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1. 燃煤鍋爐 我(wo)國(guo)幅(fu)員(yuan)遼(liao)闊(kuo)煤(mei)炭(tan)資(zi)源(yuan)豐(feng)富(fu),在(zai)上(shang)世(shi)紀(ji)我(wo)國(guo)大(da)多(duo)鍋(guo)爐(lu)均(jun)為(wei)燃(ran)煤(mei)鍋(guo)爐(lu),隨(sui)著(zhe)大(da)家(jia)安(an)全(quan)環(huan)保(bao)意(yi)識(shi)的(de)增(zeng)強(qiang),節(jie)能(neng)減(jian)排(pai)成(cheng)了(le)人(ren)類(lei)的(de)重(zhong)要(yao)課(ke)題(ti)之(zhi)一(yi),隨(sui)著(zhe)政(zheng)府(fu)相(xiang)關(guan)環(huan)保(bao)、節能的法規、條例的推行和實施,國內淘汰了較多鍋爐效率低下的燃煤鍋爐。如今,小型燃煤鍋爐並不常見,但大型燃煤鍋爐(如電廠鍋爐)仍reng在zai國guo計ji民min生sheng中zhong起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong。如ru何he確que保bao燃ran煤mei鍋guo爐lu的de高gao效xiao安an全quan的de運yun行xing成cheng為wei眾zhong多duo專zhuan家jia學xue者zhe研yan究jiu的de方fang向xiang,也ye成cheng為wei國guo內nei眾zhong多duo能neng源yuan化hua管guan理li公gong司si業ye務wu發fa展zhan研yan究jiu方fang向xiang。 2. 燃煤鍋爐爐管應用現狀 我國燃煤鍋爐現狀較為尷尬:出於安全及礦產資源、生sheng態tai環huan境jing的de保bao護hu,我wo國guo關guan停ting了le一yi大da批pi中zhong小xiao型xing煤mei礦kuang,優you質zhi煤mei的de年nian產chan量liang降jiang低di,燃ran煤mei鍋guo爐lu的de燃ran料liao不bu得de不bu接jie受shou劣lie質zhi煤mei的de摻chan入ru,隨sui著zhe煤mei產chan量liang的de降jiang低di,煤mei的de價jia格ge漲zhang幅fu較jiao大da,從cong成cheng本ben上shang考kao慮lv,劣lie質zhi煤mei的de摻chan入ru比bi不bu斷duan增zeng加jia,鍋guo爐lu長chang期qi處chu在zai非fei設she計ji工gong況kuang下xia運yun行xing。 我國爐管的使用壽命、保養周期等都是按優質煤來設計的,劣質煤的摻入使爐管麵臨更為嚴峻的高溫氧化、高溫腐蝕的威脅。多年跟蹤研究誌盛威華高溫塗料專家歸納主要原因為: 1. 劣質煤使煙氣中灰分增加,不可燃的堅硬顆粒狀粉塵量增加,對爐管的磨蝕增加; 2. 劣質煤硫、氟、氯、磷等元素含量高,燃燒後的煙氣更具有腐蝕性; 3. 劣質煤燃燒後焦油量增大,加之粉塵量增加,使得更易形成爐管的結焦; 4. 劣質煤熱值低,存在著火困難、燃燒延遲等弊病,水冷壁附近未燃盡的煤粉顆粒增多,在一些區域造成缺氧,因而容易出現還原性氣氛和腐蝕性氣體; 5. 劣質煤的加入導致爐膛火焰溫度、爐膛溫度場難以出於較為穩定狀態,煙氣中可燃碳含量增加。劣質煤的摻入還有可能帶來鍋爐及鍋爐附屬設施的技改,帶來後續除塵、脫硫等工藝環節滿負荷甚至超負荷運轉。 3. 燃煤鍋爐爐管高溫腐蝕的機理 在燃煤鍋爐中,高溫腐蝕分三種類型:硫酸鹽型、氯化物型和硫化物型。 A. 硫酸鹽型腐蝕:主要發生高溫受熱麵上; B. 氯化物型腐蝕:主要發生在大型鍋爐燃燒器高溫區域的水冷壁管上; C. 