納米陶瓷覆層在華電紅雁池電廠#4鍋爐的應(yīng)用

齊　佶，王紅軍，郭曉峰

（1.華電新疆發(fā)電有限公司，新疆烏魯木齊830049；2.華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池電廠，新疆烏魯木齊830049）

納米陶瓷覆層在華電紅雁池電廠#4鍋爐的應(yīng)用

齊佶1，王紅軍2，郭曉峰2

（1.華電新疆發(fā)電有限公司，新疆烏魯木齊830049；2.華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池電廠，新疆烏魯木齊830049）

為進(jìn)一步提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能，增強(qiáng)鍋爐對煤種適應(yīng)性，減少鍋爐受熱面結(jié)焦，防止鍋爐管壁超溫，降低鍋爐排煙溫度，同時(shí)在一定程度上降低鍋爐出口氮氧化物的生成，華電紅雁池電廠在#4鍋爐小修中為鍋爐受熱面噴涂了賽思迪納米陶瓷覆層材料，以減小鍋爐受熱面結(jié)焦和提高燃用新疆準(zhǔn)東煤的適應(yīng)性，通過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，噴涂納米陶瓷后我廠#4爐運(yùn)行較穩(wěn)定，達(dá)到了噴涂所預(yù)期的目標(biāo)。

納米陶瓷；覆層；鍋爐；應(yīng)用

0　引言

華電紅雁池電廠#4鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司制造的DG670/13.7-21型超高壓鍋爐。鍋爐的基本型式是：一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐、Π型布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用管式空氣預(yù)熱器、鋼構(gòu)架。爐膛四周布滿鰭片式水冷壁，頂部為頂棚過熱器，上方布置全大屏過熱器，爐膛出口處布置有后屏過熱器，水平煙道布置對流一級過熱器（高過）和高溫再熱器，尾部豎井中布置中隔墻過熱器，將尾部豎井分成兩部分，低溫再熱器布置在尾部豎井前包墻和中隔墻之間，低溫過熱器布置在尾部豎井中隔墻和后包墻之間，單級省煤器分別布置在過熱器和再熱器的下端，尾部豎井前后為包墻過熱器，兩側(cè)為水冷壁上升管。脫硝SCR反應(yīng)器及管式空氣預(yù)熱器依次布置于尾部煙道上。

華電紅雁池電廠設(shè)計(jì)煤種為鐵廠溝露天煤礦，校核煤種為硫磺溝露天礦煤，設(shè)計(jì)煤種和校核煤種均屬于中等結(jié)渣特性的煙煤。近年來由于煤炭市場發(fā)生變化，鍋爐燃用煤種已嚴(yán)重偏離原設(shè)計(jì)煤種，燃用煤以準(zhǔn)東混煤為主，易結(jié)焦結(jié)渣。尤其低氮燃燒器改造后爐膛高溫區(qū)缺氧燃燒造成還原性氣氛降低了煤灰的熔化溫度，加劇了水冷壁結(jié)焦和還原性腐蝕，使得鍋爐吹灰器投運(yùn)頻繁，減溫水量加大，過熱器超溫等問題尤為突出，降低了鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，更因結(jié)焦造成鍋爐限負(fù)荷運(yùn)行，以及潛在的落渣、爆管等安全隱患，對鍋爐的長周期安全運(yùn)行帶來了巨大負(fù)面影響。因此，華電紅雁池電廠在#4機(jī)組小修中對#4鍋爐部分受熱面噴涂了具有專利技術(shù)的賽思迪納米陶瓷覆層材料，以增強(qiáng)鍋爐對燃用煤種的適應(yīng)性，提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性、安全性和帶負(fù)荷能力。

