一、前言

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，是實(shí)現現代化的物質(zhì)基礎。改革開(kāi)放以來(lái)，為適應我國快速發(fā)展的國民經(jīng)濟的需求，電力工業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。據統計，到1995年底，我國發(fā)電機設備裝機容量已超過(guò)2億千瓦，已經(jīng)連續9年每年新增大、中、型機組超過(guò)1000萬(wàn)千瓦。近幾年還達到1500萬(wàn)千瓦左右。“九·五”計劃期間，我國將要新增加裝機8300萬(wàn)千瓦，新增發(fā)電量4000億千瓦時(shí)。到2000年，全國電力裝機將達到2.9億千瓦，年發(fā)電量達14000億千瓦時(shí)，2010年全國電力裝機更將達到5.5億千瓦左右。

廣東省一直處于我國改革開(kāi)放的前沿，電力工業(yè)的發(fā)展更是令人矚目，大亞灣核電站，從化抽水蓄能電站及為數不少的大、中型火電站如雨后春筍般相繼矗立于南粵大地，保證了我省經(jīng)濟持續高速的動(dòng)力需求，有力地推動(dòng)了我省改革開(kāi)放的進(jìn)程。

然而，在電力工業(yè)中其中特別是火電廠(chǎng)，從鍋爐、氣輪機、電機的主機系統，到制粉、出灰等輔助部分，常常由于系統中的某一零件的局部磨損或高溫腐蝕而失效，不但影響電廠(chǎng)的安全運行，而且為恢復運行、修復和更換已損壞的部件，不僅需要投入大量人力、物力、財力而且在修理和更換期間，必定影響發(fā)電，造成巨大的經(jīng)濟損失。

根據美國通行的電力系統可靠性評價(jià)分析方法，設備提高可靠性的經(jīng)濟效益包括三個(gè)方面的節約：①替代能源消耗；②備用能源費用；③修理費用。估算結果，美國火電站如能將可用系統提高0.05，則第①項每年可節約84億美元，第②項相當于省裝備用機組34000MW。美國電力研究所最新調查還表明，美國每年平均發(fā)生葉片事故40余起，平均每起的修理費用為20萬(wàn)美元，因每次事故停機引起的替代能源耗費為250萬(wàn)美元。10年間因葉片事故造成的直接損失為14億美元。此外，除直接經(jīng)濟損失外，特別在普遍供電緊張的情況下，備用容量小，停機事故往往引起大面積停電，造成極大的社會(huì )影響，以某電廠(chǎng)300MW機組因11級圍帶飛脫造成停機和地區停電為例，停電40天，少發(fā)電約2.6億度，電費直接損失約2600萬(wàn)元，當時(shí)該地區每度電產(chǎn)值約5元，則社會(huì )間接損失達1.3億元，相比之下，幾十萬(wàn)元搶修費只是一個(gè)零頭了。據此，增加設備使用壽命，延長(cháng)設備大修期間間隔，縮短檢修時(shí)間，提高設備運行效能就成了電力部門(mén)經(jīng)營(yíng)管理的關(guān)鍵。

為解決電力系統腐蝕及磨損問(wèn)題，長(cháng)期以來(lái)，各國的科技工作者和產(chǎn)業(yè)界就針對性地進(jìn)行了不懈的努力。如80年代初期，美國熱噴涂技術(shù)專(zhuān)業(yè)公司（TAFA）與主要熱噴涂鍋爐應用者以及權威的合金制造者（International Nickel）聯(lián)合組織力量，對以開(kāi)發(fā)一種能對鍋爐管道提供長(cháng)期持續保護的材料和工藝為目標的工作進(jìn)行了長(cháng)期的研究，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明熱噴涂技術(shù)不失為一種解決電力工業(yè)中腐蝕、磨損的有效而經(jīng)濟的技術(shù)。多年來(lái)該技術(shù)已在美國、英國、日本等國獲得了廣泛的應用。隨著(zhù)熱噴涂技術(shù)近年來(lái)在我國的推廣應用，特別是該技術(shù)本身的不斷完善和進(jìn)步，因而逐漸地被人們所接受并開(kāi)始受到應有的重視，在我國電力工業(yè)部門(mén)也逐漸得到了某些應用。

