一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构和布置方法与流程

本发明属于锅炉防腐技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构和布置方法。

背景技术：

为增加垃圾焚烧发电效率，提高余热锅炉主蒸汽参数是主流方式，同时，垃圾分类以及生活水平提升促使入炉垃圾热值逐步增加，为高参数发电提供了基础。受热面镍基合金防腐层是高参数垃圾焚烧锅炉的标配，用以缓解垃圾中氯、硫、碱金属等有害元素带来的高温腐蚀问题。

目前，高参数锅炉受热面的镍基合金防腐层全部以堆焊方式，存在着镍基合金消耗量大、表面平整度差等问题，不但导致防腐层的布置成本居高不下，而且其防腐效果也难以令人满意。因此，如何经济有效的提升垃圾焚烧锅炉受热面的防腐性能，是本领域目前亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构和布置方法，本发明提供的防腐布置结构和方法能够经济有效的提升垃圾焚烧锅炉受热面的防腐性能，延长垃圾焚烧锅炉的运行周期。

本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构，布置于垃圾焚烧锅炉烟道的受热面上，所述垃圾焚烧锅炉包括沿烟气流动方向依序布置的一烟道、二烟道和三烟道，烟气沿所述一烟道由下至上流动、沿所述二烟道由上至下流动、沿所述三烟道由下至上流动；所述一烟道的下部受热面布置有耐火浇筑防腐层；所述一烟道的上部受热面和所述二烟道的侧墙烟温高于750℃区域的受热面布置有堆焊防腐层，所述堆焊防腐层的材料为nicrmonb合金；所述一烟道的顶棚受热面、二烟道的顶棚受热面和二烟道的后墙烟温高于750℃区域的受热面布置有激光熔覆防腐层，所述激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金和/或nibsimo合金；所述二烟道的前墙烟温高于750℃区域的受热面布置有微熔焊防腐层，所述微熔焊防腐层的材料为nibsicr合金。

优选的，所述nicrmonb合金的cr含量≥20wt％，mo含量≥8wt％，nb含量≥3.2wt％，fe含量≤5wt％，ni为余量。

优选的，所述堆焊防腐层的厚度为1.6～2mm。

优选的，所述nicrmow合金的cr含量为18～25wt％，mo含量为8～18wt％，w含量为5～9wt％，稀土含量为0.05～0.2wt％，ni为余量。

优选的，所述nibsimo合金的mo含量≥20wt％，b含量≤1wt％，si含量≥3.2wt％，fe含量＜3wt％，ni为余量。

优选的，布置于所述一烟道和二烟道的顶棚受热面的激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金。

优选的，布置于所述二烟道的后墙烟温高于750℃区域的激光熔覆防腐层的材料为nibsimo合金。

优选的，所述激光熔覆防腐层的厚度为1～1.2mm。

优选的，所述nibsicr合金的cr含量为10～15wt％，b含量≤3wt％，si含量为4～6wt％，ni为余量。

优选的，所述微熔焊防腐层的厚度为0.8～1mm。

优选的，所述二烟道的烟温750℃以下区域的受热面和所述三烟道的受热面为光管形式，不额外布置防腐层。

本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置方法，对沿烟气流动方向依序布置有一烟道、二烟道和三烟道的垃圾焚烧锅炉进行受热面防腐布置，烟气沿所述一烟道由下至上流动、沿所述二烟道由上至下流动、沿所述三烟道由下至上流动，包括以下步骤：

对所述一烟道的下部受热面进行耐火材料浇筑，形成耐火浇筑防腐层；

对所述一烟道的上部受热面和所述二烟道的侧墙烟温高于750℃区域的受热面进行nicrmonb合金堆焊，形成堆焊防腐层；

对所述一烟道的顶棚受热面、所述二烟道的顶棚受热面和所述二烟道的后墙烟温高于750℃区域的受热面进行激光熔覆，形成激光熔覆防腐层，所述激光熔覆所使用的材料为nicrmow合金和/或nibsimo合金；