1　高溫納米陶瓷覆層性能簡介

納米陶瓷覆層是將復(fù)合納米陶瓷覆層材料的漿料噴涂于金屬或非金屬基材表面，經(jīng)過干燥、升溫、固化后形成復(fù)合納米陶瓷薄膜層，并與基材通過化學(xué)鍵方式緊密結(jié)合，能夠全面提升基材表面的物理和化學(xué)特性。自2000年以來，陶瓷覆層材料已經(jīng)在全世界廣泛應(yīng)用，能夠全面改善和提高火力發(fā)電、石油石化、冶金煉化等行業(yè)的鍋爐、加熱爐和窯爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

納米陶瓷覆層施工簡便，材料在成陶后會形成致密、不透水的陶瓷層，在防止沾污結(jié)渣、耐高溫腐蝕（包括氧化性、還原性腐蝕）和增加熱傳導(dǎo)等方面表現(xiàn)優(yōu)異。其特性主要有：

（1）高傳熱能力：低表面能，抗沾污結(jié)渣、積灰；高發(fā)射率，高熱導(dǎo)率；

（2）高耐腐蝕性：結(jié)構(gòu)致密，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，耐高溫腐蝕和表面氧化，針對爐膛還原性氣氛效果更明顯；

（3）高可靠性：優(yōu)秀的附著力，與基材熱脹系數(shù)基本一致；硬度高、耐磨損、高抗熱震能力強(qiáng)。

圖1　納米陶瓷噴涂后效果圖

2　華電紅雁池電廠#4爐納米陶瓷噴涂面積統(tǒng)計(jì)

表1　華電紅雁池電廠#4爐納米陶瓷噴涂面積統(tǒng)計(jì)

圖2　華電紅雁池電廠#4爐納米陶瓷噴涂部位圖示

因受工期、進(jìn)度及其他施工條件影響，本次納米陶瓷噴涂施工范圍為：鍋爐折焰角以下至鍋爐第四層燃燒器中間部位，另外噴燃器周圍1.5m范圍水冷壁，過熱器系統(tǒng)只噴涂全大屏部分面積，具體見表1和如圖3所示。

3　納米陶瓷噴涂實(shí)施效果分析

為掌握華電紅雁池電廠4號鍋爐爐內(nèi)高溫納米陶瓷覆層爐內(nèi)噴涂改造效果，于2015年1月對4號鍋爐進(jìn)行了爐內(nèi)噴涂改造后性能試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）100%額定負(fù)荷下，實(shí)測鍋爐效率為93.16%；80%額定負(fù)荷下，實(shí)測鍋爐效率為92.97%；60%額定負(fù)荷下，實(shí)測鍋爐效率為93.21%。鍋爐效率較噴涂前提高了0.8%（具體參數(shù)見表2）。

表2　華電紅雁池電廠#4鍋爐效率計(jì)算表

表3　爐內(nèi)噴涂前后鍋爐效率試驗(yàn)結(jié)果對比

根據(jù)2013年12月對4號爐低氮燃燒器改造后性能試驗(yàn)報(bào)告。對比爐內(nèi)噴涂前后鍋爐效率試驗(yàn)結(jié)果見下表。通過對比發(fā)現(xiàn)，由于噴涂后，爐膛及屏過部分結(jié)渣壓力減輕，鍋爐可降低氧量運(yùn)行，噴涂后，各負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行氧量均有下降，對比爐內(nèi)噴涂前后鍋爐效率試驗(yàn)結(jié)果，100%額定負(fù)荷下，由于運(yùn)行氧量降低，排煙熱損失下降，爐內(nèi)噴涂后鍋爐效率較噴涂前有了一定程度的提高（具體參數(shù)見表3）。

（2）噴涂后100%額定負(fù)荷下過熱器減溫水量為3.4t/h，再熱器減溫水量為0t/h，80%額定負(fù)荷下過熱器減溫水量為3.4t/h，再熱器減溫水量為0t/h，60%額定負(fù)荷下過熱器減溫水量為2.5t/h，再熱器減溫水量為0t/h。對比爐內(nèi)噴涂前后減溫水量測試結(jié)果，在爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷材料后，過熱器減溫水量減少約25t/h，同比下降約88%。

