技术领域
本发明涉及一种锅炉受热面管防结焦涂层性能测定方法。
背景技术：
我国西南地区和新疆地区的高硫煤、高钠煤产量较多，火力发电锅炉配煤掺烧以后，便会导致锅炉受热面管的结焦结渣特别严重，从而严重影响锅炉受热面管的传热性能，将导致锅炉受热面管超温或加速氧化皮的产生与脱落，将致使锅炉受热面管频繁爆管。
而受热面管防结焦的最有效的途径之一，就是实施防结焦喷涂。
但是由于当前喷涂市场异常混乱，缺乏防结焦涂层性能评价手段，从而导致喷涂效果千差万别。
因而有必要设计一种科学有效的水冷壁防结焦涂层性能测定方法。
技术实现要素：
本发明针对上述技术问题，提供一种锅炉受热面管防结焦涂层性能测定方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种锅炉受热面管防结焦涂层性能测定方法，包括以下步骤：
1）涂层厚度测量，测定涂层厚度均匀性；
2）对涂层进行微观组织形貌检验，测定微观形态、物相组织；
3）涂层热震测试，测定涂层的抗冷热交变能力；
4）涂层传热特性测试；
5）试验平台内结焦结渣试验，测定实验室条件下涂层的抗结焦结渣性能。
针对喷涂材质为高温纳米陶瓷的防结焦涂层的测定过程如下：
1）涂层厚度：要求厚度在0.07～0.1mm；
2）涂层微观组织检验：
微观外貌不允许有裂纹和穿透性缺陷；
物相组织全部为陶瓷相，不能出现Fe基相。
3）热震性能测试：试验温度600～720℃、保温1.5～2小时、冷却至11～20℃，如此往复10～15次。涂层不脱落、不开裂，即为达标；
4）传热特性测试：涂层导热系数应不低于9W·m-1·K-1；
5）试验平台内结焦结渣试验：采用试验锅炉平台，试验条件为，燃烧煤种采用高钠煤、运行工况采用实际工况，运行70～100小时。涂层表面不允许有结焦结渣。
喷涂材料为高温纳米陶瓷材料。
步骤2）中检验结果良好，具体条件如下：
利用扫描电镜进行微观形貌检验，涂层不存在穿透性的缺陷和裂纹；
利用X射线衍射仪进行分析，涂层物相组织为陶瓷，不允许Fe基相存在（Fe基相存在说明基体露出涂层，涂层未覆盖基体）。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明的测试方法，设计新颖，科学合理，可以有效检测锅炉受热面防结焦涂层的性能，从而保护管壁经久耐用。
2、采用本方法，可以综合评定涂层的防结焦效果，为鉴定防结焦涂层的性能优劣提供了测定体系，并且简单可靠。
3、经本测定方法测定合格的受热面防结焦喷涂，使用寿命在4年左右，仍有较好的防结焦效果。
4、本发明的测定方法可以有效控制目前喷涂市场普遍存在的材质以假乱真、施工及喷涂工艺混乱、施工验收盲目等乱象，有利于行业整顿及健康发展。
本发明的锅炉受热面管防结焦涂层性能测定方法中各步骤作用如下：
1）涂层厚度：该项指标考核的是涂层厚度均匀性。
2）涂层微观组织检验：该项指标考核的是涂层的微观形貌和物相组织。物相组织和形态结构决定了涂层是否具有防结焦的能力。
3）热震性能：该项指标考核都是涂层经受冷热交变的能力。
4）传热特性：该项指标考核的是锅炉的热效率。涂层既要有防结焦的性能，又要有良好的传热性，不能影响锅炉效率和经济效益。
5）试验平台内结焦结渣试验：采用试验锅炉平台，试验条件为，燃烧煤种采用高钠煤、运行工况采用实际工况，运行70～100小时。涂层表面不允许有结焦结渣。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
本实例以某火力发电厂进行了锅炉喷燃器附近水冷壁管防结焦喷涂为例，其喷涂材质为RSL高温纳米陶瓷。高温纳米陶瓷涂层实质是在金属基材表面用压缩空气，在常温下喷涂一种超细超薄的复合纳米陶瓷涂料，干燥固化、随炉升温过程中进行烧结，会在基材表面形成一层陶瓷涂层。