对所述二烟道的前墙烟温高于750℃区域的受热面进行nibsicr合金微熔焊，形成微熔焊防腐层。

与现有技术相比，本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构和布置方法。本发明提供的防腐布置结构包括：布置于一烟道的下部受热面的耐火浇筑防腐层；布置于一烟道上部受热面和二烟道侧墙烟温高于750℃区域受热面的堆焊防腐层，所述堆焊防腐层的材料为nicrmonb合金；布置于一烟道顶棚受热面、二烟道顶棚受热面和二烟道后墙烟温高于750℃区域受热面的激光熔覆防腐层，所述激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金和/或nibsimo合金；布置于二烟道前墙烟温高于750℃区域受热面的微熔焊防腐层，所述微熔焊防腐层的材料为nibsicr合金。本发明依据垃圾焚烧锅炉各受热面的介质温度、流经受热面的烟气温度，以及烟气流场的冲刷等因素，将垃圾焚烧锅炉划分为不同区域，结合不同防腐施工技术和防腐层材料的特点，对不同区域的防腐层进行合理布置，从而经济有效的提升垃圾焚烧锅炉受热面的防腐性能，具体来说：一烟道为保证二噁英充分分解，烟温在850℃以上停留时间大于2s，一烟道下部四周壁面选择耐磨耐腐但导热系数低的浇筑料作为受热面防腐材料，一烟道上部四周壁面处于水循环末端，工质流中含汽率增加，需要增强吸热来加速工质循环，同时烟温处于900℃以上，一烟道上部四周壁面的受热面防腐采取堆焊的形式，防腐层材料采用nicrmonb；一、二烟道顶棚受到烟气流冲刷强度较高，防腐层需要有较强的耐冲刷性，一、二烟道顶棚的受热面防腐采取表面硬度高的激光熔覆形式，防腐层材料采用nicrmow或者nibsimo；二烟道前墙高度低，水循环速度快，同时烟气流冲刷强度低，二烟道前墙的受热面防腐采取微熔焊的形式，性价比高，防腐层材料采用nibsicr；由于烟气流的惯性作用，二烟道后墙受冲刷严重，防腐层表面需要高的硬度，二烟道后墙的受热面防腐采取耐冲刷的激光熔覆形式，防腐层材料采用nicrmow或者nibsimo；二烟道侧墙受冲刷和腐蚀严重程度介于前墙和后墙之间，其受热面防腐采取堆焊的形式，防腐层材料采用nicrmonb；二烟道的防腐层区域布置到烟温为750℃的标高处，烟温750℃以下的二烟道和三烟道由于受热面受冲刷和腐蚀程度较轻，不再布置昂贵的镍基合金防腐层，直接采取光管的形式。本发明提供的技术方案可以有效缓解目前高参数锅炉采取单一的堆焊防腐层形式而存在部分区域过度防腐以及部分区域防腐效果不佳的问题，实现经济有效的防腐层布置形式，对余热锅炉的长周期稳定运行将有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的锅炉烟道结构示意图；

图2是本发明实施例提供的堆焊、激光熔覆和微熔焊形成的防腐层结构示意图；

图3是本发明实施例提供的垃圾焚烧锅炉水冷壁区域的烟气流场矢量图。

附图标记说明：图1中，1为一烟道下部；2为一烟道上部，3为一烟道顶棚，4为二烟道顶棚，5为二烟道侧墙烟温高于750℃区域，6为二烟道前墙烟温高于750℃区域，7为二烟道后墙烟温高于750℃区域，8为二烟道烟温750℃以下区域，9为三烟道，10为灰斗；图2中，(a)为堆焊形式，(b)为激光熔覆形式，(c)为微熔焊形式。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构，其锅炉烟道结构如图1所示，包括沿烟气流动方向依序布置的一烟道、二烟道和三烟道，烟气沿所述一烟道由下至上流动、沿所述二烟道由上至下流动、沿所述三烟道由下至上流动，所述二烟道及三烟道底部与灰斗(10)相连通。

