纳米陶瓷覆层在华电红雁池电厂#4锅炉的应用

齐　佶，王红军，郭晓峰

（1.华电新疆发电有限公司，新疆乌鲁木齐830049；2.华电新疆发电有限公司红雁池电厂，新疆乌鲁木齐830049）

纳米陶瓷覆层在华电红雁池电厂#4锅炉的应用

齐佶1，王红军2，郭晓峰2

（1.华电新疆发电有限公司，新疆乌鲁木齐830049；2.华电新疆发电有限公司红雁池电厂，新疆乌鲁木齐830049）

为进一步提高锅炉运行的安全性、经济性，实现安全、节能，增强锅炉对煤种适应性，减少锅炉受热面结焦，防止锅炉管壁超温，降低锅炉排烟温度，同时在一定程度上降低锅炉出口氮氧化物的生成，华电红雁池电厂在#4锅炉小修中为锅炉受热面喷涂了赛思迪纳米陶瓷覆层材料，以减小锅炉受热面结焦和提高燃用新疆准东煤的适应性，通过一段时间的运行观察，喷涂纳米陶瓷后我厂#4炉运行较稳定，达到了喷涂所预期的目标。

纳米陶瓷；覆层；锅炉；应用

0　引言

华电红雁池电厂#4锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司制造的DG670/13.7-21型超高压锅炉。锅炉的基本型式是：一次中间再热超高压自然循环汽包炉、Π型布置、单炉膛、燃烧器四角布置，切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、采用管式空气预热器、钢构架。炉膛四周布满鳍片式水冷壁，顶部为顶棚过热器，上方布置全大屏过热器，炉膛出口处布置有后屏过热器，水平烟道布置对流一级过热器（高过）和高温再热器，尾部竖井中布置中隔墙过热器，将尾部竖井分成两部分，低温再热器布置在尾部竖井前包墙和中隔墙之间，低温过热器布置在尾部竖井中隔墙和后包墙之间，单级省煤器分别布置在过热器和再热器的下端，尾部竖井前后为包墙过热器，两侧为水冷壁上升管。脱硝SCR反应器及管式空气预热器依次布置于尾部烟道上。

华电红雁池电厂设计煤种为铁厂沟露天煤矿，校核煤种为硫磺沟露天矿煤，设计煤种和校核煤种均属于中等结渣特性的烟煤。近年来由于煤炭市场发生变化，锅炉燃用煤种已严重偏离原设计煤种，燃用煤以准东混煤为主，易结焦结渣。尤其低氮燃烧器改造后炉膛高温区缺氧燃烧造成还原性气氛降低了煤灰的熔化温度，加剧了水冷壁结焦和还原性腐蚀，使得锅炉吹灰器投运频繁，减温水量加大，过热器超温等问题尤为突出，降低了锅炉运行经济性和安全性，更因结焦造成锅炉限负荷运行，以及潜在的落渣、爆管等安全隐患，对锅炉的长周期安全运行带来了巨大负面影响。因此，华电红雁池电厂在#4机组小修中对#4锅炉部分受热面喷涂了具有专利技术的赛思迪纳米陶瓷覆层材料，以增强锅炉对燃用煤种的适应性，提高锅炉的经济性、安全性和带负荷能力。

1　高温纳米陶瓷覆层性能简介

纳米陶瓷覆层是将复合纳米陶瓷覆层材料的浆料喷涂于金属或非金属基材表面，经过干燥、升温、固化后形成复合纳米陶瓷薄膜层，并与基材通过化学键方式紧密结合，能够全面提升基材表面的物理和化学特性。自2000年以来，陶瓷覆层材料已经在全世界广泛应用，能够全面改善和提高火力发电、石油石化、冶金炼化等行业的锅炉、加热炉和窑炉的安全性和经济性。

纳米陶瓷覆层施工简便，材料在成陶后会形成致密、不透水的陶瓷层，在防止沾污结渣、耐高温腐蚀（包括氧化性、还原性腐蚀）和增加热传导等方面表现优异。其特性主要有：

（1）高传热能力：低表面能，抗沾污结渣、积灰；高发射率，高热导率；

（2）高耐腐蚀性：结构致密，化学稳定性强，耐高温腐蚀和表面氧化，针对炉膛还原性气氛效果更明显；

（3）高可靠性：优秀的附着力，与基材热胀系数基本一致；硬度高、耐磨损、高抗热震能力强。

图1　纳米陶瓷喷涂后效果图

2　华电红雁池电厂#4炉纳米陶瓷喷涂面积统计

表1　华电红雁池电厂#4炉纳米陶瓷喷涂面积统计

图2　华电红雁池电厂#4炉纳米陶瓷喷涂部位图示

因受工期、进度及其他施工条件影响，本次纳米陶瓷喷涂施工范围为：锅炉折焰角以下至锅炉第四层燃烧器中间部位，另外喷燃器周围1.5m范围水冷壁，过热器系统只喷涂全大屏部分面积，具体见表1和如图3所示。