對比噴涂后11月份和噴涂前7月份數(shù)據(jù)，2個(gè)月份的負(fù)荷率均為70%左右，從累計(jì)投入的過熱器減溫水量來看，爐內(nèi)噴涂后，月度過熱器總減溫水投入量11月份比噴涂前7月份同比下降75.2%（具體參數(shù)見表4）。

爐內(nèi)噴涂前后月度過熱器總減溫水投入量對比見下表，由表可以看出，爐內(nèi)噴涂后，月度過熱器總減溫水投入量同比下降75.2%（具體參數(shù)見表5）。

（3）爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷材料后，爐膛沾污和結(jié)渣情況明顯減輕，爐膛吹灰器投運(yùn)時(shí)長縮短，噴涂后11月份與噴涂前7月份相比，吹灰器累計(jì)投運(yùn)頻次下降58.2%。

納米陶瓷噴涂前后吹灰器投運(yùn)頻率對比，如圖3所示。

吹灰器投運(yùn)時(shí)長可在一定程度上反映爐膛水冷壁的沾污和結(jié)渣情況，爐內(nèi)噴涂前后爐膛吹灰器投運(yùn)時(shí)長比較見表6。

為了能夠更加直觀地了解爐內(nèi)水冷壁的沾污情況，采用紅外熱成像儀對爐內(nèi)水冷壁壁面進(jìn)行測試。通過熱成像圖可以看出，位于第一層噴燃器下部的未噴涂區(qū)域壁面清潔度比爐膛已噴涂區(qū)域差，爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷材料明顯減輕了爐膛沾污和結(jié)渣情況。

為掌握爐膛出口煙溫的實(shí)際情況，采用光學(xué)高溫儀通過人孔門對后屏底部煙溫進(jìn)行測量，100%額定負(fù)荷下后屏底部煙溫為1161℃，低于設(shè)計(jì)值1280℃。爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷材料后，爐膛吸熱量增加，爐膛溫度降低，具有明顯減輕爐膛結(jié)渣的作用。

表4　爐內(nèi)噴涂前后減溫水量對比

表5　爐內(nèi)噴涂前后減溫水量對比（一個(gè)月累計(jì)量）

圖3　納米陶瓷噴涂前、后吹灰器投運(yùn)頻率

圖4　#4爐噴涂覆層（壁溫440℃）

圖5　#2爐未噴涂覆層（壁溫670℃）

表6　爐內(nèi)噴涂前后爐膛吹灰器投運(yùn)時(shí)長比較

（4）因爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷材料后，因鍋爐吸熱量增加爐內(nèi)煙溫降低，且因鍋爐結(jié)焦情況得到較大的緩解，在鍋爐運(yùn)行調(diào)整中適當(dāng)?shù)慕档脱趿窟\(yùn)行，較大程度的降低了氮氧化物的生成，對噴涂前后鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可明顯反應(yīng)出噴涂后鍋爐氮氧化物較噴涂前有所降低，見表7、表8。

以上表格為納米陶瓷噴涂前后各負(fù)荷段鍋爐運(yùn)行參數(shù)，從對參數(shù)的統(tǒng)計(jì)可反應(yīng)出應(yīng)用納米陶瓷覆層材料后，鍋爐SCR入口NOX含量較噴涂前有大幅度降低，其中SCR入口NOX含量平均分別下降26.7%和29%，且由于氮氧化物的降低SCR反應(yīng)區(qū)噴氨量也同等大幅度降低，平均分別下降40%和31%，降低了因噴氨量增加對鍋爐空預(yù)器粘結(jié)灰的影響，相應(yīng)大幅度降低了噴氨量對脫硝催化劑使用壽命的影響，大大提高了由于脫硝系統(tǒng)的投入對鍋爐運(yùn)行安全性的影響。