在本发明提供的受热面防腐布置结构中，一烟道下部(1)的受热面布置有耐火浇筑防腐层；所述耐火浇筑防腐层的材料包括但不限于高al浇注料或sic浇注料；所述耐火浇筑防腐层的厚度优选为40～70mm，具体可为40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm或70mm。

在本发明提供的受热面防腐布置结构中，一烟道上部(2)和二烟道侧墙烟温高于750℃区域(5)的受热面布置有堆焊防腐层；所述堆焊防腐层的材料为nicrmonb合金。在本发明中，所述nicrmonb合金的cr含量优选为≥20wt％，更优选为20～25wt％，具体可为21wt％；所述nicrmonb合金的mo含量优选为≥8wt％，更优选为8～10wt％，具体可为9wt％；所述nicrmonb合金的nb含量优选为≥3.2wt％，更优选为3.2～4wt％，具体可为3.5wt％；所述nicrmonb合金的fe含量优选为≤5wt％，更优选为3～5wt％，具体可为4wt％；所述nicrmonb合金中的ni优选为余量。在本发明中，所述堆焊防腐层的厚度优选为1.6～2mm，具体可为1.6mm、1.65mm、1.7mm、1.75mm、1.8mm、1.85mm、1.9mm、1.95mm或2mm。在本发明中，nicrmonb合金堆焊防腐层的表面及内部致密，无孔隙及裂纹，适用于防腐要求严格，但耐磨需求不强的区域，非常适合用于一烟道上部(2)和二烟道侧墙烟温高于750℃的区域(5)。

在本发明提供的受热面防腐布置结构中，一烟道顶棚(3)、二烟道顶棚(4)和二烟道后墙烟温高于750℃区域(7)的受热面布置有激光熔覆防腐层；所述激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金和/或nibsimo合金；优选为，布置于所述一烟道顶棚(3)和二烟道顶棚(4)的激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金，布置于所述二烟道后墙烟温高于750℃区域(7)的激光熔覆防腐层的材料为nibsimo合金。在本发明中，所述nicrmow合金的cr含量优选为18～25wt％，具体可为19wt％；所述nicrmow合金的mo含量优选为8～18wt％，具体可为12wt％；所述nicrmow合金的w含量优选为5～9wt％，具体可为8wt％；所述nicrmow合金的稀土含量优选为0.05～0.2wt％，所述稀土优选为la和/或ce，所述la的含量优选为0.03～0.12wt％，具体可为0.1wt％，所述ce的含量优选为0.02～0.08wt％，具体可为0.05wt％；所述nicrmow合金中的ni优选为余量。在本发明中，所述nibsimo合金的mo含量优选为≥20wt％，更优选为20～25wt％，具体可为22wt％；所述nibsimo合金的b含量优选为≤1wt％，更优选为0.2～0.7wt％，具体可为0.5wt％；所述nibsimo合金的si含量优选为≥3.2wt％，更优选为3.2～4wt％，具体可为3.6wt％；所述nibsimo合金的fe含量优选为＜3wt％，更优选为1～3wt％，具体可为2wt％；所述nibsimo合金中的ni优选为余量。在本发明中，所述激光熔覆防腐层的厚度优选为1～1.2mm，具体可为1mm、1.02mm、1.05mm、1.07mm、1.1mm、1.12mm、1.15mm、1.17mm或1.2mm。在本发明中，激光熔覆形成的防腐层致密度高，表面硬度高，晶粒细化，耐腐耐磨性能明显优于堆焊；nicrmow合金和/或nibsimo合金激光熔覆防腐层的表面及内部致密，无孔隙及裂纹，表面硬度大于hv300，适用于防腐要求严格，且耐磨需求强的区域，非常适合用于一烟道顶棚(3)、二烟道顶棚(4)和二烟道后墙烟温高于750℃的区域(7)。

