一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕梯度塗層的製備方法與流程

2023-12-03 00:51:16

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕塗層的製備方法。

背景技術：

循環流化床鍋爐與常規鍋爐的區別在於其燃燒系統不同，氣固物料分離設備和固體物料再循環設備是循環流化床鍋爐的主要特徵。循環流化床鍋爐的燃燒包括內、外循環兩個過程，內循環是爐膛內的循環過程，即在爐內高速運動的煙氣與其攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，並有大量顆粒返混的流態化燃燒反應過程。而外循環是在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒搜集，並將它們送回爐內再次參與燃燒的過程。這種特殊的燃燒方式使循環流化床鍋爐具有許多傳統鍋爐所沒有的特點。

特殊的燃燒方式為循環流化床帶來一系列優點，但同時也引起了鍋爐受熱面管的高溫磨損和腐蝕。這一缺陷一直沒有得到較好的解決，限制了循環流化床鍋爐的進一步推廣應用。

循環流化床鍋爐的受熱面管包括水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器和煙道等，國內製造的循環流化床鍋爐大都還在密相區布置有埋管受熱面。與其他類型鍋爐相比，循環流化床鍋爐的受熱面管的工況條件更為惡劣，其磨損與固體物料濃度、煙氣流速、顆粒特性等因素密切相關。循環流化床鍋爐燃燒的煤多為低熱值劣質煤(煤矸石、泥煤等)，固體物料(包括燃料、脫硫劑石灰石、床料等)的平均顆粒度為0-8mm，而煤粉爐燃用的煤粉粒度僅為20-50μm左右，燃燒室密相區的固體物料濃度高達100-100kg/m3，稀相區的也為5-50kg/m3，為煤粉鍋爐的幾十倍到上百倍；物料燃燒形成的高溫煙氣中含有10-20％的飛灰，飛灰中含有高熔點的硬質顆粒(主要為SiO2)，其運行風速平均高達4-10m/s；此外，煙氣中還含有CO、H2S、SO2、HC1等腐蝕性氣體。

因此循環流化床鍋爐用塗層必須具有良好的導熱性能，且熱膨脹係數與基材相近，以避免塗層脫落，且要耐高溫腐蝕和高溫磨蝕。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕梯度塗層的製備方法，所述塗層用於循環流化床鍋爐時能夠耐高溫腐蝕和高溫磨蝕，且塗層牢固不脫落。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕梯度塗層的製備方法，其包括：

(1)將循環流化床鍋爐部件表面噴砂粗化；

(2)用丙酮和乙醇先後洗滌所述噴砂粗化的表面，並乾燥；

(3)在粗化並清洗乾淨後的表面等離子噴塗NiCrBSi中間塗層，隨後等離子噴塗Cr3C2-NiCr-WC顆粒，所述等離子噴塗工藝條件包括：主氣壓力0.7-1.0MPa，輔氣壓力0.6-0.9MPa，主氣流量1300-1800l/h，輔氣流量900-1100l/h，弧電流450-600A，弧電壓85-100V，送粉氣壓力0.2-0.4MPa，送粉氣流量280-400l/h，噴塗距離100-150mm，噴塗速度2-3kg/h，塗層厚度1-2.5mm。

優選的，本發明所述的Cr3C2-NiCr-WC顆粒，其重量比為5-3:1:0.5-2。

本發明所述的中間塗層厚度為0.2-0.6mm，Cr3C2-NiCr-WC塗層厚度為0.8-2.3mm，塗層總厚度為1-2.5mm。

相較於其他的粘結底層，本發明採用NiCrBSi作為粘結底層，其起到了降低熱處理溫度、改善基體與工作層連接性質的作用，實現良好的結合。

本發明所述的NiCrBSi，其各成分之間比例不做特定限定，各個成分只要達到有效量即可。例如，其含量為Cr 14-18wt％、B 3-4.5wt％、Si 3.5-5.5wt％，Ni餘量。

本發明通過選擇特定的耐高溫耐磨蝕塗層組成，並與特定的工藝相結合，在循環流化床鍋爐表面製備得到耐高溫腐蝕和高溫磨蝕的塗層，解決了現有技術不能解決的缺陷。

本發明製備得到的塗層，其顯微硬度在920HV0.981以上，在30°衝蝕角和90°衝蝕角下，其衝蝕磨損率遠遠低於基體，只是基體的10％左右。所述塗層能夠耐高溫腐蝕和高溫磨蝕，且塗層牢固不脫落。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕塗層的製備方法，其包括：

(1)將循環流化床鍋爐部件表面噴砂粗化；

(2)用丙酮和乙醇先後洗滌所述噴砂粗化的表面，並乾燥；

(3)在粗化並清洗乾淨後的表面等離子噴塗NiCrBSi中間塗層，隨後等離子噴塗Cr3C2-NiCr-WC顆粒，所述等離子噴塗工藝條件包括：主氣壓力0.7MPa，輔氣壓力0.6MPa，主氣流量1300l/h，輔氣流量900l/h，弧電流450A，弧電壓85V，送粉氣壓力0.2MPa，送粉氣流量280l/h，噴塗距離100mm，噴塗速度2kg/h，塗層厚度1mm。

實施例2

一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕塗層的製備方法，其包括：

(1)將循環流化床鍋爐部件表面噴砂粗化；

(2)用丙酮和乙醇先後洗滌所述噴砂粗化的表面，並乾燥；

(3)在粗化並清洗乾淨後的表面等離子噴塗NiCrBSi中間塗層，隨後等離子噴塗Cr3C2-NiCr-WC顆粒，所述等離子噴塗工藝條件包括：主氣壓力1.0MPa，輔氣壓力0.9MPa，主氣流量1800l/h，輔氣流量1100l/h，弧電流600A，弧電壓100V，送粉氣壓力0.4MPa，送粉氣流量400l/h，噴塗距離150mm，噴塗速度3kg/h，塗層厚度2.5mm。

實施例3

一種循環流化床鍋爐耐高溫抗磨蝕塗層的製備方法，其包括：

(1)將循環流化床鍋爐部件表面噴砂粗化；

(2)用丙酮和乙醇先後洗滌所述噴砂粗化的表面，並乾燥；

(3)在粗化並清洗乾淨後的表面等離子噴塗NiCrBSi中間塗層，隨後等離子噴塗Cr3C2-NiCr-WC顆粒，所述等離子噴塗工藝條件包括：主氣壓力0.8MPa，輔氣壓力0.7MPa，主氣流量1500l/h，輔氣流量1000l/h，弧電流500A，弧電壓90V，送粉氣壓力0.3MPa，送粉氣流量350l/h，噴塗距離120mm，噴塗速度2.5kg/h，塗層厚度2mm。

實施例1-2製備得到的塗層，經實際使用100小時，停工檢查表面，未見明顯腐蝕和磨蝕，證明本發明製備得到的塗層能夠解決現有技術的缺陷，實現了耐高溫腐蝕和耐高溫磨蝕的技術效果。