 

二、熱噴涂技術(shù)簡(jiǎn)介

熱噴涂技術(shù)是一種材料表面保護和強化的新技術(shù)，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，借助于火焰推力或壓縮空氣噴射而粘附到預先經(jīng)過(guò)表面處理的工件表面形成涂層，賦予工件以耐磨、耐腐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達到提高工件性能、延長(cháng)設備使用壽命的一種技術(shù)。由于該技術(shù)工藝及涂層材料選擇范圍十分廣泛，操作簡(jiǎn)便靈活，特別適合于現場(chǎng)施工和工件局部修復，因此，熱噴涂技術(shù)不但是新設備預保護的有效方法，而且是現場(chǎng)維修有效而經(jīng)濟的手段。

 

三、熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)的應用

3.1 電廠(chǎng)鍋爐“四管”的防腐蝕、抗沖蝕

火力發(fā)電廠(chǎng)中，高溫、高壓、鍋爐的水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管、省煤氣管（簡(jiǎn)稱(chēng)四管）常因高溫腐蝕和磨損而減薄，更換新的管子既費時(shí)有昂貴，如果造成“四管”泄露爆管事故，會(huì )增加電廠(chǎng)臨時(shí)性檢修和大修的工作量，給電廠(chǎng)帶來(lái)很大的經(jīng)濟損失。據資料統計，1982~1985年間全國50MW以上火力發(fā)電廠(chǎng)共發(fā)生鍋爐事故949起，其中“四管”泄露爆管事故就占305起，占事故總數的32%，由此可見(jiàn)，鍋爐受熱面“四管”的高溫腐蝕是影響鍋爐安全的主要原因，它已成為火電廠(chǎng)安全運行中一個(gè)急待解決的技術(shù)難題。

從80年代初，國外就進(jìn)行了一系列旨在設計一種材料/應用系統，能對鍋爐管道提供長(cháng)期的保護（3~5年內不用修理）。方案的目標是發(fā)展一種涂層，該涂層不剝落、損耗速率小于未保護鋼管的10%，并且相對于更換鍋爐管道在經(jīng)濟上更有效益。經(jīng)過(guò)多年研究，并經(jīng)實(shí)驗試驗和現場(chǎng)應用考核，已獲得了可喜的成績(jì)，涂層厚度年平均損失率最好可達0.025mm，工作壽命可達5~10年，大大提高了“四管”的工作壽命，目前在美國、英國、日本、加拿大、德國等國家已廣泛采用多種涂層對鍋爐的“四管”進(jìn)行防護。

我國電廠(chǎng)鍋爐“四管”采用涂層防護起步較晚，開(kāi)始全國也僅上海、張家港、山東等少數電廠(chǎng)采用了噴焊、高速火焰噴涂等工藝對鍋爐“四管”進(jìn)行了防護，但畢竟邁出了可喜的一不。隨著(zhù)電力工業(yè)的不斷發(fā)展和熱噴涂技術(shù)的不斷深入人心，特別是熱噴涂技術(shù)本身近年來(lái)的不斷進(jìn)步與提高，采用熱噴涂技術(shù)對鍋爐“四管”進(jìn)行防護的工作必將受到有關(guān)部門(mén)的重視，并獲得更多的應用。例如，為解決“四管”腐蝕問(wèn)題，西北電管局科技處分別于1990年、1992年兩次下達技術(shù)開(kāi)發(fā)項目，由西北電力機械廠(chǎng)、秦嶺電廠(chǎng)、韓城電廠(chǎng)在有關(guān)熱噴涂專(zhuān)業(yè)單位的協(xié)同下共同進(jìn)行鍋爐受熱面“四管”的防腐研究工作，他們采用NiAl涂層作為粘結底層，以NiCrAl涂層為工作層，表面采用高溫涂料封孔，該涂層系統在工廠(chǎng)的工業(yè)試驗中獲得了較好的防護效果，年磨損率為0.04mm。工作壽命可達兩個(gè)大修期（6年）給電廠(chǎng)帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

 

