英砂喷2遍，完全去除钢材表面的锈、氧化皮、结焦等，再用棕刚玉进行表面粗化，并露出灰白色金属光泽，此工艺作用仅仅是毛化基材表面，达到喷涂要求的表面粗糙度，用粗糙度样块对照检验，喷砂后管壁表面应干燥，无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈斑及其它杂物，基材表面呈现均质的灰白色金属外观。
2.2.4.3喷涂。电弧电压32～34V，电弧电流160～200A，雾化空气压力0.6～0.7MPa。在喷涂前检查预处理的表面，发现有锈蚀或部分不合格的应重新进行处理。打底涂层平均厚度为0.1mm，工作涂层平均厚度为0.5mm。喷涂方式：省煤器防磨喷涂面为迎风面，局部区域经打底喷涂及工作层喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域，层间温度不得高于800℃，搭接过渡区域设明显标记确保喷涂层结合力及厚度均匀，防止出现漏喷现象。
2.2.4.4涂层封闭。封孔层厚度0.1mm～0.2mm，当天喷完的区域应及时封孔处理，材料选用渗透性较好的耐高温封孔剂，封闭微观孔隙，与金属涂层一起形成复合涂层。搭接区域的封闭应预留150～200mm区域，以免污染下次涂层。
3 应用效果
超音速电弧喷涂具有较高的粒子飞行速度、更强的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好，且喷涂粒子到达工件表面时工件的温升低于80℃，工件不会变形，能够获得高质量的涂层。
参考文献
[1].朱驰宇 刘建平，CFB机组锅炉水冷壁管喷涂技术研究及应用〔J〕.东北电力技术. 2009.02
[2].顾兴俭 王合存，电弧喷涂长效防护涂层的发展应用和研究现状〔J〕.硅谷.2010.02