生物质锅炉防磨防腐技术规范

生物质CFB 锅炉防磨防腐技术规范

生物质燃料循环流化床锅炉，因其锅炉烟气比常规锅炉烟气含有更多的钾、钠等活泼金属，含有更多的氯离子，其腐蚀程度比常规锅炉更为严重了；同时受到含尘烟气的冲刷磨损，故而管壁极易因腐蚀磨损而快速减薄。为确保机组安全、稳定、长周期经济运行，采取防护措施是十分必要的。根据我公司多年来从事该行业的实际施工经验，并根据贵公司锅炉运行的具体情况、工艺参数、结构特点，经本公司工程技术人员认真分析，对上述设备进行防腐防磨技术设计采用本技术进行防护能获得良好的效果，可大大延长设备使用寿命。

一、失效分析

1、炉膛水冷壁

炉膛水冷壁等受热面部位失效的主要原因是含尘气流冲蚀和碱性介质的热腐蚀、高温氧化。磨损主要与烟气流速、烟气含尘量及含尘介质性质有关，据有关研究资料表明，磨损量与气流速度的3.6次方成正比。炉膛内烟速高、含尘量大，且存在对浇注料平台的涡流效应和切割效应，因而磨损严重。同时由于贵公司锅炉以稻壳、有机肥料为主要燃料，其灰分中含有钾、钠等金属氧化物，对锅炉管产生腐蚀，而且锅炉水冷壁具备了典型的热腐蚀条件，实践证明，在300～500℃范围，管外表温度每升高50℃，腐蚀速度增加1倍。

锅炉在运行过程中管壁外表首先产生高温氧化生成Fe

2O

3

，其次是灰份中的金属氧化物附于

管外表，生成金属盐等复合物，此复合物呈疏松状，经燃烧中含尘气流的不断冲刷、脱落、再生成、再脱落，使水冷壁管逐渐变薄而腐蚀。受此双重破坏作用，水冷管壁逐渐变薄，以致爆漏失效。

2、过热器

2.1过热器部位工作烟温较高，管内工质为蒸汽，它是最易发生高温腐蚀的部件，垃圾炉过热器的腐蚀是一个连续进行的过程，致腐物源源不断的补充到腐蚀前沿进行化学反应。过热器投入运行后，被覆盖一层初始积灰层，属于化学作用的附着而非单纯的机械附着。锦润性附着内层除含金属氧化物外，主要由凝聚和沉积在管壁表面上的高浓度的碱、碱土类、重金属的氯化物和硫酸盐类组成的初始积灰层，沉积过程中形成各种类型的低熔点复

合物以液相状态存在，成为熔池层。碱主要是KCl和K

2SO

4

，由于碱的熔点低，KCl是768℃，

NaCl是801℃，Na

2 SO

4

是884 ℃，当烟气中碱含量富集时，就会引起氯化碱和硫酸碱等化

合物粉附在过热器管上。过热器在管壁温度较高时，会形成更多的低熔点物质，这使整个附面层中散步的熔池量提高，且其可以直接接触到管壁表面，促使该部位金属材料的腐蚀速度大大增加。

2.2 氯及其化合物的形成和高温腐蚀机理

垃圾燃烧成分中盐类致腐化合物主要是碱金属的氯化物，垃圾焚烧过程中，这些氯化物可以固体、熔体和蒸汽形态与其它成分发生反应，相应生成的化合物为氢氧化物、硫酸盐、硅酸盐和硫化物以及氯化氢等，与普通的燃料相比，垃圾燃烧气体中含氯化氢的浓度相当高，造成垃圾炉换热面的严重腐蚀。其中反应生成的液态碱以及液态或固态的硫酸盐、硅酸盐随烟气撞击到较冷的管子，便凝结在管壁膜层上形成初始附面层，由于过热器管壁温在350℃以上，碱化物以液态形式附着在管壁形成熔池，而反应产物HCL通过对管壁附面层的物理渗透达到管壁，与管壁直接发生腐蚀反应。

