[发明专利]用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备

说明书

本发明涉及一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层及其制备方法。所述复合涂层包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。该复合涂层是在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。

技术领域

本发明属于热力管道防护技术领域，涉及一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，随着国家循环经济重大方针政策的贯彻执行，我国垃圾焚烧发电进入快速发展轨道，垃圾焚烧发电装机规模、发电量井喷式高速发展，目前居世界第一。水冷壁是锅炉四管(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)中最主要的受热管道，由管和鳍片焊成的气密式管排结构见图1，敷设在锅炉炉膛内壁组成的蒸发受热面(下文以水冷壁代表锅炉四管)。膜式水冷壁管排的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生热水及蒸汽用于发电，同时降低炉墙温度，保护炉墙。炉内火焰温度最高超过1000℃，超过50％的高温烟气热量由膜式水冷壁所吸收。近年来随着高参数垃圾电站的不断增加，锅炉水冷壁在恶劣的工作环境下，管道服役平均寿命仅1-3年，严重的甚至仅使用半年多就开始出现腐蚀减薄引起的爆管。虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命有所提高但仍不尽如人意，高温腐蚀造成的壁厚减薄直至爆管现象时有发生。

2017江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂镍基自熔合金+高频感应重熔的复合方法在锅炉四管受热面表面制备涂层，几年来在锅炉高温(500℃)腐蚀环境下应用效果较好。镍基自熔合金涂层具有优良的高温耐腐烛性，所以应用较广不仅涂层性能、服役寿命不低于国内应用较为普遍的堆焊，而且制备成本远低于堆焊，代表锅炉四管受热面表面高温防腐涂层的发展方向。水冷壁管排重熔过程如图2所示，重熔线圈外部结构为几根并排相连的四面均为平面，闭合矩形截面铜管所固连而成。重熔时线圈固定不动，管排在下传动链的牵引下，向前做进给运动。

为了进一步解决锅炉四管受热面表面在超高温(750℃)腐蚀防护问题，2019 年江苏科环公司在上述方法制备防护层的基础上，进一步利用高频重熔与超音速等离子喷涂一体化技术制备复合涂层。基本原理是利用高频感应重熔过程中的宽频热区效应，即在管排刚移出高频线圈重熔区后但仍处于红热状态下，采用超音速等离子喷枪在重熔后的底层(厚约0.5mm)之上喷涂YSZ/NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷材料制备面层(厚约0.2mm)。由于高频感应重熔的高温既能使涂层密度达到最高，又能使双界面间材料得以双向充分扩散，再加上超音速等离子喷涂的高冲击能量的辅助作用，从而实现了梯度涂层间的扩散型冶金结合。从试验结果来看，涂层的防腐蚀寿命有一定提高，效果较好，中温中压锅炉的防护寿命从3-5年提高到5年以上，但距离一些发达国家仍有一定的差距，还有提高的空间。

发明内容

针对上述锅炉四管受热面表面涂层耐超高温腐蚀防护有待于进一步提高寿命的问题，本发明提供了一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层，该涂层在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。

为此，本发明第一方面提供了一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。

优选地，所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr₃C₂面层。

根据本发明的一些实施方式，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC 纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％。

在本发明的一些实施例中，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为 0.5±0.1mm；优选地，所述SiC纤维长度为70-100μm。