硫化物型腐蝕:主要發生在大型鍋爐水冷壁管上; D. 水冷壁的高溫腐蝕通常是由這三種類型腐蝕複合作用的結果。 硫酸鹽型高溫腐蝕的形成機理: 1) 在爐內高溫下,煤中的NaCl中的Na+易揮發,除一部分被熔融的矽酸鹽捕捉外,一部分與煙氣中的SO3發生反應,形成Na2SO4; 2) 易於揮發性的矽酸鹽,與揮發出的鈉發生置換反應,而釋放出來的鉀,與SO3化合,生成K2SO4; 3) 堿金屬硫酸鹽(Na2SO4、K2SO4)有粘性,且露點低,當堿金屬硫酸鹽沉積到受熱麵的管壁後會再吸收SO3,並與Fe2O3、Al2O3作用生成焦硫酸鹽(Na・K)2S2O7; 4) 受熱麵上熔融的硫酸鹽(M2SO4)吸收SO3並在Fe2O3、Al2O3作用下,生成複合硫酸鹽(Na・K)(Fe・Al)SO4,隨著複合硫酸鹽的沉積,其熔點降低,表麵溫升升高; 5) 當表麵溫升升高到熔點,管壁表麵的Fe2O3氧化保護膜被複合硫酸鹽破壞,使管壁繼續腐蝕; 6) 另外,附著層中的焦硫酸鹽(Na・K)2S2O7。由於熔點低,更容易與Fe2O3發生反應,生成(Na・K)3Fe(SO4)3,即形成反應速度更快的熔鹽型腐蝕。 氯化物型腐蝕的形成機理: a) 在爐內高溫下,原煤中的NaCl中的易與H2O、SO2、SO3反應,生成硫酸鹽(Na2SO4)和HCl氣體; b) 同時凝結在水冷壁上的NaCl也會和硫酸鹽發生反應,生成HCl氣體; c) 因此,沉積層中的HCl濃度要比煙氣中的大得多,致使受熱麵管壁表麵的Fe2O3氧化保護膜破壞; d) 有研究表明,這種情況在CO和H2濃度超過一定範圍的強還原性氣氛中則更為強烈。 綜上所述: 燃煤中的S、Cl、K、Na等deng物wu質zhi的de存cun在zai是shi發fa生sheng高gao溫wen腐fu蝕shi的de內nei在zai根gen源yuan。而er燃ran用yong劣lie質zhi煤mei所suo需xu要yao的de氣qi流liu擾rao動dong和he較jiao高gao的de燃ran燒shao溫wen度du,使shi煤mei粉fen火huo焰yan容rong易yi刷shua牆qiang以yi及ji水shui冷leng壁bi附fu近jin可ke能neng出chu現xian還hai原yuan性xing氣qi氛fen,為wei產chan生sheng水shui冷leng壁bi高gao溫wen腐fu蝕shi提ti供gong了le充chong分fen條tiao件jian。對dui此ci誌zhi盛sheng威wei華hua防fang腐fu塗tu料liao研yan究jiu院yuan許xu多duo研yan究jiu工gong作zuo,提ti出chu了le產chan生sheng高gao溫wen腐fu蝕shi的de條tiao件jian,歸gui納na如ru下xia: ü 燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可產生高溫腐蝕的物質; ü 水冷壁附近出現還原性氣氛和腐蝕性氣體; ü 水冷壁腐蝕區域的壁溫在320℃以上; ü 腐蝕產物的剝落,使得腐蝕能不斷地滲透內層。 4. 燃煤鍋爐爐管發生高溫腐蝕的位置特征 在我國大型燃煤鍋爐按燃燒方式劃分可分為: Ø 直流燃燒器四角(四麵)切圓燃燒方式 Ø 旋轉燃燒器水平(對衝)燃燒方式 Ø 拱頂燃燒器W型火焰燃燒方式。 不同的燃燒方式,鍋爐爐管(水冷壁)高溫腐蝕的部位也不同。 直流燃燒器四角(四麵)切圓燃燒方式: zhiliusijiaoqieyuanranshaofangshideranshaoqi,shimuqianwoguodaxingguolucaiyongzuiduodeyizhongranshaoxingshi。erwoguocaiyongribensanlingjishudeshejizhizaodeguolu,youyibufencaiyongdeshisimianqieyuanranshaofangshi。 高溫腐蝕位置:沿一次風流流向,在爐膛中心線附近及下遊的水冷壁壁麵。 