3.2 氣輪機葉片的熱噴涂強化和修復

葉片是氣輪機的心臟，也是事故最多的關(guān)鍵部件，美國電廠(chǎng)氣輪機強迫停運率的70%與葉片損壞有關(guān)，葉片事故引起的損失往往占全部損失的一半。因此，它的安全可靠直接關(guān)系到氣輪機和整個(gè)電站的安全、滿(mǎn)發(fā)。由于電力是國民經(jīng)濟的命脈，全世界的電力約有75%來(lái)自火電站中的鍋爐—汽輪機—發(fā)電機以及核電站中的反映堆—汽輪機—發(fā)電機。因此，提高汽輪機葉片的安全可靠性對于滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的電力需求，適應國民經(jīng)濟的發(fā)展有著(zhù)不容忽視的作用。此外，在諸如石油、化工、輕工等重要經(jīng)濟部門(mén)中，采用工業(yè)汽輪機作為全廠(chǎng)關(guān)鍵動(dòng)力設備的現代化大型企業(yè)日益增多，而由于汽輪機葉片損壞造成工廠(chǎng)全面停產(chǎn)，其后果是十分嚴重的。

汽輪機葉片的損壞原因是多方面的，除了從改進(jìn)設計制造、優(yōu)化電站運行等方面來(lái)減輕葉片的損壞外，采用表面處理方法，在葉片表面加上保護涂層，以提高材質(zhì)的特定性能，達到防水蝕、耐磨、抗微振，從而延長(cháng)葉片壽命的目的，亦是減輕葉片損壞的有效方法之一，進(jìn)口汽輪機中就有采用爆炸噴涂Cr3C2—NiCr、TiC—NiCr以及WC—NiCr噴涂層防護葉片的實(shí)例。我國從80年代開(kāi)始相繼有采用等離子噴涂方法制備CoCrW合金涂層修復和強化石油化工行業(yè)用工業(yè)煙氣輪機葉片的實(shí)例，隨著(zhù)熱噴涂技術(shù)的不斷進(jìn)步，80年代后期發(fā)展了高效的高速火焰噴涂技術(shù)和設備，采用該技術(shù)進(jìn)行汽輪機葉片表面涂層的制備，必將獲得更好的防護效果。

 

3.3 磨損件的熱噴涂強化和修復

金屬部件的磨損是電廠(chǎng)除腐蝕以外的另一個(gè)嚴重問(wèn)題，每年主、輔機的大量金屬零部件，如排粉風(fēng)機葉片、引風(fēng)機葉片、各種軸（如磨煤機齒輪軸、引風(fēng)機主軸、排粉風(fēng)機主軸、球磨機電機軸……等）、軸套、各種泵類(lèi)的軸及軸套、各種閥門(mén)等均會(huì )由于磨損而引起機械設備運行效率低，工件更新與維修頻繁，耗能增加，近年來(lái)國內許多單位都采用熱噴涂（焊）、電刷鍍等方法對米孫的金屬零件進(jìn)行修復或對新部件噴涂涂層進(jìn)行預保護，不但大大提高了設備的使用壽命，甚至可以使得原已報廢丟棄于倉庫的設備“起死回生”重新投入使用。特別是進(jìn)口設備零部件的修復還為國家節省了大量外匯。由于電力行業(yè)的裝備大都是大型而昂貴的，因此，修復后帶來(lái)的巨大經(jīng)濟效益是十分明顯的，是不容置疑的，目前熱噴涂技術(shù)在電廠(chǎng)提高備品品質(zhì)，提高進(jìn)口機組備件國產(chǎn)化水平、保證檢修、縮短檢修期、提高設備運行水平以及解決難題中的作用已為人們所認識，可以預見(jiàn)，熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)中的應用將會(huì )越來(lái)越廣泛和深入。

 

3.4 熱噴涂（焊）為小水電服務(wù)

水電站存在的嚴重問(wèn)題是水輪機過(guò)流部件的汽蝕破壞和泥砂磨損破壞，由于水質(zhì)的不同，破壞的速度和程度也不相同，有部分水電站一個(gè)供水期下來(lái)就得停機更換新備件，這不僅影響水輪機的安全運行發(fā)電，增加檢修周期增大檢修費用，而且還嚴重影響電力供應，因此，如何延長(cháng)水輪機的使用壽命，確保水電站的安全、經(jīng)濟地運行是多年來(lái)我國水電建設中的重要科研課題之一。

