进口F级燃机燃烧器尾筒出口密封国产化喷涂技术及应用
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完成单位:北京京丰燃气发电有限责任公司
登记编号:ZSCX-DL2019-J-2-33
登记年份:2019
发布时间:2019-11-18
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一、立项背景
京丰燃气在装一台三菱M701F3型燃机。燃机热部件尾筒出口密封,受运行环境温度高(约1400℃)、周期长(检修周期约8000EOH)及交变应力等恶劣环境的影响,易发生机械性能退化蠕变、热机械疲劳、材料脆化、腐蚀侵蚀、氧化、裂纹等缺陷。历次燃机检修均因燃气通道面烧损严重判定报废,更换全套新品尾筒密封,所需费用156万。
京丰燃气于2015年8月立项对尾筒出口密封的延寿进行研究。
二、主要做法
1、对燃机燃烧器尾筒密封的基材进行材料、机理分析
2、涂层材料选择
3、喷涂设备的选择和工装制造
4、喷涂工艺的确定
气流通道表面粗化→装夹→超音速喷涂MCrAlY粘结层→等离子喷YSZ面层→涂层抛修→终检。
5、尾筒密封国产化喷涂涂层
包括:尾筒密封燃气通道面吹砂处理、超音速火焰喷涂制备底层涂层(MCrAIY)、等离子喷涂制备面层涂层(YSZ)、涂层抛光。
6、喷涂效果检验
包括:外观检验、粗糙度检查、结合强度检查、显微组织观察、弯曲性能测试、涂层TGO生长趋势及热震试验。
三、实施效果
京丰燃气于2016年9月1号燃机B检期间装入国产化喷涂后的两对尾筒密封新品,在经历10493EOH运行后于2018年9月1号燃机C检期间拆下,经检查喷涂品符合厂家严格的热部件判定标准,并于2018年9月1号燃机C检再次装入机组继续使用,将其余18对尾筒密封也全部换为同技术参数下的国产化涂层新品。
四、效益分析
1、经济效益
此项研究投入经费总计20万元(含整套喷涂经费),通过国产化喷涂后的尾筒密封至少能连续运行2个检修周期,延长寿命后所节约的备件费用为141.816万元。投入产出比为:投入产出比=141.816/20=7.09倍。
2、社会效益
该项目的成功,实现尾筒密封可重复利用,降低技术工艺等费用资金及运输关税等费用,避免每次检修更换尾筒密封新品备件。打破了国外厂家对燃气轮机重要热部件的技术垄断,提高国内电厂的话语权。对国内其他燃气轮机热部件的国产化延寿也具有很好的借鉴作用。并为将来各方围绕燃气轮机开展紧密合作,大力提升我国燃气轮机高温热部件产业水平,逐步打开燃机热通道部件维修市场提供有利佐证。
五、创新亮点
1、技术思路的创新
判定尾筒密封基体材料,分析气流通道工况,选用喷涂粉末;通过试验固化涂层制备工艺参数;开展喷涂保护工装设计制造;最终通过国产化喷涂技术完成燃机燃烧器尾筒密封延寿研究及首批4件涂层品的挂机试验。
2、试验方法的创新
材料及组织分析→喷涂保护工装设计制造→涂层制备工艺试验(金相组织、弯曲试验、结合强度试验、粗糙度检查)→产品喷涂→抛光处理→终检→挂机试验→扩大装机范围
六、推广价值及范围
京丰燃气将在同型号机组的兄弟电厂推广该项技术的同时,也将逐步深入的开展研究燃机热部件国产化喷涂技术的研究。
七、有待持续改进的问题或前景展望
下一步,京丰燃气将研究如何在模拟调峰机组运行工况下试验涂层的使用寿命,并在试验得到证实的情况下,将该技术推广至国内同型号的调峰燃机电厂,并逐步向更广、更深的领域推广。