[发明专利]用于水冷壁管耐磨耐蚀防护的粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是提供了一种用于水冷壁管耐磨耐蚀防护的粉末及其制备方法；利用激光熔覆上述粉末，可在水冷壁管外表面形成耐磨耐蚀熔覆层，适用于采用低NOx燃烧技术的锅炉水冷壁管、循环流化床锅炉水冷壁管的耐磨耐蚀表面处理。

背景技术

我国一次能源结构中，约70-80%的电量由煤炭燃烧转化而成。氮氧化物（NOx）是燃煤电厂烟气排放三大有害物（悬浮颗粒物、SO₂及NOx）之一，每燃烧一吨煤炭约产生 5-30kg氮氧化物。根据统计资料，2007 年我国火电厂排放的NOx 总量已达840万吨，约占全国 NOx 排放总量的35%以上。为改善大气环境质量、保护生态环境，对于氮氧化物排放巨大的火电行业，十分迫切需要采用低氮燃烧技术。随着锅炉机组朝着大容量高参数方向发展，在保证高效燃烧的同时尽可能减少对环境的污染是现代燃烧技术追求的目标，在尽可能不影响燃烧效率的前提下降低氮氧化物的排放量更是摆在首位。国家环境保护部环发[2010]10号文件《火电厂氮氧化物防治技术政策》中曾明确指出：低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。

空气分级低NOx燃烧技术（LN-SOFA）是当今国内外较为成熟的一种低氮燃烧技术，该技术通过减少炉膛内下部煤粉燃烧区域的空气量来提高燃烧区域的煤粉浓度，使煤粉进行缺氧燃烧（还原气氛），从而降低燃料型NOx的生成。燃烧后期在炉膛上方补入燃尽风，使燃料完全燃烧。该技术可实现NOx放排量的大幅降低，其中燃用烟煤机组NOx排放可降低60%以上，燃用低挥发份燃煤机组NOx排放可降低35%以上。

但采用空气分级低NOx燃烧技术时，炉膛下部主燃烧区域内处于欠氧还原气氛，导致水冷壁管高温硫腐蚀加剧。煤粉中除含有硫化物外，还含有大量坚硬的氧化物杂质。煤粉燃烧后的灰成分中，Al₂O₃含量一般达15-20%、SiO₂含量达40-51%。当煤粉中含有的Al₂O₃、SiO₂等硬质颗粒以一定速度冲刷燃烧器附近一些区域的水冷壁管时，造成水冷壁管磨损严重。

目前国内外主要采用热喷涂技术对锅炉管进行耐磨耐蚀表面防护，但热喷涂法制备的涂层与基体为机械结合（涂层在热循环及冲蚀作用下易剥落）、存在孔隙率（易形成腐蚀通道），难以满足锅炉管耐磨耐蚀的技术要求。

激光熔覆法制备的熔覆层具有组织致密无孔隙、与基体冶金结合、成分及厚度均匀、稀释率低等优点。因此，激光熔覆技术在锅炉管耐磨耐蚀表面防护中具有极大的潜在技术优势。

如仅考虑水冷壁管的耐高温硫腐蚀问题，可采用Ni-Cr类合金（铬含量为20-45wt.%）作为涂覆层材料。但Ni-Cr合金耐高温冲蚀性能较差，仍不能有效解决低NOx燃烧时燃烧器附近区域水冷壁管的冲蚀磨损问题。Cr₃C₂-NiCr类的陶瓷-金属复合材料具有优异的耐高温冲蚀性能和好的耐硫腐蚀性能，但采用激光熔覆法制备的Cr₃C₂-NiCr熔覆层中易产生较多微裂纹，这就影响了熔覆层的耐蚀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水冷壁管耐磨耐蚀防护的粉末及其制备方法；利用激光熔覆上述粉末，可在水冷壁管外表面形成耐磨耐蚀熔覆层，适用于低氮燃烧工况下的水冷壁管的耐磨耐蚀表面处理。本发明可同时满足锅炉管高温耐磨、耐硫腐蚀的技术要求，可显著延长水冷壁管的寿命。本发明所制备的熔覆层材料具有良好的韧性，熔覆层中基本无裂纹，其表面显微硬度可在400-900HV范围。

本发明的粉末原料的各组份重量百分含量如下：

CrB₂粉（粒度-140+325目,纯度≥99.5%,其中,“-140+325目”表示粉末粒度在325目至140目范围）：6-15 wt.%；C粉(纯度≥99.5%)：0.3-2wt.%；Ni-Cr-Ti-Mo-Fe-V合金粉（粒度-140+325目）：余量；其中，Ni-Cr-Ti-Mo-Fe-V合金粉末的成分为：Cr:20-28wt.%；Ti：3-10wt.%；Mo:1-3wt.%；Fe:1-3wt.%；V:0.5-1wt.%；Ni：余量。

粉末原料中各组分作用如下：