文_陳棟 何棟

1.浙江城建煤氣熱電設(shè)計(jì)院有限公司 2.浙江浙能紹興濱海熱力有限公司

當(dāng)今我國(guó)主要發(fā)電形式就是火力發(fā)電，而在火電廠之中，鍋爐占據(jù)著核心地位，鍋爐可以為火電站提供足夠的蒸汽，進(jìn)而完成其電能供給任務(wù)。而在具體的應(yīng)用過程中，鍋爐并不能獨(dú)立運(yùn)行，需要其他的一些輔助設(shè)備來提供支持，且當(dāng)今的電站鍋爐有著極高的機(jī)械化技術(shù)要求、自動(dòng)化管控技術(shù)要求和安全管理要求。因此在鍋爐的使用過程中，火電站應(yīng)該做好鍋爐的防護(hù)工作，避免一些不必要的事故發(fā)生。高溫沖蝕磨損是火電廠鍋爐使用過程中需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題，經(jīng)大量的研究和經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，涂層防護(hù)技術(shù)的合理應(yīng)用將可以有效解決此類問題。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)此類問題的研究，并將涂層防護(hù)技術(shù)加以良好應(yīng)用。

1 電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題和應(yīng)對(duì)方法

1.1 高溫沖蝕磨損問題分析

通過研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在電站鍋爐管道的高溫沖蝕磨損問題之中，一個(gè)最為顯著的問題就是飛灰問題，這種問題對(duì)于鍋爐的正常使用將會(huì)造成極大的不利影響。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，飛灰沖蝕磨損屬于一種氣固兩相流以及金屬摩擦理論方面的綜合性、交叉性課題。通常情況下，工作環(huán)境會(huì)對(duì)金屬材料沖蝕磨損方面的系統(tǒng)參數(shù)造成直接的影響，其主要影響參數(shù)：第一是環(huán)境方面的影響參數(shù)，比如沖刷角度、沖刷的時(shí)間、沖刷的速度、飛灰得到濃度以及環(huán)境的溫度等；第二是飛灰顆粒的特性，比如飛灰顆粒的形狀、密度、硬度、粒度、組成以及飛灰顆粒所具有的化學(xué)特征等；第三是靶材的性質(zhì)，比如靶材的物理性質(zhì)和靶材的機(jī)械性質(zhì)。同時(shí)，這三個(gè)方面的因素在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過程中也會(huì)相互影響。

當(dāng)電站鍋爐溫度到達(dá)臨界溫度以前，隨著溫度的上升，鍋爐管道的磨損量也會(huì)不斷上升，此時(shí)，如果鍋爐的溫度進(jìn)一步上升，在超過了臨界值之后，其磨損量反而會(huì)隨著鍋爐溫度的上升而逐漸降低。在粒子沖擊能量不斷增加的情況下，磨損量峰值會(huì)越來越高，同時(shí)，磨損量也會(huì)隨之增大。合金有著越強(qiáng)的抗氧化性能，其磨損量峰值也就會(huì)趨向于越高的溫度條件。而溫度又和金屬的氧化膜之間有著密切聯(lián)系。通常情況下，金屬氧化膜在常溫的條件之下都會(huì)非常薄，但是隨著溫度的升高，金屬氧化膜的厚度也會(huì)逐漸加大，且其厚度的增大規(guī)律會(huì)呈現(xiàn)出指數(shù)形式，溫度越高，這種規(guī)律就會(huì)更加明顯。在這樣的情況下，越來越厚的金屬氧化膜就會(huì)為基質(zhì)提供出良好的保護(hù)功能，并進(jìn)一步增強(qiáng)金屬表面的抗磨損能力。但是因?yàn)檠趸ず推浒Ｗo(hù)起來的金屬基質(zhì)有著不同的膨脹系數(shù)，所以隨著鍋爐溫度的不斷上升，在達(dá)到了某一臨界溫度的條件下，金屬氧化膜的表面就會(huì)在高溫作用下形成裂紋，甚至?xí)霈F(xiàn)金屬氧化膜脫落的情況，進(jìn)而使得金屬材料的磨損量迅速增加。且由于飛灰的硬度和石英類似，所以在飛灰不斷撞擊電站鍋爐管道的過程中，就會(huì)對(duì)鍋爐管道造成更嚴(yán)重的磨損。越大密度的飛灰就會(huì)有著越大的慣性沖擊率，所以也就會(huì)對(duì)鍋爐管道造成越嚴(yán)重的磨損。

