0、引言
    由于電力行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)及系統(tǒng)運(yùn)行的方式，磨損與防磨損已成為一個(gè)十分突出的矛盾。從某種意義上講，發(fā)電系統(tǒng)可靠性的高低取決于機(jī)組關(guān)鍵部件的耐磨程度，防磨問題解決的如何對機(jī)組的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)效益都有具體舉足輕重的作用。
    國華北京熱電分公司（以下簡稱北熱）兩臺(tái)200 MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HC410/9.8 -15型鍋爐。爐膛設(shè)計(jì)為正方形，尺寸為9980 mm x9 980 mm，鍋爐爐膛四周設(shè)計(jì)為膜式水冷壁，水冷壁材質(zhì)為20G，規(guī)格D60×5，節(jié)距為80mm。爐膛分6層布置湖北一戴蒙德有限公司生產(chǎn)IR-3D蒸汽吹灰器34臺(tái)。下面介紹一下電弧噴涂技術(shù)在北熱水冷壁上的應(yīng)用和效果。
    經(jīng)過長周期的運(yùn)行，吹灰器孔邊的水冷壁管受吹灰器吹損嚴(yán)重，雖然歷次停爐檢修均對吹損管段進(jìn)行補(bǔ)焊、更換，但仍然出現(xiàn)過幾次因吹灰器吹損導(dǎo)致水冷壁爆管的事件，影響了鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。在2001~2004年由于吹灰器吹損減薄造成水冷壁泄漏3次，給熱電廠的連續(xù)運(yùn)行和安全生產(chǎn)帶來極大危害。為了解決吹灰器吹損水冷壁管的問題，2004年對1~4號(hào)爐吹灰器孔邊水冷壁管段進(jìn)行了防磨噴涂。2004~ 2009年，水冷壁管未發(fā)生吹損泄漏。根據(jù)每年大小修停爐檢查的情況分析，防磨噴涂的年限已到，涂層脫落減薄，2009年對吹灰器旁水冷壁管重新進(jìn)行防磨噴涂。2009年至現(xiàn)在未發(fā)生吹損泄漏事件，這兩次噴涂后的檢查記錄也表明水冷壁磨損速度要低于噴涂前，說明防磨噴涂對于延緩吹灰器吹損效果明顯。在實(shí)施防磨噴涂后能有效提高水冷壁的防沖刷能力。下面介紹一下噴涂技術(shù)的原理和在國華北京熱電分公司的實(shí)施應(yīng)用。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、超音速電弧噴涂原理
    電弧噴涂是利用兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲作為自耗電極，在其端部產(chǎn)生電弧作為熱源，用壓縮空氣將融化了的金屬絲霧化，并以高速噴射到工件表面形成涂層的一種熱噴涂工藝，其工作原理如圖l所示。超音速噴涂在普通電弧噴涂的基礎(chǔ)上采用拉伐爾噴嘴和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，優(yōu)化了噴槍的設(shè)計(jì)，將噴涂粒子的速度提高到超音速，從而提高了涂層質(zhì)量。
    超音速電弧噴涂改善了霧化效果，增強(qiáng)了氣流對粒子的加速作用，產(chǎn)生高溫、高速、均勻細(xì)小的噴射粒子射流，由此所得的涂層結(jié)合強(qiáng)度高、孔隙率低，表面粗糙度低，與普通電弧噴涂相比，使涂層質(zhì)量和噴涂效率進(jìn)一步提高。
    與常規(guī)電弧噴涂、亞音速火焰噴涂相比，超音速電弧噴涂涂層具有以下特點(diǎn)：①結(jié)合強(qiáng)度高。噴涂不銹鋼絲時(shí)，其涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)60 MPa。普通電弧噴涂，其結(jié)合強(qiáng)度一般在20~ 40 MPa．一般火焰噴涂的結(jié)合強(qiáng)度小于20MPa;②孔隙率低。普通電弧噴涂的孔隙率往往在8%~15%，亞音速火焰噴涂的孔隙率一般大十6%，而超音速電弧噴涂的孔隙率僅為1%~2%；③粒子細(xì)小。超音速電弧噴涂時(shí)，其霧化粒子一般為5um（不銹鋼），比常規(guī)電弧噴涂的粒子尺寸（一般為20~40um）小3～7倍；④涂層組織均勻、致密。由于采用超音速氣流霧化，產(chǎn)生了高溫、高速均勻細(xì)小的噴涂粒子，沉積到其體表面上形成致密、均勻的涂層。