在本发明提供的受热面防腐布置结构中，二烟道前墙烟温高于750℃区域(6)的受热面布置有微熔焊防腐层；所述微熔焊防腐层的材料为nibsicr合金。在本发明中，所述nibsicr合金的cr含量优选为10～15wt％，具体可为12wt％；所述nibsicr合金的b含量优选为≤3wt％，更优选为1～3wt％，具体可为2.6wt％；所述nibsicr合金的si含量优选为4～6wt％，具体可为5.3wt％；所述nibsicr合金中的ni优选为余量。在本发明中，所述微熔焊防腐层的厚度优选为0.8～1mm，具体可为0.8mm、0.82mm、0.85mm、0.87mm、0.9mm、0.92mm、0.95mm、0.97mm或1mm。在本发明中，微熔焊形成的防腐层加工效率快，厚度低，消耗的镍基合金量低于堆焊，经济性好；nibsicr合金微熔焊防腐层适用于防腐要求不强，且耐磨需求不强的区域，非常适合用于二烟道前墙烟温高于750℃的区域(6)。

在本发明提供的受热面防腐布置结构中，二烟道烟温750℃以下区域(8)和三烟道(9)的受热面优选为光管形式，不额外布置防腐层。

本发明还提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置方法，对沿烟气流动方向依序布置有一烟道、二烟道和三烟道的垃圾焚烧锅炉进行受热面防腐布置，烟道结构如图1所示，烟气沿所述一烟道由下至上流动、沿所述二烟道由上至下流动、沿所述三烟道由下至上流动，所述二烟道及三烟道底部与灰斗(10)相连通；所述受热面防腐布置方法具体包括以下步骤：

对一烟道下部(1)的受热面进行耐火材料浇筑，形成耐火浇筑防腐层；

对一烟道上部(2)和二烟道侧墙烟温高于750℃区域(5)的受热面进行nicrmonb合金堆焊，形成堆焊防腐层；

对一烟道顶棚(3)、二烟道顶棚(4)和二烟道后墙烟温高于750℃区域(7)的受热面进行激光熔覆，形成激光熔覆防腐层，所述激光熔覆所使用的材料为nicrmow合金和/或nibsimo合金；

对二烟道前墙烟温高于750℃区域(6)的受热面进行nibsicr合金微熔焊，形成微熔焊防腐层。

在本发明提供的受热面防腐布置方法，所述耐火材料的具体种类和耐火浇筑防腐层的厚度范围在上文中已经介绍，在此不再赘述；本发明对所述浇筑的工艺没有特别限定，采用本领域技术人员熟知的受热面防腐浇筑工艺即可。

在本发明提供的受热面防腐布置方法，所述nicrmonb合金的成分组成和堆焊防腐层的厚度范围在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述堆焊的焊接电流优选为160～210a，具体可为160a、170a、180a、190a、200a或210a；所述堆焊的焊枪宽度摆幅优选为10～20mm，具体可为10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm；所述堆焊的焊枪托架移动速度优选为200～550mm/min，具体可为200mm/min、250mm/min、300mm/min、350mm/min、400mm/min、450mm/min、500mm/min或550mm/min。

在本发明提供的受热面防腐布置方法，所述nicrmow合金和nibsimo合金的成分组成，以及激光熔覆防腐层的厚度范围在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述激光熔覆的激光器功率优选为3～7kw，具体可为3kw、3.5kw、4kw、4.5kw、5kw、5.5kw、6kw、6.5kw或7kw；所述激光熔覆的送粉速率优选为13～45g/min，具体可为13g/min、15g/min、20g/min、25g/min、30g/min、35g/min、40g/min或45g/min；所述激光熔覆的熔覆层搭接率优选为35～70％，具体可为35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％。

