[发明专利]一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝无效

专利信息
申请号: 201010233324.1 申请日: 2010-07-19
公开(公告)号: CN101914766A 公开(公告)日: 2010-12-15
发明(设计)人: 刘宗德;袁伟 申请(专利权)人: 华北电力大学;北京华电纳鑫科技有限公司
主分类号: C23C24/10 分类号: C23C24/10;B22F1/00
代理公司: 北京华谊知识产权代理有限公司 11207 代理人: 刘月娥
地址: 102206 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 锅炉管 外表 制备 耐高温 腐蚀 覆层 双粉芯丝
【说明书】:

技术领域

发明属于表面工程技术领域,特别是提供了一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝。

背景技术

生物质发电是解决能源与环境问题的一个重要突破口,秸秆是目前生物质发电锅炉中所用的主要燃料之一。由于秸秆中较高的氯含量(0.3-1%),在过热器表面温度超过450℃时,秸秆燃烧过程中的沉积腐蚀问题限制了蒸汽参数的提高。秸秆能量密度低,且灰中含有大量的碱金属氯化物;在高温下碱金属及其相关无机元素可能在炉膛内形成熔渣或形成气相,以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面,不仅影响锅炉的热效率,还对换热面造成严重腐蚀。研究发现,以秸秆燃料为主的锅炉普遍存在受热面沉积腐蚀问题,其中过热器的高温氯腐蚀极为严重。

对于过热器管、水冷壁的严重高温氯腐蚀问题,只能采用主动防护和被动防护两种方法。主动防护法是通过优化设计和运行参数来减缓腐蚀速度,但该方法只能有限减缓局部区域的腐蚀速度,且可能影响锅炉效率。被动防护法包括表面涂覆层防护技术和选用耐高温氯腐蚀性好的镍基耐蚀合金材料,但选用镍基耐蚀高温合金作为锅炉管的造价过高,难以推广应用。因此,表面涂覆层技术是一种提高锅炉管耐高温腐蚀寿命、且具有好经济性的有效途径。

目前电厂常用热喷涂技术对锅炉管进行表面防腐,但热喷涂技术还存在如下固有局限性:

(1)涂层与基体为机械结合,其中电弧喷涂结合强度10-40MPa;涂层在交变热应力、颗粒冲刷等作用下,运行一定时间后易脱落;(2)对某些特殊的腐蚀严重部位涂层效果不明显,对这种顽症,尚找不到理想的喷涂方法及相应的材料,使之能具有与其它部位相同的寿命;(3)涂层厚度受限制,保质期较短;(4)二次喷涂效果更差;(5)涂层存在孔隙率,影响防腐效果。

采用表面熔覆技术的优点是:

(1)可在锅炉管外表面形成具有冶金结合的耐腐蚀熔覆层,厚度可在0.4-3mm范围内选择;(2)耐腐蚀熔覆层与管材达到冶金结合,熔覆层在整个寿命周期内不脱落;(3)耐蚀熔覆层的孔隙率为零,可有效避免空隙造成的腐蚀通道。

根据现有的研究与应用结果,生物质中有高含量的碱金属和氯气,且大多数生物质燃料中的S含量很少。干燥的生物质中各元素的含量大致是:钾0.2-1.9wt%,氯0.1-1wt%,硫0.1-0.2wt%。可燃气体中,每0.1wt%的氯产生大约100ppm的HCl。在生物质中,碱性金属一般以有机金属化合物的形式存在,有时也以盐形式存在,氯和硫的存在影响到生物质燃烧过程中钾的热力学行为。

对于上述高温燃烧氛围,可选用耐高温腐蚀性能最佳的哈氏合金C系列(如C22、C276)合金作为锅炉管材料,但由于哈氏合金C系列合金管的价格昂贵(约为不锈钢材料的8-10倍)、制作工艺难度大,难以推广应用。如选用哈氏C系列合金作为表面熔覆用丝材,存在的主要问题为:(1)当采用等离子弧或氩弧熔覆时,熔覆层存在一定的稀释率(即基体元素向熔覆层扩散造成的结果),其中Fe元素不可避免地向熔覆层中扩散;这使得熔覆层中Mo、Cr等重要的耐腐蚀元素含量减少,从而显著降低熔覆层的高温耐蚀性。(2)哈氏合金C系列合金焊丝的制备技术难度大、成本高、价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝。利用等离子弧或氩弧熔覆法,在锅炉管外表面同时熔覆粉芯丝A和粉芯丝B,可形成厚度大于500μm的耐高温氯腐蚀熔覆层,熔覆层与基体达到冶金结合。本发明突破了现有热喷涂技术所存在的涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm、涂层存在孔隙率等局限性。本发明具有焊丝制备成本低、熔覆层制备工艺较简单、熔覆层耐氯腐蚀性能高等优点,熔覆层耐高温氯腐蚀性能为TP347不绣钢的10倍以上,可显著提高生物质发电锅炉过热器管寿命。本发明所述的双粉芯丝也可用于垃圾焚烧炉锅炉管或其它在氯腐蚀环境下工作的部件。

本发明所述的双粉芯丝由粉芯丝I和粉芯丝II组成,利用等离子弧、氩弧熔覆法,在锅炉管外表面同时熔覆具有相同送丝速度的粉芯丝I和粉芯丝II,在基体表面形成由Ni-Cr-Mo-Fe-Ti为主相的熔覆层,熔覆层与基体达到冶金结合。熔覆层中,Cr的平均质量百分数为20-26wt%,Mo的平均质量百分数为13-17wt%,Ni的平均质量百分数为40-60%。

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