3　纳米陶瓷喷涂实施效果分析

为掌握华电红雁池电厂4号锅炉炉内高温纳米陶瓷覆层炉内喷涂改造效果，于2015年1月对4号锅炉进行了炉内喷涂改造后性能试验。

试验结果表明：

（1）100%额定负荷下，实测锅炉效率为93.16%；80%额定负荷下，实测锅炉效率为92.97%；60%额定负荷下，实测锅炉效率为93.21%。锅炉效率较喷涂前提高了0.8%（具体参数见表2）。

表2　华电红雁池电厂#4锅炉效率计算表

表3　炉内喷涂前后锅炉效率试验结果对比

根据2013年12月对4号炉低氮燃烧器改造后性能试验报告。对比炉内喷涂前后锅炉效率试验结果见下表。通过对比发现，由于喷涂后，炉膛及屏过部分结渣压力减轻，锅炉可降低氧量运行，喷涂后，各负荷实际运行氧量均有下降，对比炉内喷涂前后锅炉效率试验结果，100%额定负荷下，由于运行氧量降低，排烟热损失下降，炉内喷涂后锅炉效率较喷涂前有了一定程度的提高（具体参数见表3）。

（2）喷涂后100%额定负荷下过热器减温水量为3.4t/h，再热器减温水量为0t/h，80%额定负荷下过热器减温水量为3.4t/h，再热器减温水量为0t/h，60%额定负荷下过热器减温水量为2.5t/h，再热器减温水量为0t/h。对比炉内喷涂前后减温水量测试结果，在炉内喷涂高温纳米陶瓷材料后，过热器减温水量减少约25t/h，同比下降约88%。

对比喷涂后11月份和喷涂前7月份数据，2个月份的负荷率均为70%左右，从累计投入的过热器减温水量来看，炉内喷涂后，月度过热器总减温水投入量11月份比喷涂前7月份同比下降75.2%（具体参数见表4）。

炉内喷涂前后月度过热器总减温水投入量对比见下表，由表可以看出，炉内喷涂后，月度过热器总减温水投入量同比下降75.2%（具体参数见表5）。

（3）炉内喷涂高温纳米陶瓷材料后，炉膛沾污和结渣情况明显减轻，炉膛吹灰器投运时长缩短，喷涂后11月份与喷涂前7月份相比，吹灰器累计投运频次下降58.2%。

纳米陶瓷喷涂前后吹灰器投运频率对比，如图3所示。

吹灰器投运时长可在一定程度上反映炉膛水冷壁的沾污和结渣情况，炉内喷涂前后炉膛吹灰器投运时长比较见表6。

为了能够更加直观地了解炉内水冷壁的沾污情况，采用红外热成像仪对炉内水冷壁壁面进行测试。通过热成像图可以看出，位于第一层喷燃器下部的未喷涂区域壁面清洁度比炉膛已喷涂区域差，炉内喷涂高温纳米陶瓷材料明显减轻了炉膛沾污和结渣情况。

为掌握炉膛出口烟温的实际情况，采用光学高温仪通过人孔门对后屏底部烟温进行测量，100%额定负荷下后屏底部烟温为1161℃，低于设计值1280℃。炉内喷涂高温纳米陶瓷材料后，炉膛吸热量增加，炉膛温度降低，具有明显减轻炉膛结渣的作用。

表4　炉内喷涂前后减温水量对比

表5　炉内喷涂前后减温水量对比（一个月累计量）

图3　纳米陶瓷喷涂前、后吹灰器投运频率

图4　#4炉喷涂覆层（壁温440℃）

图5　#2炉未喷涂覆层（壁温670℃）

表6　炉内喷涂前后炉膛吹灰器投运时长比较

（4）因炉内喷涂高温纳米陶瓷材料后，因锅炉吸热量增加炉内烟温降低，且因锅炉结焦情况得到较大的缓解，在锅炉运行调整中适当的降低氧量运行，较大程度的降低了氮氧化物的生成，对喷涂前后锅炉各项运行参数进行统计，可明显反应出喷涂后锅炉氮氧化物较喷涂前有所降低，见表7、表8。

以上表格为纳米陶瓷喷涂前后各负荷段锅炉运行参数，从对参数的统计可反应出应用纳米陶瓷覆层材料后，锅炉SCR入口NOX含量较喷涂前有大幅度降低，其中SCR入口NOX含量平均分别下降26.7%和29%，且由于氮氧化物的降低SCR反应区喷氨量也同等大幅度降低，平均分别下降40%和31%，降低了因喷氨量增加对锅炉空预器粘结灰的影响，相应大幅度降低了喷氨量对脱硝催化剂使用寿命的影响，大大提高了由于脱硝系统的投入对锅炉运行安全性的影响。

