CN113248982A - 一种采用纳米级材料制成的非晶防结焦防腐节能涂层 - Google Patents

一种采用纳米级材料制成的非晶防结焦防腐节能涂层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米防腐涂层技术领域，且公开了一种非晶防结焦防腐节能涂层，通过在墙式再热器喷涂黑体材料，防范低负荷下再热蒸汽欠温情况的发生，同时也进一步降低排烟温度，防止过热器超温。因黑体材料为非金属材料，喷涂在金属管壁表面后，会在管壁形成一层光滑致密的涂层，通过黑体材料自身的高致密特性以及不与高温烟气反应的惰性作用，使喷涂部位与高温烟气有效隔离，消除金属管壁高温腐蚀的发生。

Description

一种采用纳米级材料制成的非晶防结焦防腐节能涂层
技术领域
本发明涉及纳米防腐涂层技术领域，具体为一种采用纳米级材料制成的非晶防结焦防腐节能涂层。
背景技术
黑体材料技术是一种针对锅炉受热面实施的改性节能技术，即在不改变锅炉原有结构和任何部件的情况下，通过对炉膛受热面喷涂黑体技术材料，改善锅炉在燃用现有煤种条件下的运行工况，其基本特性原理如下：
(1)优化传热：提高水冷壁黑度，增加辐射换热，传热学认为：物体的黑度越大，对辐射电磁波的吸收率就越大。通常水冷壁的黑度在0左右，深度增效技术的涂层黑度为0.93，能更多吸收辐射电磁波并使其转化为热能。水冷壁以辐射换热为主，提高黑度会增加水冷壁的换热量，相应降低炉膛出口烟温和排烟温度。
(2)防结焦特性：材料导热系数低，纳米改性后表面能小、不沾污，我们防止结焦的原则是消除结焦的被动条件，即：使焦渣不易生长和附着。黑体材料技术是在水冷壁表面涂覆涂层，因材料导热系数很低，使熔融灰粒接触涂层表面时放热凝固的过程变缓，不易凝结成焦；同时该材料经纳米改性加工后具有表面能小的特性，使得焦粒很难黏附在壁面，极大减轻了水冷壁的沾污。涂覆材料后，原发生结焦的水冷壁即使有少量结焦，也因材料的表面能小，焦块较小时就会自行脱落，无法形成大块的结焦。同时，提高水冷壁的吸热量，相应降低炉膛出口烟温，可有效减轻炉膛上方及水平烟道受热面的结焦。
(3)强化燃烧：改变辐射特性，增加燃尽程度，辐射化学研究表明，物质在一定温度下对电磁波的吸收和发射都带有自身的频谱特征。改造后涂层使炉膛内辐射的电磁波特性发生了改变，具有涂层材料特性的电磁波，选择性的不被炉膛中的三原子气体吸收，使更多的热能作用于煤粉中的含碳有机质(固定碳)，提高其能级，加快化学反应速度，最终提高燃尽程度。
(4)防止高温腐蚀：改变管壁表面特性，隔绝高温烟气，减少腐蚀反应发生，原煤含硫及硫化物较多，高含硫量是煤在燃烧中产生较多的腐蚀性物质，直接导致水冷壁的高温腐蚀。在炉膛内氧化性气氛下，煤中含硫及硫化物易形成二氧化硫等。腐蚀水冷壁，在炉膛内还原性气氛下，煤粉缺氧燃烧形成高浓度的还原性气氛等气体在高温作用下和水冷壁管发生氧化还原反应而腐蚀水冷壁，同时伴随着结渣积灰沾污引起的硫酸盐腐蚀。在高温腐蚀区域喷涂特种非金属材料，其焙烧后的涂层具有不与高温烟气反应和耐高温的独特优势，可有效将高温烟气与水冷壁金属隔离，消除水冷壁高温腐蚀。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用纳米级材料制成的非晶防结焦防腐节能涂层，具有优良的防结焦和防腐等性能，改善了锅炉燃用的运行工况。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种非晶防结焦防腐节能涂层，所述非晶防结焦防腐节能涂层的制备方法如下所述：
优选的，所述A组分的质量份数27-70份，B组分为40-280份。
优选的，所述A组分由质量份数为9-18份的硅溶胶、4-8份XZ-T002高温粘结剂、11-37份天然矿物组分、3.1-8.3份成膜剂组分。
优选的，所述成膜剂组分由质量份数为3-8份的Texanol酯醇和0.1-0.3份的羟甲(乙)基纤维素组成
优选的，所述天然矿物组分由质量份数为3-8份膨润土、5-20份堇青石、3-9份粘土组成。
优选的，所述B组分由5-12份苯丙乳液、15-120份无机填料组分、18-145份纳米填料组分、0.18-0.45份分散剂组分组成。
优选的，所述无机填料组分由质量份数为5-40份棕刚玉、5-40份三氧化二铝和5-40份的氧化铬组成，粒度均≧1250目。
优选的，所述纳米填料组分由质量份数为5-40份氧化铜、3-25份氮化硼、5-40份碳化硅、5-40份氧化锆组成，粒度均为20-500nm。
优选的，所述分散剂组分由0.1-0.3份分散剂436和0.08-0.15份分散助剂AMP-95组成。
优选的，所述非晶防结焦防腐节能涂层的制备方法是将质量份数27-70份的A组分加入到去离子水进行稀释，然后加入40-280份的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：
该一种非晶防结焦防腐节能涂层，通过高黑度材料的灵活应用，达到优化换热分配目标，降低炉膛出口处烟气温度，减少或消除烟气中熔融灰渣的形成，使灰渣在接触屏过前就凝固，继而有效地防止或避免受热面结焦。同时，因喷涂后炉膛整体温度场发生变化，炉膛温度降低，特别是近壁烟气温度整体降低，增强了冷却熔融灰渣的能力，使熔融灰渣在扩散过程中转变为半熔融状态或固态，降低了灰渣的黏附能力，继而有效地防止或避免结焦；同时因黑体材料的纳米特性，提高了涂层的光洁度和自清洁性，也有效防范粘污。受热面不结焦，提高了清洁性，从而增强了换热能力，也就避免了超温的发生。
该一种非晶防结焦防腐节能涂层，通过在墙式再热器喷涂黑体材料，防范低负荷下再热蒸汽欠温情况的发生，同时也进一步降低排烟温度，防止过热器超温。因黑体材料为非金属材料，喷涂在金属管壁表面后，会在管壁形成一层光滑致密的涂层，通过黑体材料自身的高致密特性以及不与高温烟气反应的惰性作用，使喷涂部位与高温烟气有效隔离，消除金属管壁高温腐蚀的发生。
附图说明
图1是技改前后主汽减温水量变化趋势曲线；
图2是技改前后再热蒸汽减温水量变化趋势曲线；
图3是技改前后排烟温度变化趋势曲线。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供以下实施方式和实施例：一种非晶防结焦防腐节能涂层的制备方法如下所述：
制备A组分：向质量份数为9-18份的硅溶胶中加入4-8份XZ-T002高温粘结剂；3-8份膨润土、5-20份堇青石、3-9份粘土组成的天然矿物组分，3-8份的Texanol酯醇和0.1-0.3份的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向质量分散为5-12份苯丙乳液中，加入由5-40份棕刚玉、5-40份三氧化二铝和5-40份的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及5-40份氧化铜、3-25份氮化硼、5-40份碳化硅、5-40份氧化锆组成的纳米填料组分，粒度均为20-500nm，以及由0.1-0.3份分散剂436和0.08-0.15份分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将质量份数27-70份的A组分加入到去离子水进行稀释，然后加入40-280份的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