盐酸在露点以下对钢铁腐蚀严重，超过露点反而下降，直道260℃以上，盐酸气体与钢铁的高温反应又剧烈增加，钢材在260℃以下盐酸露点以上的温度区间能耐干HCL腐蚀。在400-600℃范围内的HCL与钢反应最为活跃，随着烟气中的氯化氢体积浓度的增加，管壁金属的腐蚀情况也越来越厉害。

2.3 硫及其化合物的形成和高温腐蚀机理

一般垃圾炉中氯的含量高于氯在煤和重油中的含量，因此燃煤、燃油锅炉硫市是主要的腐蚀源，垃圾炉的腐蚀则以氯为主。尽管如此，垃圾炉中硫对换热面的腐蚀也是不容忽

视的，硫的腐蚀主要是碱金属盐的热腐蚀，即Na

3 Fe（SO

4

）

3

及K

3

Fe（SO

4

）

3

的腐蚀。

综上所述，腐蚀机理如下：

Fe+M

3Fe（SO

4

）

3

M

2

SO

4

+FeS

2Fe+O

2

FeO

Fe+H

2O FeO+H

2

O

FeO+R

2SO

4

FeSO

4

+R

2

O

4FeO+0

2 2Fe

2

O

3

Fe0

3+6HCl 2FeCl

3

+3H

2

O

其次，其次还受到高速含尘烟气的不均匀冲刷磨损。

二、防护层设计

针对上述受热面管失效机理和贵厂设备的腐蚀、磨损情况，我们建议采用如下防护方案：

（1）先采取二次喷砂工艺对防磨部位进行表面糙化，即先用石英砂对表面进行清洁，再用金刚砂对管子表面进行糙化处理。

（2）采用超音速电弧喷涂技术，炉膛耐磨浇注料分界线处水冷壁及炉膛上层二次风口处等受热面采用抗高温腐蚀及高温氧化，同时塑性良好，抗冲击性能强，硬度特别高，且结合强度好，并具备抗冲刷磨损性能好的HDS-TB非金属态金属陶瓷丝材制作涂层；过热器等受热面选用抗高温腐蚀氧化性能优异、耐冲刷磨损，特别是抗腐蚀性能优异的HDS-45合

金丝材制作涂层。

（3）涂层表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔。

（4）交界面设置过渡区域，宽度为100-150mm，做到平滑过渡。

由此制得的复合涂层能够满足防护要求。

针对CFB锅炉和生物质锅炉高磨损和高温腐蚀的防护，我公司还有性能更为优异的超音速火焰喷涂技术（HVOF）。相比于超音速电弧喷涂工艺，超音速火焰喷涂涂层具有更高的结合强度和硬度，孔隙率更低，耐磨和耐腐蚀性能更好，当然有更高的商业价格。

三、技术指标

1、所用丝材技术指标

涂层名称炉膛耐磨合金喷涂过热器防腐合金喷涂

丝材名称HDS-TB HDS-45

涂层主要成分

TiB

2

、Cr

3

C

2

、Ni、Cr

Ni15%-20%，Cr约30%，Cr

3

C

2

约30%

Cr≥42%、Ti约1%、Ni余量

涂层厚度(mm)0.5-0.80.5-0.8

涂层硬度（HV）967630适合工况炉膛各个部位水冷壁防磨过热器、再热器防腐

结合强度(MPa)6060

孔隙率≤0.9%≤0.9%

2、 KM型高温抗蚀耐磨专用封孔层

厚度：0.05-0.1mm

工作温度：>1000℃

结合强度：≥6MPa

四、金属合金丝材说明

1、HDS-TB金属陶瓷丝材

超音速电弧喷涂采用抗高温腐蚀，硬度特别

高、耐冲刷磨损和抗高温氧化性能优异的HDS-TB金

属陶瓷丝材，是一种非金属态产品，基中Ni元素具

有良好的延展性，使涂层与锅炉管有着几乎相同的热

膨胀系数，避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落；

Cr

2C

3

在高温下化学性能稳定，硬度没有明显变化，且具有一定的拒高温融熔玻璃体附着性