4　纳米陶瓷喷涂应用不足之处及改进措施

因纳米陶瓷材料施工在我厂机组小修期间实施，存在施工工期短等问题，实际未能按计划完成1500m2的喷涂作业（其中高过、高再部分没来得及施工），因此，产生以下影响：

（1）100%额定负荷工况下，投运上3层磨煤机，甲侧过热蒸汽温度偏低，仅能达到约530℃；60%额定负荷工况下，投运上部2层磨煤机，甲侧过热蒸汽温度仅能达到约526℃。过热蒸汽温度未能达到额定值。

表7　纳米陶瓷喷涂前锅炉运行参数

表8　纳米陶瓷喷涂后锅炉运行参数

造成目前过热蒸汽温度偏低原因为：炉内喷涂改造后炉膛吸热量增加，炉膛出口烟气温度降低，造成锅炉过热器对流吸热量下降，导致过热蒸汽出口温度偏低，影响了机组的经济性。需通过燃烧调整或保持上层磨煤机运行来提高炉膛出口温度以保证过热汽温尽可能达到额定值。

（2）锅炉实施高温纳米陶瓷材料喷涂区域主要为水冷壁，由于炉壁黑度的增加，锅炉的蒸发量有较大幅度的提高，使炉膛出口烟温有所降低；过热器管壁喷涂量不足，且受热面清洁度较差，导致过热蒸汽温度偏低。为保证过热蒸汽温度不致于偏离额定蒸汽温度过多，运行过程中采取了投运上层磨煤机，抬高火焰中心的运行方式，因此，排烟温度并未得到明显降低。

对于上述影响，原因比较清楚且解决较容易，需在下次锅炉检修中对过热器各受热面进行纳米陶瓷喷涂处理，以解决目前锅炉炉膛与过热器吸热比例失调的问题。

5　结语

通过纳米陶瓷喷涂在华电红雁池电厂#4炉的应用效果分析，一定程度上解决了锅炉水冷壁结焦的问题，提高了锅炉对煤种的适应性。锅炉喷涂后提高了水冷壁的吸热量，降低了排烟温度和减温水量；降低锅炉对吹灰器的投运频率，从而减少了吹灰蒸汽的消耗量；由于喷涂后炉膛黑度的增加，火焰中心的温度降低，减少了热力氮的生成，从而降低锅炉SCR入口氮氧化物含量，使得锅炉SCR区喷氨量大幅减小，减小了对锅炉空预器及尾部烟道的负面影响，提高了锅炉运行的安全性和经济性。

［1］陈涛、金志国.Q/HDHD105002-2012，华电红雁池电厂#3、4炉运行规程［Z］.

［2］甘肃电力科学研究院.华电红雁池电厂4号机组低氮燃烧器改造后性能试验报告［R］.

［3］西安热工研究院.TPRI/TH-RB-016-2015，华电红雁池电厂4号锅炉炉内喷涂高温纳米陶瓷覆层材料工程效果评价试验报告［R］.

Nanometer Ceramic Multiple Coat in Hongyanchi Power Plant of Huadian #4 Boiler Application

QI Ji1，WANG Hong-jun2，GUO Xiao-feng2
（1.Huadian Xinjiang Power Generation Co.，Ltd，Urumqi 830049，China；2.Hongyanchi Power Plant of Huadian Xinjiang Power Generation Co.，Ltd，Urumqi 830049，China）

To improve the safe and economic operation for operation of boiler in thermal power plant；to realize energy-saving and safe；to increase the adaptability of boiler to the coal；to reduce the heating surface of boiler coking；to reduce boiler flue gas temperature and reduce partly the production of nitrogen oxide in boiler outlet，a new type of nano ceramic coating material for the Sai Si Di was used on the boiler heating surface in the Hongyangchi power plant of the China Huadian Corporation.the new material will reduce the heating surface of boiler coking and improve the practicality for the Zhundong coal of xinjiang.The stable operation of the forth generating sets in the Hongyangchi power plant is raising after a period of Operation observation.the achieve the anticipative target has been achieved.

nanometer ceramics；multiple coat；boiler；using

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.005

TG174.4

B

2095-3429（2015）04-0016-05

2015-08-11

修回日期：2015-08-27

齐佶（1976-），男，新疆乌鲁木齐人，大学，高级工程师，从事电厂安全生产管理工作；

王红军（1974-），男，新疆乌鲁木齐人，大学，工程师，从事火电厂生产技术管理工作；

郭晓峰（1980-），男，汉族，新疆乌鲁木齐人，大学，工程师，从事火电厂生产技术管理工作。