实施例1
制备A组分：向90g的硅溶胶中加入40g的XZ-T002高温粘结剂；30g膨润土、50g的堇青石、30g的粘土组成的天然矿物组分，30g的Texanol酯醇和1g的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向50g的苯丙乳液中，加入由5g的棕刚玉、50g的三氧化二铝和50g的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及50g的氧化铜、30g的氮化硼、50g的碳化硅、50g的氧化锆组成的纳米填料组分，以及由1g的分散剂436和0.8g的分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将20g的A组分加入到150mL的去离子水进行稀释，然后加入40g的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
实施例2
制备A组分：向120g的硅溶胶中加入50g的XZ-T002高温粘结剂；40g膨润土、80g的堇青石、40g的粘土组成的天然矿物组分，45g的Texanol酯醇和1.5g的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向70g的苯丙乳液中，加入由15g的棕刚玉、120g的三氧化二铝和150g的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及120g的氧化铜、80g的氮化硼、200g的碳化硅、120g的氧化锆组成的纳米填料组分，以及由1.8g的分散剂436和1g的分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将30g的A组分加入到250mL的去离子水进行稀释，然后加入80g的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
实施例3
制备A组分：向130g的硅溶胶中加入60g的XZ-T002高温粘结剂；50g膨润土、120g的堇青石、60g的粘土组成的天然矿物组分，55g的Texanol酯醇和2g的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向75g的苯丙乳液中，加入由20g的棕刚玉、250g的三氧化二铝和250g的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及250g的氧化铜、130g的氮化硼、220g的碳化硅、250g的氧化锆组成的纳米填料组分，以及由2g的分散剂436和1.2g的分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将50g的A组分加入到500mL的去离子水进行稀释，然后加入250g的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
实施例4
制备A组分：向150g的硅溶胶中加入70g的XZ-T002高温粘结剂；70g膨润土、170g的堇青石、75g的粘土组成的天然矿物组分，70g的Texanol酯醇和2.5g的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向100g的苯丙乳液中，加入由30g的棕刚玉、350g的三氧化二铝和350g的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及350g的氧化铜、220g的氮化硼、350g的碳化硅、350g的氧化锆组成的纳米填料组分，以及由2.5g的分散剂436和1.2g的分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将65g的A组分加入到600mL的去离子水进行稀释，然后加入250g的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
实施例5
制备A组分：向180g的硅溶胶中加入80g的XZ-T002高温粘结剂；80g膨润土、200g的堇青石、90g的粘土组成的天然矿物组分，80g的Texanol酯醇和3g的羟甲(乙)基纤维素组成的成膜剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得A组分。
制备B组分：向120g的苯丙乳液中，加入由40g的棕刚玉、400g的三氧化二铝和400g的氧化铬组成的无机填料组分，粒度均≧1250目，以及400g的氧化铜、250g的氮化硼、400g的碳化硅、400g的氧化锆组成的纳米填料组分，以及由3g的分散剂436和1.5g的分散助剂AMP-95组成的分散剂组分，超声分散后搅拌均匀，制得B组分。
制备非晶防结焦防腐节能涂层：将70g的A组分加入到800mL的去离子水进行稀释，然后加入280g的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
通过锅炉热力计算软件，搭建热力计算模型，按照锅炉原始设计参数与运行参数的计算比较，以及喷涂黑体材料后炉内温度场的变化情况，预测锅炉实施黑体技术和燃料改变后炉内及炉膛出口烟气温度、主蒸汽、再热蒸汽汽温和排烟温度的变化趋势，为优化蒸汽参数和提高机组的技术经济性提供指导性依据。
抗结焦实验：将实施例中的非晶防结焦防腐节能涂层涂在马口铁表面，固化成膜，作为实验组，以不涂非晶防结焦防腐节能涂层的马口铁作为对照组，依次称重，然后将马口铁置于高温炉内，升温至在800℃，然后通入丙烷气体，控制流量为1200mL/h的，进行12h的结焦实验，结焦实验结束后取出试样并称重。
Figure BDA0003028840440000091
Figure BDA0003028840440000101
75％工况技改前后计算炉膛烟温变化对比统计表
Figure BDA0003028840440000102
技改前后主汽减温量计算结果汇总表
Figure BDA0003028840440000103
Figure BDA0003028840440000111
技改前后主再热蒸汽减温量计算结果汇总表
Figure BDA0003028840440000112
技改前后主再热蒸汽减温量计算结果汇总表
Figure BDA0003028840440000113