腐蝕位置的形成:luneihuoyanxingchengdaxuanwoxuanzhuanshangsheng,yicifengsheliushoushangyouxuanzhuanqiliujiya,luneiqieyuanzengda。dangranshaoqidegaokuanbijiadashi,retaiqieyuanzengda,meifenhuoyanrongyichongshuaqiangbi,daozhishuilengbigaowenfushi。 旋流燃燒器水平(對衝)燃燒方式: 旋流水平燃燒方式的燃燒器通常是前牆或前後牆布置帶一次風回流穩燃和煤粉局部濃度高的低NOx雙調風軸流型式。 高溫腐蝕位置:兩側牆。 腐蝕位置的形成:在靠近兩側的旋流燃燒器出口煤粉易偏向兩側牆,並隨著旋流強度增加,偏轉加劇,因此兩側牆附近易形成還原性氣氛和腐蝕性氣體。 拱頂燃燒器W型火焰燃燒方式: W型(xing)火(huo)焰(yan)燃(ran)燒(shao)方(fang)式(shi)的(de)燃(ran)燒(shao)器(qi),不(bu)論(lun)其(qi)拱(gong)頂(ding)的(de)布(bu)置(zhi)與(yu)結(jie)構(gou),由(you)於(yu)其(qi)煤(mei)粉(fen)氣(qi)流(liu)在(zai)二(er)次(ci)風(feng)的(de)引(yin)射(she)下(xia)基(ji)本(ben)上(shang)與(yu)前(qian)後(hou)牆(qiang)平(ping)行(xing)向(xiang)下(xia)流(liu)動(dong),然(ran)後(hou)轉(zhuan)折(zhe)向(xiang)上(shang),形(xing)成(cheng)W型火焰。 高溫腐蝕位置:前後牆的上部區域。 腐蝕位置的形成:一般來說W型xing火huo焰yan燃ran燒shao方fang式shi煤mei粉fen不bu會hui衝chong刷shua爐lu壁bi,但dan如ru果guo一yi次ci風feng噴pen口kou位wei置zhi不bu對dui,或huo者zhe一yi次ci風feng動dong量liang和he射she流liu擴kuo展zhan角jiao偏pian大da時shi,煤mei粉fen也ye會hui衝chong刷shua前qian後hou牆qiang的de上shang部bu區qu域yu,造zao成cheng高gao溫wen腐fu蝕shi,尤you其qi是shi衛wei燃ran帶dai脫tuo落luo的de部bu位wei。 大型鍋爐是否存在高溫腐蝕的經驗推斷依據: 大型鍋爐是否存在高溫腐蝕除了通過現場停爐觀察確定外,我們還可以根據燃煤含硫量、水冷壁附近富氧量、水冷壁溫度等去推斷: 1) 燃煤中的Sar≥0.7%; 2) 水冷壁附近O2≤2%; 3) 腐蝕區域的水冷壁,管壁溫度>320℃。 5. 目前預防高溫腐蝕的措施概述 我國目前防止燃煤鍋爐爐管高溫腐蝕的方法基本還停留在對設備自身或燃燒技術、參數的調整試驗階段。改變爐管材質,用耐高溫、高溫耐腐蝕的特種鋼材替代原有材料從經濟及施工難度的角度看很難實現,通過調整火焰形狀、采用二次風引導保護等措施效果並不明顯,且我國幅員遼闊,各地區采用的燃煤不盡相同,煤的質量特別是有害元素如S、Cl、F、Na、K、P等含量也有較大差異,熱值、摻入比各鍋爐都不同,因此每個鍋爐都是單獨的個體,成功的方案隻能用於參考而不能完全複製並取得預想的效果。 結合我國鍋爐特征、燃煤特征,高溫腐蝕的風險必然存在,預防高溫腐蝕的研究勢在必行意義深遠。對爐管進行塗覆改造將爐管與還原性氣氛、S、Cl等高溫腐蝕物質有效隔離是一個不錯的研究方向。 