（123新疆清大赛思迪新材料科技有限公司；4新疆天龙矿业股份有限公司）
一、概述
某矿业1号炉为华西能源工业股份有限公司生产的超高压、一次中间再热、单炉膛、燃烧器四角布置切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型自然循环汽包锅炉。锅炉型号HX-670/13.73-Ⅱ4。该炉于2013年底建成投产。
制粉系统为中速磨冷一次风机正压直吹式，每台锅炉配用4台磨煤机，每台磨煤机供一层半燃烧器，三用一备，磨煤机型号为HP-823。煤粉燃烧器采用四角布置切向燃烧、喷嘴固定式直流燃烧器，所有一次风喷口均采用百叶窗式水平浓淡燃烧器。在燃烧器顶部设置顶二次风喷口（即OFA喷口），喷口反切15度，形成逆向旋转气流，以降低炉内气流的残余旋转，减少炉膛出口处两侧烟温的偏差。该炉于2017年1月进行低氮燃烧器改造工作，为进一步降低炉膛出口的氮氧化物的含量，低氮燃烧器改造设计将原有一次风喷口间距由1530mm降低至1330mm，低氮燃烧器改造后火焰中心更加集中，炉膛温度更高，使锅炉水冷壁区域结焦程度更趋严重。低氮燃烧器改造中将喷燃器区域二次风喷口截面减小，在上二次风喷口以上5.2米处加装4层低氮燃烧器的燃尽风，在燃烧器区域实行低氧燃烧，以减少氮氧化物的生成，在上部补充燃尽风使未燃尽的煤粉进一步燃尽。
四层SOFA风，通过深度空气分级，形成下部富燃缺氧燃烧控制NOx，上部富氧燃烧控制飞灰含碳量的燃烧格局，大幅降低NOX排放。4层SOFA为3用1备，可根据实际情况选择运行层。重新分配二次风，保证主燃区空气系数0.80左右。
该炉自2013年投产以来，为降低公司的发电成本，掺烧部分五彩湾产结焦性强、灰熔点低的高钠煤。为保证锅炉的安全运行，掺烧五彩湾煤的比例一直控制在40%以下。由于五彩湾高钠煤和乌东低钠煤有一定的差价，为降低燃煤的成本，天龙矿业采用清大赛思迪新材料科技有限公司CesTec纳米陶瓷覆层材料对炉膛进行喷涂改造，以此来提高掺烧五彩湾煤的使用量。纳米陶瓷表面材料技术的极低的表面能，能够有效减轻受热面沾污结渣并抵御高温腐蚀。联合国环境发展署2006年的低碳指南指出，施用纳米陶瓷涂层是提高炉体安全、高效、节能、环保的有效解决方案，是解决上述共性问题的关键技术。
二、纳米陶瓷特性
1、纳米陶瓷材料组成
CesTec型纳米陶瓷其基本元素组成为氮碳硼硅及稀土氧化物。其致密的陶瓷层为化学惰性材料、具有耐腐蚀、抗沾污结渣、耐冲蚀磨损、高硬度、高热导率、高黑度的综合特性，基于纳米陶瓷表面材料关键技术、结合燃烧调整手段，应用于锅炉受热面可全面提升锅炉运行的安全与经济性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2、耐高温腐蚀
炉内高温环境下，硫氯钠钾等腐蚀性介质会与受热面金属基材发生化学反应，近年来随着煤粉低氮燃烧的广泛采用，传统的金属高温氧化钝化表面层技术保护失效。而致密的化学惰性的纳米陶瓷层与炉内高温烟气中的腐蚀性物质不发生化学反应，从而屏蔽了腐蚀性介质对金属受热面的高温腐蚀、并可有效抵御侵蚀冲蚀磨损，其耐还原性气氛高温腐蚀侵蚀的综合性能是碳钢和合金钢的10倍以上。
3、抗沾污结渣
锅炉受热面的沾污结渣是一个复杂的物理化学过程，与锅炉入炉燃料、锅炉负荷、煤粉粒度、锅炉配风及燃烧调整、炉内局部气氛（氧化或还原性气氛）、温度场以及受热面材料的化学和表面物理特性等直接相关。结焦结渣过程主要是由于超过灰熔点温度的熔融灰渣，在受热面表面冷却粘附沉积，随着富含碱金属、碱土金属以及铁铝等熔融硅酸盐焦渣层的不断附着增厚（受热面导热热阻增大）并到达一定程度后，焦渣的重力将与灰渣与炉管表面的粘附力平衡被打破，形成大块焦渣脱落，然后重复上述动态过程。
熔融灰渣温度通常在1100℃以上，锅炉负荷升高以及高温腐蚀对结焦结渣形成具有促进作用，受局部空气急冷作用更会加剧大块结焦结渣的形成，炉内还原性气氛会降低灰熔点温度约50-180℃，从而加剧沾污结渣和高温腐蚀倾向。
4、提高传热能力
炉管金属的热导率为35-75W/m/K，纳米陶瓷的热导率约为25W/m/K，灰渣的传热系数通常在2-7W/m/K，导热热阻与灰渣层厚度成正比。相同锅炉负荷、煤质等同等条件下，由于施用纳米陶瓷的炉管减少了沾污结渣层厚度，相应喷涂部位的导热传热能力提升30%。
三、项目解决的方案（CesTec纳米陶瓷盾解决方案建议）
为降低脱硝装置的负担和减少脱硝装置的喷氨量，锅炉进行低氮燃烧器改造工作，为使低氮燃烧器改造后降低锅炉结焦的可能性，增加五彩湾高钠煤的掺烧量，降低天龙矿业的发电成本，天龙矿业决定使用清大赛思迪公司的CesTec陶瓷盾解决方案。在锅炉水冷壁大部分区域和部分屏式过热器表面喷涂1300m2纳米陶瓷覆层材料，利用其优异的抗结焦结渣、增加热传导和耐高温腐蚀等特性，解决目前天龙矿业1号200MW机组锅炉所存在结焦结渣、锅炉五彩湾煤种掺烧比例偏低、锅炉效率下降的问题。
四、结论
该200MW超高压锅炉机组水冷壁管大面积喷涂后，在低氮燃烧器改造后一次风喷口间距缩小200mm的不利情况下，五彩湾高钠煤掺烧比例由原来的40%提高到65%以上，锅炉运行正常。燃烧器区域水冷壁挂渣情况明显减轻，提升了改造区域抗沾污结渣能力，有效提升了锅炉运行的安全经济性能，为安全生产提供了技术保障，具有良好的改造效果。
通过纳米陶瓷喷涂在1号炉的应用效果分析，一定程度上解决了锅炉大幅度提高五彩湾高钠煤水冷壁结焦的问题，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，提高了锅炉运行的安全性和经济性。
论文作者:张仰恒1,孙荣祥2,丁永杰3,管家祥4
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/14
标签：锅炉论文; 结焦论文; 纳米论文; 燃烧器论文; 陶瓷论文; 炉膛论文; 水冷论文; 《电力设备》2018年第5期论文;