Claims (9)

1.一种非晶防结焦防腐节能涂层，包括含有硅溶胶的A组分，含有苯丙乳液的B组分，其特征在于：所述A组分的质量份数27-70份，B组分为40-280份。
2.根据权利要求1所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述A组分由质量份数为9-18份的硅溶胶、4-8份XZ-T002高温粘结剂、11-37份天然矿物组分、3.1-8.3份成膜剂组分。
3.根据权利要求2所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述成膜剂组分由质量份数为3-8份的Texanol酯醇和0.1-0.3份的羟甲(乙)基纤维素组成。
4.根据权利要求2所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述天然矿物组分由质量份数为3-8份膨润土、5-20份堇青石、3-9份粘土组成。
5.根据权利要求1所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述B组分由5-12份苯丙乳液、15-120份无机填料组分、18-145份纳米填料组分、0.18-0.45份分散剂组分组成。
6.根据权利要求5所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述无机填料组分由质量份数为5-40份棕刚玉、5-40份三氧化二铝和5-40份的氧化铬组成，粒度均≧1250目。
7.根据权利要求5所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述纳米填料组分由质量份数为5-40份氧化铜、3-25份氮化硼、5-40份碳化硅、5-40份氧化锆组成，粒度均为20-500nm。
8.根据权利要求5所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述分散剂组分由0.1-0.3份分散剂436和0.08-0.15份分散助剂AMP-95组成。
9.根据权利要求5所述的一种非晶防结焦防腐节能涂层，其特征在于：所述非晶防结焦防腐节能涂层的制备方法是将质量份数27-70份的A组分加入到去离子水进行稀释，然后加入40-280份的B组分，超声分散后形成涂料，然后将涂料进行涂覆和热固化，制得非晶防结焦防腐节能涂层。
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