采用本发明进行了喷燃器附近水冷壁管防结焦涂层性能的测定，各项测定标准和过程如下。
1）涂层厚度：厚度0.07～0.1mm。
主要由于：太薄不能有效覆盖管子基材的粗糙度；太厚又因为涂层热膨胀性与管子基材相差较大，容易出现涂层表面开裂。喷涂前粗糙度控制在50μm左右。
对喷涂区域采用涂层测厚仪，进行了测厚，检验结果显示：测厚数据全部位于0.07～0.1mm范围内，即为达标。
2）涂层微观组织检验：
微观外貌不允许有裂纹和穿透性缺陷；
能谱分析全部为陶瓷相，不能出现Fe基相。
主要由于：
当有裂纹或穿透性缺陷时，涂层根本无法起到保护基材的作用。
出现Fe基相说明陶瓷涂层未完全覆盖管子基材。
检验结果良好，具体如下：
利用扫描电镜进行微观形貌检验，涂层不存在穿透性的缺陷和裂纹。
利用扫描电镜检验发现涂层表面存在深色与浅色两种相，进一步利用X射线衍射仪分析后，结果显示浅色相与深色相均为陶瓷相，并且无Fe基相，说明并无管子基体露出涂层。
3）热震性能：试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次。涂层不脱落、不开裂，即为达标。
主要由于：试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次与实际工况下（水冷壁壁面温度为400℃～500℃左右，且停炉后随炉缓慢冷却）锅炉启停15次（一般情况下，5年时间锅炉启停次数约10次左右）的热疲劳损伤当量值相同。
此结论的获得由如下方法测定：由于涂层热疲劳损伤即冷热交变损伤亦即热震损伤。因此采用热疲劳试验机对喷燃器附近水冷壁管子基材15CrMo钢涂层进行试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次的热疲劳试验，然后运用X射线衍射仪测量热应力，同时对运行5年的锅炉（该炉启停记录15次）水冷壁割管，其材质同样为15CrMo钢，同样运用X射线衍射仪测量热应力。两者热应力值基本相同（热应力是热疲劳的直接表征），因此两者热疲劳损伤当量值相同。
检验结果：用热处理炉将涂层试样（涂层厚度0.1mm），加热至700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复，对涂层试样进行检验。重复14次后，开始出现涂层起皮变形的迹象。高温纳米陶瓷涂层热震性能比金属涂层（PS45材质可经受22次相同工况的热震）稍差。
4）传热特性：导热系数应不低于9W·m-1·K-1。导热系数过低将严重影响锅炉传热效率。
检验结果：采用热导率测试仪检测，结果显示涂层的导热系数均在9W·m-1·K-1以上。
5）试验平台内结焦结渣试验：采用试验锅炉平台，试验条件为，燃烧煤种采用高钠煤、运行工况采用实际工况，运行时间80小时。涂层表面不允许有结焦结渣。
主要由于：采用试验锅炉平台，试验条件为，燃烧煤种采用高钠煤、运行工况采用实际工况，运行时间8小时的15CrMo钢管状试样的结焦的焦块成份进行分析，均为SiO2和Al2O3。与实际发电锅炉运行4个月的15CrMo钢水冷壁（喷燃器附近）的结焦的焦块成份完全一致。说明两种工况结焦性能相同。
经线性外推10倍，采用试验锅炉平台，试验条件为，燃烧煤种采用高钠煤、运行工况采用实际工况，运行时间80小时结焦性能与实际发电锅炉运行40个月等效。
检验结果：高温纳米陶瓷涂层样管涂层表面光洁完好，无任何结焦现象。未经处理的样管和金属涂层（PS45）样管则结焦严重。
经本发明以上综合测定，结论为：该涂层具有优良的抗结焦性能，锅炉实际运行工况下，可应用4～5年左右。
某发电厂锅炉喷燃器附近水冷壁喷涂稀土高温纳米陶瓷涂层，运行9个月后，停炉检修。喷涂稀土高温纳米陶瓷涂层的区域表面挂断续松散浮渣，浮渣经手触摸后轻松脱落；而未经喷涂高温纳米陶瓷涂层的区域结焦致密且与管壁结合紧密，需用硬物敲击结焦才能掉落。