高温纳米陶瓷涂层在锅炉防结渣上的应用

高温纳米陶瓷涂层在锅炉防结渣上的应用
【摘要】宜兴华润热电有限公司通过对#2炉实施高温纳米陶瓷防结渣喷涂，有效解决了长期以来一直存在锅炉结焦严重、炉内掉大焦问题。

因炉内结渣严重被迫投用吹灰器的频次大幅下降，吹灰器周围水冷壁吹损速率快问题得到有效解决。

锅炉运行的安全、经济性得以提升，脱硝效率也有一定的提升，取得了较好的效果。

【关键词】锅炉结渣；高温纳米陶瓷；防结渣；喷涂
前言
受热面结焦渣严重一直困扰着许多燃煤的电站锅炉，对锅炉的安全经济运行带来一系列难以解决的问题。

宜兴华润热电有限公司通过采用在受热面上实施高温纳米陶瓷材料喷涂的方法，有效攻克了长期以来存在的锅炉受热面结焦难题，为锅炉的安全经济运行提供了保障。

1 概述
宜兴华润热电有限公司2×60MW机组，锅炉是无锡锅炉厂制造的UG-260/9.8-M型高温、单锅筒、自然循环、“Ⅱ”型布置的固态排渣煤粉炉。

制粉系统采用中间储仓式热风送风，脱硝采用SNCR+SCR耦合脱硝技术。

2 项目背景
宜兴华润两台锅炉自投产以来结焦一直较严重，运行中经常掉大焦，炉膛冒正压最大+1400Pa，减温水用量大，炉膛吹灰器投运频繁，每天最多时达9次，严重影响到了锅炉的安全经济运行。

锅炉结焦部位多发生在燃烧器及以上区域，有时呈液态下流，严重时过热器发生结焦停炉，冷渣斗部位堆积液态焦堵塞排渣口停炉打焦。

2014年后煤种的结焦性得到改善，并随着低氮燃烧器的改造，燃烧器区域水冷壁粘焦渣情况较少，在三次风上部后墙与侧墙部位能看到少量结渣，在炉膛出口部位的看火孔部位基本上看不到结渣情况，但是#2炉运行中仍存在经常掉大渣炉膛冒正压情况，且减温水用量大，主汽温度难控制易超温，运行人员被迫频繁投用炉膛吹灰器，吹灰器缺陷大量发生，2014年8月曾发生吹灰器卡在炉内未及时发现水冷壁被吹爆管事故。

2010年至2013年锅炉燃烧用易结焦煤种时炉内结焦情况见图1
图1 2010年至2013年锅炉燃烧用易结焦煤种时炉内结焦情况
3 高温纳米陶瓷防结渣喷涂
3.1 问题分析与调研
宜兴项目通过与锅炉厂、西安热工院以及浙江大学热能研究所沟通交流，分析锅炉受热面发生结焦的主要原因是锅炉是在220t/h基础上修改而来，但是锅炉热负荷断面热强度较高，炉膛受热面不足。

而且现烧煤种挥发份达38～40%，接近褐煤，偏离原设计挥发份27%煤种太远。

可以采用的措施是调换适烧煤种、主燃烧区下移、燃烧调整优化以及添加除焦剂。

受煤碳市场及企业燃料成本控制等多方面因素的限制，调换适烧煤种往往不可控；将主燃烧区下移改造则所有的一、二、三次风及大风箱均需进行改动，造价较高，且小型锅炉受到水冷壁燃烧器下部空间的限制难以实现；通过燃烧调整优化手段来改善炉内结焦的方法调研下来往往效果有限，无法彻底解决；向入炉煤中或炉内添加除焦剂的方法从一定程度上能控制炉内结焦程度，但是长期添加除焦剂也造成发电运行成本较高。

高温纳米陶瓷涂层一种惰性和钝化复合陶瓷涂层材料，抗沾污结渣、耐高温腐蚀、耐磨损，适用于电站煤粉锅炉的高温受热面金属（水冷壁、过热器及再热器碳钢及合金钢）及非金属基材（卫燃带耐火材料），使用寿命5年及以上。

针对电站煤粉锅炉沾污结渣及高温腐蚀问题最有效且性价比最高的解决方案就是施用高温纳米陶瓷涂层，这项成果已被联合国环境署（UNEP）2006年纳入当今节能减排的重大技术进行应用和推广，美国能源部（DOE）2003年也将高温陶瓷涂层列为提高电站煤粉锅炉安全与经济性共性问题的关键技术。

陶瓷涂层适用于电站煤粉锅炉的炉膛辐射受热面金属基材，涂层的干膜厚度为0.04-0.06mm，主要成分为复合纳米氮化硼，与金属基材结合紧密，氮化硼复合陶瓷涂层硬度高、化学稳定性强、耐高温、抗沾污结渣、耐高温腐蚀及耐磨损性能优异。

涂层品种B，B+
许用温度基材<850℃，火焰<2000℃
适用基材碳钢，合金钢
发射率 0.90
热导率 9 W/m/K
热膨胀系数 2.5×10-6m/℃
抗热震性优异（升温至650℃，冷水淬火，20次不开裂不脱落）
抗沾污结渣优异（减少沾污结渣积灰，受热面自清洁）
耐高温腐蚀优异（高温硫腐蚀、氯腐蚀、碱金属盐腐蚀及氧化腐蚀）
耐磨性是金属基材的5-8倍
耐酸碱性优异（不适用于液态酸碱）
高温纳米陶瓷涂层在电站煤粉炉应用上的优点有：
（1）减少煤粉锅炉受热面上燃烧副产物的积聚，并提高煤种的适应性；
（2）高发射率，提高锅炉水冷壁管的传热能力，降低炉膛温度，改善炉内结渣；
（3）高温下卓越的耐高温腐蚀（氧化腐蚀及还原腐蚀）能力；
（4）改善锅炉水冷壁及受热面管道的温度均匀性；
（5）降低飞灰对锅炉管道的冲刷；
（6）有效减少热力型NOx的生成/排放；
（7）减少吹灰器投运频率，减少减温水量，提高锅炉负荷能力。

3.2 喷涂方案与实施
（1）喷涂方案
2015年4月，宜兴项目利用#2机组大修的机会，由清大赛思迪新材料科技（北京）有限公司对#2炉实施了高温纳米陶瓷防结渣喷涂。

通过计算机数据模拟，确定的喷涂方案如下：
喷涂区域基质材料陶瓷涂层类型喷涂面积
炉膛水冷壁（下一次风底部至SOFA风燃烧器底部四周水冷壁）20G 高温B 约280m2
屏式过热器（下1/3部分） 12Cr1MoV 高温B+ 约120 m2。