4　納米陶瓷噴涂應(yīng)用不足之處及改進(jìn)措施

因納米陶瓷材料施工在我廠機(jī)組小修期間實(shí)施，存在施工工期短等問題，實(shí)際未能按計(jì)劃完成1500m2的噴涂作業(yè)（其中高過、高再部分沒來得及施工），因此，產(chǎn)生以下影響：

（1）100%額定負(fù)荷工況下，投運(yùn)上3層磨煤機(jī)，甲側(cè)過熱蒸汽溫度偏低，僅能達(dá)到約530℃；60%額定負(fù)荷工況下，投運(yùn)上部2層磨煤機(jī)，甲側(cè)過熱蒸汽溫度僅能達(dá)到約526℃。過熱蒸汽溫度未能達(dá)到額定值。

表7　納米陶瓷噴涂前鍋爐運(yùn)行參數(shù)

表8　納米陶瓷噴涂后鍋爐運(yùn)行參數(shù)

造成目前過熱蒸汽溫度偏低原因?yàn)椋籂t內(nèi)噴涂改造后爐膛吸熱量增加，爐膛出口煙氣溫度降低，造成鍋爐過熱器對流吸熱量下降，導(dǎo)致過熱蒸汽出口溫度偏低，影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。需通過燃燒調(diào)整或保持上層磨煤機(jī)運(yùn)行來提高爐膛出口溫度以保證過熱汽溫盡可能達(dá)到額定值。

（2）鍋爐實(shí)施高溫納米陶瓷材料噴涂區(qū)域主要為水冷壁，由于爐壁黑度的增加，鍋爐的蒸發(fā)量有較大幅度的提高，使?fàn)t膛出口煙溫有所降低；過熱器管壁噴涂量不足，且受熱面清潔度較差，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度偏低。為保證過熱蒸汽溫度不致于偏離額定蒸汽溫度過多，運(yùn)行過程中采取了投運(yùn)上層磨煤機(jī)，抬高火焰中心的運(yùn)行方式，因此，排煙溫度并未得到明顯降低。

對于上述影響，原因比較清楚且解決較容易，需在下次鍋爐檢修中對過熱器各受熱面進(jìn)行納米陶瓷噴涂處理，以解決目前鍋爐爐膛與過熱器吸熱比例失調(diào)的問題。

5　結(jié)語

通過納米陶瓷噴涂在華電紅雁池電廠#4爐的應(yīng)用效果分析，一定程度上解決了鍋爐水冷壁結(jié)焦的問題，提高了鍋爐對煤種的適應(yīng)性。鍋爐噴涂后提高了水冷壁的吸熱量，降低了排煙溫度和減溫水量；降低鍋爐對吹灰器的投運(yùn)頻率，從而減少了吹灰蒸汽的消耗量；由于噴涂后爐膛黑度的增加，火焰中心的溫度降低，減少了熱力氮的生成，從而降低鍋爐SCR入口氮氧化物含量，使得鍋爐SCR區(qū)噴氨量大幅減小，減小了對鍋爐空預(yù)器及尾部煙道的負(fù)面影響，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

［1］陳濤、金志國.Q/HDHD105002-2012，華電紅雁池電廠#3、4爐運(yùn)行規(guī)程［Z］.

［2］甘肅電力科學(xué)研究院.華電紅雁池電廠4號機(jī)組低氮燃燒器改造后性能試驗(yàn)報(bào)告［R］.

［3］西安熱工研究院.TPRI/TH-RB-016-2015，華電紅雁池電廠4號鍋爐爐內(nèi)噴涂高溫納米陶瓷覆層材料工程效果評價(jià)試驗(yàn)報(bào)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

齊佶（1976-），男，新疆烏魯木齊人，大學(xué)，高級工程師，從事電廠安全生產(chǎn)管理工作；

王紅軍（1974-），男，新疆烏魯木齊人，大學(xué)，工程師，從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作；

郭曉峰（1980-），男，漢族，新疆烏魯木齊人，大學(xué)，工程師，從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。