多年來(lái)我國科技工作者和電站職工為解決這一難題共同進(jìn)行了大量工作，他們采用熱噴涂技術(shù)對水輪機的有關(guān)部件進(jìn)行預保護，取得了成功的施工工藝經(jīng)驗，而且使用效果十分顯著(zhù)，該技術(shù)已于1985年由甘肅省科委、甘肅省水利廳主持通過(guò)了現場(chǎng)技術(shù)鑒定。

其具體效果舉例如下：

寧夏泄湖峽水電站，位于黃河支流大夏河下游，因水中泥砂含量大，造成水輪機底環(huán)、頂蓋、導葉、主軸等嚴重磨損影響機組運行發(fā)電，經(jīng)熱噴涂工藝修復，一號機主軸（長(cháng)2.5mm，直徑310mm，約2噸）軸頸部位磨損區長(cháng)達540mm，修復后運行25900小時(shí)后，涂層仍完好無(wú)損。

天水地區紅崖電站，何家堡電站，由于水中泥砂含量大，設備損壞嚴重，一臺新轉輪運行10000小時(shí)就得報廢，其他過(guò)流部件全部都得修補，使得電站維修費用不斷增加，最高可達電站總收入的四分之一，84年對即將報廢的5臺1000千瓦機組的轉輪，導葉、前后端蓋進(jìn)行噴焊修復，取得了滿(mǎn)意的效果，紅崖電站修復后裝機運行一年多，涂層完好無(wú)損，機組云心穩定，效率提高，在水頭、流量相同的情況下，84年法典65萬(wàn)度增長(cháng)85%，單機出力又修復前的700千瓦上升到860千瓦，提高22.8%，并且機組延長(cháng)使用壽命3~5倍，并節約維修費用1.3萬(wàn)元。

我國小水電站在祖國大地星羅棋布，我國小水電站的設備制造和電站建設的經(jīng)驗引起了國際上的注意并獲得好評，相信熱噴涂技術(shù)在我國水電站建設事業(yè)中會(huì )有所作為的。

 

3.5 熱噴涂在新能源領(lǐng)域的應用

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，城市生活垃圾以很高的速度年年遞增，垃圾掩埋、垃圾堆放不僅占地，而且造成地下水資源的污染和空氣污染，長(cháng)期堆放引起沼氣爆炸也時(shí)有發(fā)生，在一些經(jīng)濟發(fā)達的大城市，生活垃圾已經(jīng)成為繼能源、交通、住房之后的又一急待解決的大難題。

城市垃圾—能源工廠(chǎng)實(shí)行高科技焚燒發(fā)電，在國外已作為一種先進(jìn)的技術(shù)成熟應用，生活垃圾能源化有利于與常規能源（煤、油、天然氣）互補，特別是在垃圾成災又電力短缺的情況下，垃圾發(fā)電的社會(huì )效益遠遠超過(guò)其經(jīng)濟價(jià)值。

垃圾焚燒發(fā)電的整套裝置通常由垃圾焚燒爐、余熱爐、發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)系統、灰渣處理和煙氣凈化系統四大部分組成，由于垃圾成分的多樣性，因此要求焚燒垃圾發(fā)電設備具有一定的耐腐蝕性，對于垃圾發(fā)電設備的防護涂層，國外資料已有報導，如采用等離子噴焊Ni基自熔合金，爆炸噴涂NiCr底層Cr表層多層系統等對鍋爐管進(jìn)行防護等。

我國的最大城市之一的上海，對城市垃圾問(wèn)題決心采取高起點(diǎn)，快節奏，大手筆進(jìn)行大運作，大整治、大利用，上海市在本世紀最后幾年，已將城市垃圾高科技發(fā)電列入市府現代化環(huán)衛工業(yè)化開(kāi)發(fā)系列，為實(shí)現垃圾焚燒發(fā)電計劃，上海石化（集團）設備工程公司已研制成功符合我國國情的“自焚式生活垃圾連續焚燒爐，為解決垃圾處理提供了裝備，據最近報載山東省已有一個(gè)焚燒垃圾的熱電廠(chǎng)投入運行，96年已處理污泥6萬(wàn)余噸，年供電約4000萬(wàn)度，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，垃圾處理問(wèn)題也會(huì )日益嚴重，垃圾處理設備的防護問(wèn)題將會(huì )成為熱噴涂技術(shù)的廣闊的用武之地。