在zai一yi些xie電dian廠chang高gao溫wen鍋guo爐lu,曾zeng采cai用yong金jin屬shu熱re噴pen塗tu的de方fang式shi解jie決jue高gao溫wen腐fu蝕shi問wen題ti,然ran而er,因yin為wei高gao溫wen熱re噴pen塗tu固gu化hua太tai快kuai幾ji乎hu沒mei有you流liu平ping時shi間jian,施shi工gong完wan畢bi的de金jin屬shu塗tu層ceng表biao麵mian存cun在zai很hen多duo氣qi孔kong缺que陷xian,這zhe些xie氣qi孔kong可ke直zhi達da鍋guo爐lu爐lu管guan,難nan以yi做zuo到dao全quan麵mian致zhi密mi的de防fang腐fu物wu質zhi隔ge離li,雖sui可ke改gai善shan爐lu管guan的de耐nai磨mo性xing,但dan並bing不bu能neng有you效xiao阻zu止zhi高gao溫wen腐fu蝕shi的de發fa生sheng。 qishi,zaishijishengchanzhong,luguandemoshiwentifashengdebingbuduo,moshibingbushibenyanjiudezhongdian,jiyuzheyiyaoqiuhetiaojian,wanquankeyicaiyongnaigaowentuliaolaihuanjie、解決這一難題,國內專業的鍋爐防腐廠家北京誌盛威華化工有限公司塗料質量水平高。 6. 高溫塗料必須具備的功能 結合我國大多燃煤鍋爐的燃料煤、燃燒方式,要想做到通用型防腐即一種防腐材料能適合大多數爐型(循環流化床鍋爐屬於特殊的燃煤鍋爐,不在此討論),則需要用最嚴苛的工況條件對防腐材料提出功能要求。由此我們認為高溫塗料必須具備以下功能: A. 能長期耐溫600℃(20號鍋爐鋼使用規範,管壁溫度不能超過500℃); B. 能短期承受明火衝刷; C. 成膜致密,且與被塗覆表麵具有良好的附著力; D. 在燃氣鍋爐正常使用時,能抗住因負荷調整帶來的熱振; E. 塗層具有一定的耐磨、耐粉塵衝刷性; F. 能耐S、Cl、少量的F等酸或鹽或熔融鹽的高溫腐蝕及冷凝後露點腐蝕; G. 漆膜必須光滑,具有一定的防靜電吸附、防結焦功能; H. 漆膜不應影響爐管的正常換熱; I. 好施工、易維修、有效使用壽命長。 7. 高溫塗料在國內鍋爐中應用現狀 目前國內燃煤鍋爐爐管耐高溫塗料的生產、銷售廠家並不多,國內以北京誌盛威華化工有限公司為代表,也是化工塗料行業技術的領頭羊。國際品牌主要有RSI等。RSI主要以高溫節能塗裝為主,誌盛威華的高溫塗料產品覆蓋了:高溫防腐、高溫節能、煙氣防腐、中低溫煙氣防腐、漿液池防腐等等,該公司為軍工改製單位,大多核心技術源於軍工,在國際高溫防腐界、特種防腐界具有一定的影響力。 在燃煤鍋爐爐管高溫防腐研究中,科研機構及大型鍋爐使用業主對腐蝕特性、耐高溫塗料特性進行了科學細致的實驗室測試,在確定了該技術理論上的可靠性後,2017年6月,北京瑞豐偉業實業有限公司接受委托在貴州某電廠2#爐水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器上采用北京誌盛威華化工有限公司研發生產的ZS-722耐酸導熱防腐塗料,進行了實際施工和防高、低溫腐蝕功能測試,經過兩年的實際應用,該塗料的應用效果良好,該電廠所在集團公司決定在全集團進行該技術的推廣。 8. ZS-722耐酸導熱防腐塗料的特性 北京誌盛威華化工有限公司研發生產的ZS-722耐酸導熱防腐塗料是基於軍工技術專門針對高溫下即需要傳熱有需要防腐、防氧化的特種塗料,可長期耐溫750℃。 ZS-722耐酸導熱塗料成膜物:自產,以特殊工藝製備的鈍化鋁溶膠與矽酮樹脂高溫螯合製備而成的無機-有機嫁接耐高溫樹脂為主要成膜物; ZS-722耐酸導熱塗料顏填料:將碳化矽、導熱石墨、氮化硼、碳化鋁、石墨碳管、三氧化鉻、氯化鋁、sanjulinsuanlvdenggongnengyantianliaozaigaowenxiayanmo,zaicigongyixiayishangyantianliaofashengjiegouzhongzu,shizhibeidetuliaozaichengmohouxingchenglitiwangzhuangdaoretixi,tongshiyantianliaodehuaxueduoxing、重組後的均一屏蔽性大大加強了塗層的抗滲透抗腐蝕性能,使塗層具備了爐管使用的功能基礎。 ZS-722耐酸導熱塗料基本參數:

在鍋爐爐管上使用理論支持基礎: A. 耐溫性:該塗料耐溫750℃,而水冷壁等爐管材質為G20,按GB/3087-82中規定G20可用在壁溫≤500℃的受熱麵管子、壁溫≤450℃的蒸汽管路及集箱。而12Cr2MoWVTiB即鋼研102在鍋爐領域往往用來製作過熱管,其使用溫度要求為壁溫≤600℃,顯然在耐溫上ZS-722耐溫750℃,耐溫極限大於目前極端爐管的使用溫度,具備在鍋爐高溫環境的使用條件; B. 耐明火衝刷性:該塗料導熱性良好,可迅速將明火衝刷的熱量傳遞給爐管,不會造成熱量聚集、超溫; C. 塗層致密性:ZS-722為(wei)雙(shuang)組(zu)份(fen)交(jiao)聯(lian)常(chang)溫(wen)固(gu)化(hua),施(shi)工(gong)後(hou)塗(tu)層(ceng)具(ju)有(you)流(liu)動(dong)性(xing),固(gu)化(hua)後(hou)即(ji)可(ke)形(xing)成(cheng)立(li)體(ti)網(wang)狀(zhuang)致(zhi)密(mi)塗(tu)層(ceng),其(qi)耐(nai)酸(suan)堿(jian)浸(jin)泡(pao)性(xing)試(shi)驗(yan)也(ye)是(shi)其(qi)致(zhi)密(mi)性(xing)的(de)驗(yan)證(zheng)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi); D. 塗層具有抗熱振性:ZS-722導熱良好,一般建議層膜厚度為≤300μm,在薄塗、導熱良好、線膨脹係數與鋼材處於同一數量級等性能的支撐下,塗層抗熱振性良好; E. 塗層具有一定的耐磨性:ZS-722成膜後硬度>4H,雖不及鋼鐵耐磨,但焚燒後旋流狀的煙氣的摩擦方式接近滾動摩擦,ZS-722的硬度足夠應對; F. 耐化學腐蝕性:ZS-722無論是成膜樹脂還是功能顏填料均為惰性材料,極具耐化學腐蝕性; G. 塗層光滑:ZS-722塗層具有自流平性,在成膜時塗層光滑且具有較小的表麵張力,可有效減少結焦; H. 塗層不影響正常換熱:ZS-722塗層導熱係數為50W/m.k,雖比鋼材的導熱係數低,但塗層具有0.85的熱輻射吸收率,而鋼鐵熱輻射吸收率僅為0.76左右,在此情況下,塗層不會影響正常換熱; I. 塗料應易施工、易修補、防護期長:ZS-722塗tu料liao在zai設she計ji之zhi初chu便bian考kao慮lv了le其qi塗tu裝zhuang及ji維wei修xiu的de便bian利li性xing,其qi開kai桶tong性xing狀zhuang與yu常chang見jian的de雙shuang組zu份fen油you漆qi相xiang似si,施shi工gong及ji修xiu補bu工gong藝yi大da致zhi與yu常chang規gui油you漆qi的de施shi工gong工gong藝yi相xiang同tong及ji其qi簡jian單dan便bian利li,塗tu層ceng的de防fang腐fu性xing能neng、良好的附著力決定了塗層防護的長效性。 9. 塗層應用效果 北京瑞豐偉業實業有限公司未對貴州某電廠2#爐改造前,2#爐鍋爐效率低下約83%,爆管非停成為常態,最多的一年達到了4ci,jingzhenduangailubaoguanjunyingaowenfushizaocheng。zheyugaigongsicaiyongdeliezhimeiyouguan,gailucaiyongsimianqieyuanranshaofangshi,weikefujubugaowenyanghua,gailuweirandaibianbulutangzhongxinxianshangxiaquyu,suiduociduihuozui、衛燃帶進行技改,但該爐每年還會出現局部爐管高溫氧化減薄、應力裂紋、層狀可剝落性氧化皮附著等問題。 