1.2 高溫沖蝕磨損問題的幾種典型應(yīng)對(duì)方法

通過以上的分析可知，飛灰問題是導(dǎo)致電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題的一個(gè)關(guān)鍵原因，同時(shí)，工作環(huán)境方面的各種因素也會(huì)對(duì)飛灰問題產(chǎn)生直接的影響。因此，針對(duì)此類問題可以通過以下方式解決：第一，通過改變?nèi)济翰牧系姆绞絹砑右詰?yīng)對(duì)，在具體的改進(jìn)過程中，火電站應(yīng)該用品質(zhì)更加優(yōu)越的燃煤來代替目前所應(yīng)用的一般燃煤，這樣就可以減少二氧化硫顆粒的數(shù)量，以此來達(dá)到降低飛灰密度的目的；第二，火電站可以考慮對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，通過合理調(diào)整鍋爐管道的結(jié)構(gòu)來降低飛灰沖擊作用，這樣也可以有效降低飛灰對(duì)鍋爐管道的磨損強(qiáng)度；第三，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)火電站的鍋爐管理工作，將鍋爐檢查的周期縮短，這樣就可以更好地了解到鍋爐管道的磨損問題，進(jìn)而及時(shí)采取相應(yīng)的措施來進(jìn)行維修，如果鍋爐管道的磨損問題十分嚴(yán)重，已經(jīng)無法通過維修來維持其正常運(yùn)行，相關(guān)工作人員就需要及時(shí)更換鍋爐管道；第四，如果鍋爐之中一些部位的腐蝕問題比較嚴(yán)重，相關(guān)工作人員可以通過局部加熱的方式進(jìn)行處理，同時(shí)，也可以通過涂層防護(hù)技術(shù)來進(jìn)行鍋爐壁的防護(hù)處理，這種處理方式十分經(jīng)濟(jì)有效。本文就是對(duì)涂層防護(hù)技術(shù)在電站鍋爐管道沖蝕磨損問題處理過程中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 涂層防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 涂層防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用性能

就當(dāng)今的涂層防護(hù)技術(shù)而言，可以用作電站鍋爐沖蝕磨損防護(hù)的材質(zhì)有很多，不管是哪一種材質(zhì)，都可以有效滿足電站鍋爐管道的實(shí)際防護(hù)需求。將涂層防護(hù)技術(shù)應(yīng)用到電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損問題的解決之中，涂層不僅需要極高的抗氧化能力，同時(shí)也需要有著足夠的抗磨損沖擊能力和耐腐蝕性能。通過上文的分析可知，電站鍋爐管道沖蝕磨損的一個(gè)根本原因就是飛灰，所以，這就需要涂層有著足夠的能力可以抵抗飛灰，且因?yàn)殄仩t始終處于高溫的條件之下，所以涂層材料也應(yīng)該具備著足夠的耐熱性能。同時(shí)，考慮到電站鍋爐的實(shí)際應(yīng)用情況，涂層材料也應(yīng)該具備足夠的抗硫化氣氛能力以及抗疲勞能力等。這樣才可以有效保障電站鍋爐運(yùn)行的可靠性和安全性。

涂層本身的致密性和與機(jī)體之間的結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)該足夠強(qiáng)大，只有這樣才可以有效避免機(jī)械脫落。同時(shí)，涂層的技術(shù)工藝應(yīng)該盡量簡(jiǎn)便一些，且不能有太高的應(yīng)用成本。

2.2 陶瓷涂層技術(shù)

陶瓷對(duì)沖蝕的抵抗能力，以及對(duì)高溫的耐受能力方面都十分優(yōu)越，因此，將陶瓷作為電站鍋爐管道沖蝕磨損的保護(hù)涂層是一種極佳的思路。但是相比較普通的金屬涂層來看，陶瓷材料會(huì)有著更加高昂的成本費(fèi)用，且由于陶瓷比較脆弱，在受到外部的強(qiáng)烈攻擊時(shí)，其表面就很容易出現(xiàn)裂紋，這不僅會(huì)降低其使用性能，同時(shí)也會(huì)影響其美觀性，而就抗疲勞的能力而言，金屬涂層也明顯優(yōu)于陶瓷涂層。由此可知，就實(shí)用性方面來看，陶瓷涂層會(huì)比普通的金屬涂層差一些。另外，在陶瓷涂層的安裝過程中，需要應(yīng)用到火焰噴涂工藝和HVOF 工藝，其操作流程和操作方法也更加復(fù)雜。