在本发明提供的受热面防腐布置方法，所述nibsicr合金的成分组成和微熔焊防腐层的厚度范围在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述微熔焊的电源频率优选为10～15khz，具体可为10khz、11khz、12khz、13khz、14khz或15khz；所述微熔焊的加热功率优选为250～350kw，具体可为250kw、270kw、300kw、320kw或350kw；所述微熔焊的管排移动速度优选为1.5～3.5mm/s，具体可为1.5mm/s、1.7mm/s、2mm/s、2.3mm/s、2.5mm/s、2.7mm/s、3mm/s、3.2mm/s或3.5mm/s。

在本发明提供的受热面防腐布置方法，二烟道烟温750℃以下区域(8)和三烟道(9)的受热面优选不再额外布置防腐层，即维持光管的形式。

本发明提供的技术方案依据垃圾焚烧锅炉各受热面的介质温度、流经受热面的烟气温度，以及烟气流场的冲刷等因素，将垃圾焚烧锅炉划分为不同区域，结合不同防腐施工技术和防腐层材料的特点，对不同区域的防腐层进行合理布置，从而经济有效的提升垃圾焚烧锅炉受热面的防腐性能，更具体来说：

一烟道为保证二噁英充分分解，烟温在850℃以上停留时间大于2s，一烟道下部四周壁面选择耐磨耐腐但导热系数低的浇筑料作为受热面防腐材料，一烟道上部四周壁面处于水循环末端，工质流中含汽率增加，需要增强吸热来加速工质循环，同时烟温处于900℃以上，一烟道上部四周壁面的受热面防腐采取堆焊的形式，防腐层材料采用nicrmonb；一、二烟道顶棚受到烟气流冲刷强度较高，防腐层需要有较强的耐冲刷性，一、二烟道顶棚的受热面防腐采取表面硬度高的激光熔覆形式，防腐层材料采用nicrmow或者nibsimo；二烟道前墙高度低，水循环速度快，同时烟气流冲刷强度低，二烟道前墙的受热面防腐采取微熔焊的形式，性价比高，防腐层材料采用nibsicr；由于烟气流的惯性作用，二烟道后墙受冲刷严重，防腐层表面需要高的硬度，二烟道后墙的受热面防腐采取耐冲刷的激光熔覆形式，防腐层材料采用nicrmow或者nibsimo；二烟道侧墙受冲刷和腐蚀严重程度介于前墙和后墙之间，其受热面防腐采取堆焊的形式，防腐层材料采用nicrmonb；二烟道的防腐层区域布置到烟温为750℃的标高处，烟温750℃以下的二烟道和三烟道由于受热面受冲刷和腐蚀程度较轻，不再布置昂贵的镍基合金防腐层，直接采取光管的形式。

本发明提供的技术方案可以有效缓解目前高参数锅炉采取单一的堆焊防腐层形式而存在部分区域过度防腐以及部分区域防腐效果不佳的问题，实现经济有效的防腐层布置形式，对余热锅炉的长周期稳定运行将有重要意义。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种垃圾焚烧锅炉受热面防腐布置结构，其锅炉烟道结构如图1所示，包括沿烟气流动方向依序布置的一烟道、二烟道和三烟道，烟气沿所述一烟道由下至上流动、沿所述二烟道由上至下流动、沿所述三烟道由下至上流动，所述二烟道及三烟道底部与灰斗(10)相连通；所述锅炉受热面的防腐布置结构具体如下：

一烟道下部(1)的受热面布置有耐火浇筑防腐层；

一烟道上部(2)的受热面和二烟道侧墙烟温高于750℃区域(5)的受热面布置有堆焊防腐层；堆焊防腐层的材料为nicrmonb合金，nicrmonb合金的cr含量为21wt％，mo含量为9wt％，nb含量为3.5wt％，fe含量为4wt％，ni为余量；堆焊防腐层的厚度为1.8mm；