2、涂層設(shè)計(jì)
    涂層設(shè)計(jì)是制定噴涂工藝的主要依據(jù)。涂層設(shè)計(jì)內(nèi)容包括涂層功能、涂層材料及結(jié)構(gòu)、涂層制備方法、涂層質(zhì)量狀態(tài)和最終效果評價(jià)。
    采用蒸汽吹灰，蒸汽吹灰對結(jié)焦性強(qiáng)、粘性大的積灰效果顯著，但對鍋爐設(shè)備危害較大，燃用的神華煤呈強(qiáng)堿性，神華煤結(jié)渣指數(shù)酸堿比達(dá)1. 72> 0.4，屬嚴(yán)重結(jié)渣性，為避免少結(jié)焦就要增加吹灰次數(shù)，這就使在氣流沖擊和飛灰磨損減薄的受熱面管壁減薄的程度進(jìn)一步加劇。分析了吹灰器的工況后，確定受熱面表面涂層屬于抗沖蝕磨損涂層。采用超音速電弧噴涂HDS34( NiCr-Cr，C2)合金絲材和KM-2封孔技術(shù)來制作涂層，其涂層致密，表面硬度高，耐磨性能好，涂層具有結(jié)合強(qiáng)度高、收縮率低、耐沖擊韌性好等優(yōu)點(diǎn)。受熱面管表面噴涂后的技術(shù)要求：涂層表面要求平整、光潔、致密、不起塵和鼓泡，基材不變形，孔隙率低于0. 9%，涂層厚度不低于0.4 mm，表面硬度為HRC51.9，結(jié)合強(qiáng)度不低于40 MPa，使用壽命是原來的5倍以上。
3、噴涂實(shí)施
    根據(jù)吹灰器的吹灰范圍確定噴涂范圍，以每個(gè)吹灰器噴口中心上、下、左、右各750 mm為噴涂范圍。每根管的噴涂寬度為水冷壁管子1/2周長（向火側(cè)），每個(gè)吹灰器周圍噴涂面積約為1.8m2．電弧噴涂主要分基體表面預(yù)處理和噴涂兩個(gè)過程。
    基體表面預(yù)處理：首先對水冷壁管表面采用高壓水沖洗、用抹布、清沾球和磨光機(jī)清理管子表面浮塵、沉渣、銹等雜質(zhì)。然后用噴砂機(jī)對水冷壁管噴涂位置的表面進(jìn)行噴砂處理，達(dá)到表面干燥、無灰塵、油脂、污垢和銹斑，且粗糙度達(dá)到M或C級(jí)。噴砂處理后，用干燥的壓縮空氣吹去基體表面的砂塵。
    噴涂：噴涂前用丙酮溶液對絲材進(jìn)行表面除油。噴涂材料為LX88合金陶瓷耐沖蝕芯材，為保證噴涂質(zhì)量，必須選定好工藝參數(shù)，并嚴(yán)格加以控制，如：噴涂電流180 A、氣體壓力0.8 MPa、噴涂距離150 mm等。噴涂過程中用測厚儀對金屬熱噴涂層進(jìn)行測量，保證涂層厚度均勻，并達(dá)到規(guī)定的要求。厚度為0.4 mm，厚度偏差+0.05～-0.1 mm。噴涂結(jié)束后用高溫專用封孔劑對金屬熱噴涂涂層面進(jìn)行封孔，以阻止空氣中的氧氣通過微小的涂層隙進(jìn)入涂層內(nèi)部。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
4、總結(jié)
國華北京熱電分公司采用電弧噴涂技術(shù)預(yù)防水冷壁吹損取得了良好的效果，每年春秋季大小修時(shí)，都會(huì)進(jìn)行水冷壁壁厚測量，表1是摘取2001年至2008年3號(hào)爐爐膛IR01吹灰器旁水冷壁壁厚的測量記錄。
    從上面的管子壁厚數(shù)據(jù)表格中可以看出，自2004年管子更換并且噴涂后，水冷壁管壁厚減薄速度明顯降低了，也沒有發(fā)生被吹灰器吹爆現(xiàn)象，解決了吹灰器吹爆水冷壁的問題，充分證明了電弧噴涂可以大大減緩吹灰器對水冷壁的吹損，減少或避免了非計(jì)劃停運(yùn)，提高了機(jī)組穩(wěn)定性，降低了運(yùn)行成本。按每年泄漏一次，鍋爐停運(yùn)3天處理計(jì)算，一年發(fā)生的費(fèi)用和損失大約200萬元左右，而每臺(tái)爐噴涂費(fèi)用為30萬左右，4臺(tái)鍋爐水冷壁噴涂的費(fèi)用為120萬元，可以使用4年，平均每年成本為30萬元，所以綜合計(jì)算每年可以節(jié)省費(fèi)用約170萬元。由于電廠還擔(dān)負(fù)著向市區(qū)供熱的任務(wù)，保證鍋爐的連續(xù)運(yùn)行，更能取得良好的社會(huì)效益。