新型激光熔覆防腐耐磨技术在风城循环流化床锅炉的应用

1、新型激光熔覆防腐耐磨技术在风城循环流化床锅炉的应用摘要：本文分析了循环流化床锅炉水冷壁磨损的危害，阐述了造成磨损机理以 及激光熔覆防腐耐磨技术在风城循环流化床锅炉上的应用效果关键词：循环流化床锅炉（CFB锅炉）激光熔覆防磨1概述循环流化床锅炉（CFB锅炉）具有高效、低污染燃烧等优点同时，由于煤种 适应性强，也是消纳煤炭生产带来的大量煤砰石的最有效手段。而CFB锅炉水冷 壁管的高温磨损，一直是循环流化床锅炉运行中普遍存在的重要问题，磨损不仅 造成水冷壁突发性爆管，而非正常停炉的不安全事件。由于磨损而造成的停炉事 故接近停炉总数的50%，是严重影响循环流化床锅炉安全、经济、长期运行的重 要因素。国

2、内外锅炉管制造企业，均生产由单一合金材料构成的锅炉管，而单一合金 材料构成的锅炉管，无法满足循环流化床锅炉运行的耐磨要求，现有电弧喷涂为 代表的各种防磨技术，还不能有效解决循环流化床锅炉四管（特别是水冷壁管） 的磨损问题。CFB锅炉用高耐磨损复合水冷壁管的关键制备工艺激光熔覆 技术，突破现有热喷涂技术所制备涂层结合强度低、涂层在冲刷磨损工况下易剥 落等局限性，使高温耐磨熔覆层与基体达到冶金结合，提高循环流化床锅炉安全 经济运行水平，降低因事故发生提供了关键技术支撑。2风城循环流化床锅炉概况及磨损原因分析2.1风城循环流化床锅炉概况风城流化床锅炉型号为：TG-130/9.81-M，锅炉型式：该锅

3、炉为单锅筒、高压、 自然循环、“n型布置的燃煤循环流化床锅炉，紧身封闭布置。锅炉主要有锅筒、 悬吊式全膜式水冷壁炉膛、绝热式旋风分离器、返料回路以及竖井对流受热面组 成。锅炉采用两级配风，一次风从炉膛底部水冷风室、风帽进入炉膛，二次风从 燃烧室前、后侧进入炉膛。炉膛共设有三个给煤点，均布在锅炉的前侧，锅炉添 加石灰石脱硫设计，石灰石通过给煤装置经落煤管进入炉膛。2.2风城循环流化床锅炉磨损原因分析及机理重32井区循环流化床锅炉注汽站投运在2012年2月份，至今已经运行8年 多，水冷壁共发生过3次爆管。左后水冷壁及后左水冷壁转角处已经发生过两次 爆管都是同一位置，在大修测量发现管壁有所减薄，8个

4、月管壁减薄了 0.4mm至 0.6mm，如表一所示。表一水冷壁管壁测厚记录表经检修人员的检查发现水冷壁泄漏如图一所示，从现场实际检测情况可以看 出此处水冷壁管外壁右下方有明显的冲刷磨损的痕迹，管壁破口处管壁厚度已不 足1mm，由此可以判定管壁磨损减薄严重是最终破裂泄露的主要原因。从检测数 据可以看出磨损减薄有一定的规律性，主要在后水冷壁与左侧水冷壁合缝附近， 此区域磨损大也是符合循环流化床锅炉的常见磨损影响区域。图一风城循环流化床锅炉采用碎煤做为锅炉燃料，由于锅炉燃料不是被磨成细粉， 而是以010mm直径的煤粒和脱硫剂（CaC03）共同送入炉膛，迅速被大量惰性 高温物料包围，着火燃烧。同时，炉

5、内进行脱硫反应，物料在上升烟气流的作用 下向炉膛上部运动，粗大的粒子进入悬浮区域后，在重力及烟气流偏向作用下偏 离主气流，从而贴水冷壁向下流动，连续循环，形成贴壁效应，对管外壁连续冲 刷及撞击，造成管壁磨损。3激光熔覆防腐耐磨技术在风城循环流化床锅炉中的应用3.1激光熔覆防腐耐磨技术为了解决风城循环流化床锅炉换热面磨损问题，西部明珠公司在检修中采用 了新型激光熔覆技术，该技术是利用高能量密度激光束将镍基为主的复合材料粉 末熔融，在换热管壁上反应合成为具有高熔点、耐高温、高硬度的陶瓷-金属复合 熔覆层。相比其他防磨技术，激光熔覆技术具有如下特点：（1）熔覆层与基体的冶金结合。熔覆层与基体的结合强

6、度是热喷涂涂层10 倍以上，解决了防磨涂层可靠性低、局部脱落的问题。（2）利用激光束反应合成高耐磨陶瓷-金属复合材料，熔覆耐磨材料硬度高， 在冲蚀磨损工况下，其耐磨性为热喷涂涂层3-6倍，在三体磨损工况下的耐磨性 可达高铭铸铁的5-8倍。（3）热影响区域小。熔覆施工对基体热影响区深度仅0.1-0.2mm，不改变基 材原有组织和力学性能，工件无变形。（4）导热率高。导热率与不锈钢相当，优于热喷涂涂层（同种材料对比） 对设备的换热效率影响极小。3.2激光熔覆防腐耐磨技术使用情况风城循环流化床锅炉运行至今左后水冷壁及后左水冷壁转角处已经发生过两 次爆管（第一次爆管2015年9月份；第二次爆管2018

7、年7月份）都是同一位置， 这2018年7月大修测量发现管壁有所减薄（8个月管壁减薄0.4mm至0.6mm）， 所以在2018年7月锅炉检修中将此处的水冷壁管更换为激光熔覆管（耐磨管）。 至2020年1月份，停炉检查试验用激光熔覆管完好无损，耐磨性能极佳。检查 炉内激光熔覆管基本完好，无明显磨损（如图2所示）。可以看出，在水冷壁等换热面上 增加激光熔覆层以后，防磨效果很好，锅炉运行的安全性和稳定性得到明显改善； 同时锅炉运行良好，参数稳定，锅炉出力没有降低，说明激光熔覆层不会对换热 面的换热效率造成影响。图二4结语熔覆层与基体的结合强度是热喷涂涂层10倍以上，解决了防磨涂层可靠性 低、局部脱落的问题，同时激光熔覆产生热影响区域小、导热率高，不影响锅炉 热效率。在风城循环流化床锅安装激光熔覆防磨层具有显著的防磨效果，在保证 锅炉的稳定安全运行过程中起到了重要作用。参考文献：黄瑞芬，罗建民，王春琴;激光熔覆技术的应用及其发展J;兵器材料科学与工 程;200