 

四、廣州有色金屬研究院簡(jiǎn)介

廣州有色金屬研究院是中國有色金屬工業(yè)總公司直屬重點(diǎn)科研單位，全院職工近千人。其中科技人員占70%，從事有色及稀有金屬選礦、冶金、材料、加工等工藝及應用研究。經(jīng)過(guò)多年的科研實(shí)踐和應用開(kāi)發(fā)，目前在材料表面技術(shù)領(lǐng)域已形成了一定的特色和優(yōu)勢，院屬表面工程中心是中國有色金屬工業(yè)總公司的重點(diǎn)實(shí)驗室，也是廣東省表面工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心。今后還要力爭成為國家級表面工程中心，該中心現已建有包括熱噴涂在內的9個(gè)表面技術(shù)實(shí)驗室。

廣州有色金屬研究院在80年代開(kāi)始從事熱噴涂、電刷鍍研究和推廣應用工作，多年來(lái)，積累了大量經(jīng)驗取得了一系列成果：熱噴涂實(shí)驗室建設獲得國家“六·五”攻關(guān)獎，海軍用螺旋漿涂層研究、精鍛機芯棒涂層研究分別獲得有色金屬工業(yè)總公司科技成果二、三等獎。在科研工作的基礎上，為推廣熱噴涂技術(shù)的應用，更好地為社會(huì )服務(wù)，于1993年10月組建了以熱噴涂技術(shù)為主的中試車(chē)間，專(zhuān)門(mén)從事機械零部件的表面強化和修復工作，該中試車(chē)間擁有超音速火焰噴涂（美國進(jìn)口）、等離子噴涂、氣熱軟線(xiàn)噴涂（俄羅斯進(jìn)口）、電弧噴涂、火焰噴涂等9種設備以及電刷鍍設備兩套、化學(xué)鍍生產(chǎn)線(xiàn)一條，涂層加工方面已擁有車(chē)床、磨床、及其他輔助設備一大批，標準廠(chǎng)房及辦公生活設施面積達2000m2。幾年來(lái)該車(chē)間在建材工業(yè)、塑料工業(yè)、交通工業(yè)、能源工業(yè)、石油化工工業(yè)以及紡織工業(yè)和冶金工業(yè)進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)應用，為省內數百家企業(yè)挽回了數千萬(wàn)的經(jīng)濟損失。

自90年代開(kāi)始，我院逐漸將熱噴涂技術(shù)在省電力局系統及大型工廠(chǎng)熱電廠(chǎng)開(kāi)展應用。先后在沙角電廠(chǎng)、梅縣電廠(chǎng)、韶關(guān)電廠(chǎng)、廣州電廠(chǎng)、珠江電廠(chǎng)、云浮電廠(chǎng)等，以及廣州鋼鐵廠(chǎng)、廣州石化廠(chǎng)、廣州氮肥廠(chǎng)開(kāi)展過(guò)應用。分別開(kāi)展過(guò)以下工作：

1、排粉機及引風(fēng)機葉片強化：噴焊Ni基WC，超音速?lài)娡緾o—WC。

2、磨煤機軸頸修復：Φ1700×500磨煤機軸頸噴涂修復及小齒輪軸噴涂修復。

3、鍋爐四管：采用噴焊強化過(guò)小面積鍋爐四管。

4、汽輪機葉片：曾噴涂過(guò)一末級葉片，涂層使用壽命2年以上。

5、汽機缸體：采用噴涂修復缸體平面磨損（20萬(wàn)及5萬(wàn)機組）。

6、電機轉子：采用噴涂及電刷鍍修復過(guò)20萬(wàn)KW電機轉子軸頸磨損部位。

7、水泵軸軸套：噴涂WC—Co強化軸套。

8、閥門(mén)：采用噴焊修復中壓閥門(mén)。

根據國內外的應用情況和我們初步實(shí)踐，我們體會(huì )到熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)中的應用前景是十分廣闊的，需要我們做出更大的努力，進(jìn)行更加