在2017年6月大修,該爐在爐膛中心線上下各6米的區域進行了ZS-722的防高溫氧化塗裝,同時拆除部分衛燃帶。經過技改後,該爐鍋爐效率上升至89%,爐(lu)管(guan)使(shi)用(yong)正(zheng)常(chang),一(yi)年(nian)後(hou)進(jin)行(xing)開(kai)爐(lu)檢(jian)修(xiu),除(chu)緊(jin)鄰(lin)衛(wei)燃(ran)帶(dai)的(de)個(ge)別(bie)爐(lu)管(guan)側(ce)方(fang)因(yin)煙(yan)氣(qi)粉(fen)塵(chen)回(hui)流(liu)造(zao)成(cheng)非(fei)露(lu)底(di)性(xing)塗(tu)層(ceng)損(sun)耗(hao)外(wai),塗(tu)層(ceng)正(zheng)常(chang),在(zai)對(dui)有(you)損(sun)耗(hao)的(de)塗(tu)層(ceng)進(jin)行(xing)修(xiu)複(fu)補(bu)塗(tu)後(hou),該(gai)爐(lu)運(yun)行(xing)至(zhi)2019年9月開爐大修,進爐檢查,漆膜完整,除少量爐灰粘附外無明顯變化。 通過此測試塗裝的實施,驗證了ZS-722塗料對高溫爐管抗高溫氧化、腐蝕的有效性,大力推行該材料在大型燃煤鍋爐中的應用具有極高的經濟、安全意義。 1. 高溫塗料在工業發展中的意義 隨著工業的進步,很多產品、材料的製備都離不開高溫工況,無論是國內外,大多防腐材料廠商在早期進行的大多是常溫狀態的防護研究,對於高溫工況、高溫腐蝕、高gao溫wen氧yang化hua等deng缺que乏fa係xi統tong科ke學xue的de了le解jie和he理li論lun,隨sui著zhe高gao溫wen工gong業ye時shi代dai的de來lai臨lin,工gong業ye需xu求qiu再zai一yi次ci對dui防fang腐fu材cai料liao廠chang商shang提ti出chu了le一yi個ge個ge新xin的de課ke題ti,作zuo為wei專zhuan業ye高gao溫wen防fang護hu研yan究jiu的de北bei京jing誌zhi盛sheng威wei華hua化hua工gong有you限xian公gong司si在zai近jin三san十shi年nian的de研yan究jiu經jing驗yan上shang不bu斷duan開kai發fa、推出高溫工況的防護保護塗料,公司開發出的耐溫3000℃的耐高溫抗氧化塗料更是活躍在軍工領域。 誌盛威華公司目前擁有11大類近90多種特種塗料,安全、專業、有效、可靠是該公司產品的特點,產品可用領域涵蓋了高溫防腐、高溫節能、高溫絕緣、高溫粘合、特種防腐等重工業及與之相關的領域,大多塗料可耐明火衝刷,在施工過程中即使電焊也不著火(如用在脫硫塔、煙囪煙道防腐的ZS-1041煙氣防腐塗料等),堪稱安全高效實用塗料典範。 2. 結語 suizhekejidefazhan,henduobukenengbianchenglekeneng,nengyubunengyanzhishijian,zhengyinrucibizhecaizhuanxieciwenjiangdianfudajiarenzhidegaowentuliaochenggongyingyonganlituijiangeidajia。yexiangjiezhubenwenranggengduoderenquchangshi、相信新的技術、新的理念,讓科技興國有更好的土壤。 何睿:碩士學位,化工專業,北京誌盛威華化工有限公司技術部總工,從事高溫塗料和防腐塗料技術應用已有20年的經理,對材料、工藝、化工等學科有高度整合。
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