2.3 金屬涂層技術(shù)

通常情況下，金屬涂層所應(yīng)用到的材料都是合金材料，這種材料在抗沖蝕方面以及抗高溫方面都有著極高的能力，且可以和機(jī)體之間實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，金屬材質(zhì)在當(dāng)今的電站鍋爐沖蝕磨損涂層防護(hù)技術(shù)之中依然是最佳的一種選擇。同時(shí)，因?yàn)榻饘俨馁|(zhì)有著極高的綜合利用價(jià)值，可以與當(dāng)今電站鍋爐運(yùn)行之中所需要的各種要求相符合，且抗腐蝕能力和抗疲勞能力極高。另外，金屬涂層防護(hù)技術(shù)也有著十分豐富的應(yīng)用方法，在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要可以通過火焰涂噴法或者是等離子涂噴法來實(shí)現(xiàn)，這些方法的應(yīng)用都比較簡(jiǎn)單，且成本費(fèi)用較低。

2.4 其他涂層技術(shù)

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，涂層技術(shù)的研究也在不斷進(jìn)步，越來越多的新型涂層技術(shù)開始得到了研發(fā)和應(yīng)用，這就使得電站鍋爐管道的防護(hù)涂層材料有了越來越豐富的選擇。因?yàn)樘沾刹牧蠁为?dú)使用的問題比較多，所以有學(xué)者對(duì)其與金屬材料的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行研究，進(jìn)而磨制成了一種全新的復(fù)合型涂層材料。因?yàn)榻饘俨牧峡梢栽诖蠊ソ菞l件之下發(fā)揮出非常強(qiáng)大的抗沖蝕能力，陶瓷這種材料雖然比較脆弱，但是在小攻角的條件之下卻有著十分強(qiáng)大的抗沖蝕能力，而飛灰對(duì)電站鍋爐管道所造成的沖蝕問題通常都有著比較大的攻角，所以在這樣的情況下，就可以將金屬和陶瓷這兩種涂層材料相結(jié)合，在金屬材料的表面涂抹上陶瓷顆粒，這樣就可以起到更好的防護(hù)作用。

另一種新型的涂層防護(hù)材料就是金屬化合物材料，但是這種涂層防護(hù)技術(shù)在目前尚未成熟。在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，需要考慮到的內(nèi)容應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面：第一，合金材料應(yīng)該都具備十分可靠的抗氧化性能和抗硫化性能，且相比較普通金屬材料而言，合金的密度也應(yīng)該小一些；第二，在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，不應(yīng)該將昂貴的金屬考慮在其材料范圍之內(nèi)，所以該涂層防護(hù)技術(shù)的成本也應(yīng)該低于其他涂層材料的成本。由此可見，金屬化合物涂層防護(hù)材料與技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)為電站鍋爐管道沖蝕磨損的防護(hù)創(chuàng)造出更加有利的條件，但是由于該技術(shù)的研究條件受限，所以這種涂層材料的加工工藝還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

3 結(jié)語

火電站鍋爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在其具體的應(yīng)用過程中易出現(xiàn)一些問題。其中一個(gè)最為顯著的問題就是鍋爐管道的沖蝕磨損問題，如果該問題得不到有效解決，不僅會(huì)對(duì)電站鍋爐的正常運(yùn)行造成影響，也會(huì)對(duì)其安全性造成影響，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的安全事故?；谶@一情況，電站相關(guān)工作人員應(yīng)該對(duì)鍋爐管道沖蝕磨損問題的危害及其原因加以明確，然后采取合理的涂層防護(hù)技術(shù)來進(jìn)行處理。通過這樣的方式，才可以讓電站鍋爐管道的沖蝕磨損問題得以有效解決，進(jìn)一步提升電站鍋爐運(yùn)行的可靠性與安全性，促進(jìn)電力行業(yè)在當(dāng)今社會(huì)之中的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。