CN108265293A - 带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统 - Google Patents

Abstract

一种高温加热设备技术领域的热动力系统，特别是带有金属陶瓷纳米涂层的系统。包括高温基材管道、高温基材炉膛、金属陶瓷纳米涂层材料，金属陶瓷纳米涂层材料喷涂于高温基材管道和高温基材炉膛的表面，形成排列有序的无机纳米涂层。本发明改变了金属基材表面的结构和化学组成，仅0.05mm厚度的涂层能显著提高金属基材各方面的性能水平，使其具有更好的导热性、耐高温性、耐腐蚀和耐磨损性能，金属陶瓷纳米涂层通过化学键力与基材紧密结合，保护金属基材免受氧化和腐蚀。本发明设计合理，机构简单，适用于工业设备、发电设备、船舶动力设备、民间供暖设备中热动力系统的优化设计。

Description

带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统

技术领域

本发明涉及的是一种属于高温加热设备技术领域的热动力系统，特别是一种带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统。

背景技术

在现代工业实践中，金属材料的导热性能成为了工业技改的需要解决的主要难题之一。材料科技的发展给现代工业发展提供了重要支柱。近些年来国际上多家科技企业在研发、制备新型钢材上取得了一定的进展，但出于商业及国际间的保密原因，往往开发的成果也只能在很小的范围中得到应用。金属陶瓷是一种由金属或合金与一种或多种陶瓷相组成的的复合材料。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。广泛应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等领域的超高性能开发。

我们知道，工业生产中依赖于各种燃料制造动力。在这些燃料中，具有高热值的高硫煤、含硫的燃油等长期供应于各种锅炉设备中使用。然而、高硫含量带来了非常大的负面作用，造成炉内高温腐蚀、积灰结渣等现象十分严重，并且造成锅炉管吸热性能严重降低，排烟温度升高，SO₂、NO₂排放量高，形势异常严峻。积灰结焦和炉渣问题长期以来就像锅炉的顽症，长期以来多靠人工、高压水枪喷除，但产生热应力冲击、管路破坏会导致严重安全事故。而一些国内的防结焦产品，去除结焦结渣不当，可能会砸坏水冷壁管，造成非常严重的安全事故。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统，将含有金属陶瓷复合相的涂层材料喷涂于高温基材表面之后，可在基材表面沉积的排列有序的无机涂层，改变了金属基材表面的结构和化学组成，将金属基材的性能显著提高，具有更好的导热性、耐高温性、耐腐蚀和耐磨损性能，且在高温下长久使用不会发生爆裂、剥落和开裂现象。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括高温基材管道、高温基材炉膛、金属陶瓷纳米涂层材料，金属陶瓷纳米涂层材料喷涂于高温基材管道和高温基材炉膛的表面，形成排列有序的无机纳米涂层，无机纳米涂层为连续致密的抗氧化膜层；金属陶瓷纳米涂层材料与基材见形成化学键力并与基材紧密结合；高温基材由一种金属或多种合金组成；金属陶瓷纳米涂层厚度为0.01mm至2mm，最高耐温为1300摄氏度。

进一步地，在本发明中，高温基材管道和高温基材炉膛为工业设备、发电设备、船舶动力设备、民间供暖设备中的高温传热管道和高温放热炉膛。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：设计合理，结构简单，为工业、电站、商用、民用等锅炉的技术改造和技术升级提供了独特的解决方案。其对于现有的燃煤锅炉，它可以消除高硫煤带来的高温腐蚀、结焦结渣等一系列问题，并且将燃煤量降低5%、将锅炉的传热性能提高15%以上，增加了发热量。从长远来看，可以弥补采用低硫煤作为燃料的发热量的不足，从而也降低SO₂、NO₂的排放，改善了环境。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

其中：1、发电锅炉，2、粉煤燃烧器，3、过热器，4、省煤器，5、空气预热器，6、金属陶瓷纳米涂层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本发明包括发电锅炉1、粉煤燃烧器2、过热器3、省煤器4、空气预热器5、金属陶瓷纳米涂层6，粉煤燃烧器2、过热器3、省煤器4、空气预热器5依次布置在发电锅炉1的炉膛内，发电锅炉1的内壁、过热器3的换热管道、省煤器4的换热管道、空气预热器5的外壁面上均涂有金属陶瓷纳米涂层6。

在有碱金属硫酸盐气氛的高温条件下，生成硫化物FeS,使普通的管材壁面受到硫的腐蚀，使管材壁厚减薄，引起锅炉受热面泄漏；同时，炉膛中的灼热灰渣与未燃尽的煤粉冲刷到水冷壁、过热器等辐射受热面上、呈液态或半液态粘附着，结成紧密的灰渣层在遭受腐蚀的管材壁面不断沉积，形成了难以去除的积灰结焦层。而涂覆金属陶瓷纳米涂层的管壁表面具有连续致密的抗氧化膜层，阻止了硫化物和氧的渗入引起金属表面腐蚀，同时表面抗结焦性使积灰层无法粘结形成大块结焦，在锅炉管及其他易结焦部位产生很薄的积灰层的时候，受重力作用脱落，从而避免了硫酸钠、硫酸钙等基本结焦物质的出现。

高硫煤虽然能提供较高的热值，但以高腐蚀、结焦结渣作为代价，造成锅炉管辐射率和传热性能严重降低，从而使排烟温度升高、排烟热损失增加，最终导致能耗增加。锅炉管的辐射率和传热性能是影响锅炉能效的重要指标。无论是燃煤锅炉还是燃油燃气锅炉，普通锅炉管的辐射率为0.8，如果受氧化腐蚀和结焦结渣影响，燃烧工况恶化，还会使锅炉管导热系数降低，传热性能进一步降低，加速了管材的高温损坏。一些有抗腐蚀作用的热喷涂涂料虽然有一定的抗结焦性能，但吸热率低，传热性能差，并不利于提高锅炉的能效。和热喷涂陶瓷涂料比起来，具有高辐射率的金属陶瓷纳米涂层不仅不会破坏锅炉管本身的完整性，不会妨碍到今后的锅炉维护工作；尤其是还可以提高锅炉的传热性能，提高锅炉效率。实验证明：金属陶瓷纳米涂层将锅炉管热辐射从80%提高至94%，吸热率比普通裸管平均提高8.9%，比等离子涂层管平均高22%。

Claims (2)

1.一种带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统，包括高温基材管道和高温基材炉膛，其特征在于还包括金属陶瓷纳米涂层材料，金属陶瓷纳米涂层材料喷涂于高温基材管道和高温基材炉膛的表面，形成排列有序的无机纳米涂层，无机纳米涂层为连续致密的抗氧化膜层；金属陶瓷纳米涂层材料通过化学键力与基材紧密结合；高温基材由一种金属或多种合金组成；金属陶瓷纳米涂层厚度为0.01mm至2mm，最高耐温为1300摄氏度。

2.根据权利要求1所述的带有金属陶瓷纳米涂层的热动力系统，其特征在于所述高温基材管道和高温基材炉膛为工业设备、发电设备、船舶动力设备、民间供暖设备中的高温传热管道和高温放热炉膛。