一烟道顶棚(3)和二烟道顶棚(4)的受热面布置有激光熔覆防腐层；激光熔覆防腐层的材料为nicrmow合金，nicrmow合金的cr含量为19wt％，mo含量为12wt％，w含量为8wt％，la含量为0.1wt％，ce含量为0.05wt％，ni为余量；激光熔覆防腐层的厚度为1mm；

二烟道后墙烟温高于750℃区域(7)的受热面布置有激光熔覆防腐层；激光熔覆防腐层的材料为nibsimo合金，nibsimo合金的b含量为0.5wt％，si含量为3.6wt％，mo含量为22wt％，fe含量为2wt％，ni为余量；激光熔覆防腐层的厚度为1.1mm；

二烟道前墙烟温高于750℃区域(6)的受热面布置有微熔焊防腐层；微熔焊防腐层的材料为nibsicr合金，nibsicr合金的cr含量为12wt％，b含量为2.6wt％，si含量为5.3wt％，ni为余量；微熔焊防腐层的厚度为0.9mm。

在本实施例中，对耐火浇筑防腐层的具体布置工艺没有特别限定，采用本领域技术人员熟知的浇筑工艺即可；堆焊工艺参数为：焊接电流180a，焊枪宽度摆幅15mm，焊枪托架移动速度400mm/min；激光熔覆的工艺参数为：激光器功率5kw，送粉速率25g/min，熔覆层搭接率50％；微熔焊工艺参数为：电源频率12khz，加热功率300kw，管排移动速度2.5mm/s。

实施例2

对实施例1中所实施的堆焊、激光熔覆和微熔焊技术进行比较分析，结果如表1所示：

表1三种防腐层技术对比

采用堆焊、激光熔覆和微熔焊技术布置防腐层时，其在基材上的熔深情况如图2所示，图2是本发明实施例提供的堆焊、激光熔覆和微熔焊形成的防腐层结构示意图，其中，(a)为堆焊形式，(b)为激光熔覆形式，(c)为微熔焊形式。可见，堆焊形式的合金层熔深最大，微熔焊形式的合金层熔深最小，激光熔覆形式的合金层熔深介于堆焊与微熔焊之间。

对堆焊、激光熔覆和微熔焊技术的经济性进行比较分析：堆焊的合金层熔深大于激光熔覆和微熔焊，为了满足防腐层验收需求，堆焊消耗的镍基合金量要高于激光熔覆和微熔焊，因此其价格贵于其他两种技术；激光熔覆的合金层熔深介于堆焊与微熔焊之间，相比于堆焊，激光熔覆在达到冶金结合的同时，减少了镍基合金的耗量，因此其价格低于堆焊；微熔焊的合金层采取自熔性合金粉末，加工效率快，且厚度低，消耗的镍基合金量要低于堆焊和激光熔覆，因此，微熔焊防腐层价格要低于堆焊和激光熔覆。

实施例3

对实施例1垃圾焚烧锅炉水冷壁区域烟气流场进行模拟，结果如图3所示，图3是本发明实施例提供的垃圾焚烧锅炉水冷壁区域的烟气流场矢量图。通过图3可以明显看出烟气对一烟道顶棚、二烟道顶棚和二烟道后墙的受冲蚀情况最为严重。

根据上述烟气流场模拟结果，针对一烟道上部、一烟道顶棚、二烟道顶棚、二烟道侧墙烟温高于750℃区域、二烟道前墙烟温高于750℃区域和二烟道后墙烟温高于750℃区域的受热面防腐层，分别设计腐蚀工况模拟，试验氛围见表2，不同防腐技术的材料成分和施工条件见表3，不同防腐技术的腐蚀速率见表4：

表2不同区域腐蚀试验氛围

表3不同防腐技术的材料成分和施工条件

表4不同防腐技术的腐蚀速率对比(mm/a)

通过表2～表4的结果可以看出，采用本发明的方式布置锅炉受热面的防腐结构可以获得最好的防腐蚀效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。