“涂层”打破困境!新型涂料处理高碱煤发电问题

作为中国的煤炭仓库，新疆占全国煤炭能源预测储量的40.6%，其中准东高碱煤储量约3900亿吨，是全国能源供应保障的重要支撑。在甘肃、新疆、青海、内蒙古、宁夏等省沙戈荒新能源基地建设和绿色电力外卖系统中，具有深度峰值调节能力的先进煤电机组在调节电力支撑系统方面发挥着关键作用。在火力发电领域，燃煤成本占总发电成本的70-80%，这直接关系到发电厂的经济效益。燃用低成本准东高碱煤已成为调节火力发电和常规煤电利润的重要途径。

2024年，新疆煤炭运输量超过1.39亿吨，运输范围逐步扩大到华中地区和两湖一江，为国家能源保障提供支持。然而，新疆准东高碱煤容易造成锅炉结焦、高温腐蚀、爆裂、高煤耗、低热效率等问题，严重影响电站锅炉的安全性和经济性。炉膛结构改造、燃烧参数调整、高岭土混合燃烧、热喷涂防护等传统方法并没有真正解决行业问题。

近年来，中国科学院兰州化学物理研究所资源化学与能源材料研究中心低碳能源材料集团高祥虎研究员团队致力于大型电站锅炉辐射受热表面保护和节能增效的关键技术研究，重点研究新疆高碱煤。该团队开发的纳米高熵保护和节能增效陶瓷涂料突破了陶瓷材料防结焦、耐高温腐蚀、红外增效、导热率高、热膨胀系数可调等关键技术。同时，它具有降低煤耗、提高煤种适应性的多功能特点，能够满足大型峰值调节电站和其他常规电站的使用需求。20220220年，该技术在中国得到了很好的应用

近日，在华能兰州西固热电有限公司和西安热工研究院的大力支持下，该团队首先完成了165MW机组的数值模拟。结果表明，四角切圆形锅炉炉内燃烧烟气的温度分布曲线处于正态-双曲线状态，中间燃烧区温度高，炉底和炉膛出口温度低，最高燃烧温度始终分布在主燃烧和主燃烧区因此，SOFA之间的主要喷漆区域是主要燃烧区域 SOFA区域。

随后，该团队在165MW机组开展了纳米高熵陶瓷涂层的全炉辐射受热面应用。西安热工研究院能效测试结果显示，设备在炉内使用5个月后，炉内没有明显的焦化和高温腐蚀。通过比较喷漆前后的测量数据，炉内有效吸热平均值在高、中、低负荷下增加5.19%，冷却水总量减少2.6%t/h，排烟温度降低4.5℃，炉渣物理热损失降低0.21%，锅炉热效率提高0.46%，煤耗降低1.5%g/kWh。1000MW煤电机组每年节约13140吨煤炭。此外，纳米高熵陶瓷涂料的喷漆有效缓解了高温氧化和损坏的风险，提高了机组煤种的适应性。

“研究结果表明，纳米高熵陶瓷涂层具有显著的抗结焦、耐高温腐蚀、节能增效的特点，为调峰煤电和常规煤电机组的炉膛防护提供了有效的策略，燃烧准东高碱煤。”高祥虎表示，该项目的研究成果将向甘肃、新疆、青海、内蒙古、宁夏等地推广辐射，为中国煤电向基础、支撑、调节电源转型和新疆高碱煤清洁高效利用提供技术支持。