新疆作為中國(guó)煤倉(cāng)，占全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的40.6%，其中準(zhǔn)東高堿煤儲(chǔ)量約3900億噸，是全國(guó)能源保供的重要支撐。在甘肅、新疆、青海、內(nèi)蒙、寧夏等省的沙戈荒新能源基地建設(shè)及綠電外送體系中，具備深度調(diào)峰能力的先進(jìn)煤電機(jī)組發(fā)揮著關(guān)鍵的電力支撐和系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。在火力發(fā)電領(lǐng)域，燃煤成本占發(fā)電總成本的70-80%，直接影響電廠經(jīng)濟(jì)效益。燃用低價(jià)準(zhǔn)東高堿煤已成為調(diào)峰火電及常規(guī)煤電盈利的重要路徑。2024年，疆煤外運(yùn)量超1.39億噸，外運(yùn)范圍逐步擴(kuò)大至華中地區(qū)和兩湖一江等地，為全國(guó)能源保供提供支撐。然而，新疆準(zhǔn)東高堿煤易導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦、高溫腐蝕、爆管、煤耗高、熱效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電站鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。常規(guī)方法如爐膛結(jié)構(gòu)改造、燃燒參數(shù)調(diào)整、摻燒高嶺土、熱噴涂防護(hù)等技術(shù)并未真正解決行業(yè)難題。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所資源化學(xué)與能源材料研究中心低碳能源材料組高祥虎研究員團(tuán)隊(duì)近年來(lái)圍繞新疆高堿煤，專注于大型電站鍋爐輻射受熱面防護(hù)與節(jié)能增效關(guān)鍵技術(shù)研究。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的納米高熵防護(hù)與節(jié)能增效陶瓷涂層，突破了陶瓷材料防結(jié)焦、耐高溫腐蝕、紅外增效、高導(dǎo)熱率、熱膨脹系數(shù)可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)具有降低煤耗、提高煤種適應(yīng)性的多功能特點(diǎn)，可滿足大型調(diào)峰電站及其他常規(guī)電站的使用需求。2022年，該技術(shù)先后在國(guó)內(nèi)2臺(tái)1000MW超超臨界調(diào)峰機(jī)組應(yīng)用并取得良好應(yīng)用效果。

近期，團(tuán)隊(duì)在華能蘭州西固熱電有限公司和西安熱工研究院的大力支持下，首先完成了165MW機(jī)組的數(shù)值模擬，結(jié)果表明，四角切圓型鍋爐爐內(nèi)燃燒煙氣溫度分布曲線呈現(xiàn)正態(tài)-拋物線狀態(tài)，中間燃燒區(qū)域溫度高，爐底及爐膛出口溫度偏低，最高燃燒溫度始終分布在主燃燒與?SOFA之間，因此重點(diǎn)噴涂區(qū)域?yàn)橹魅紵齾^(qū)域和?SOFA?區(qū)域。

165MW機(jī)組爐膛數(shù)值模擬

隨后，團(tuán)隊(duì)在165MW機(jī)組開(kāi)展了納米高熵陶瓷涂層的全爐膛輻射受熱面應(yīng)用。西安熱工研究院能效測(cè)試結(jié)果表明，材料在爐膛服役5個(gè)月后，爐內(nèi)無(wú)明顯結(jié)焦和高溫腐蝕現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)比噴涂前、后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在高、中、低負(fù)荷下，爐內(nèi)有效吸熱量平均提升5.19%，減溫水量整體降低2.6t/h，排煙溫度降低4.5℃，灰渣物理熱損失降低0.21%，鍋爐熱效率提升0.46%，供電煤耗降低1.5g/kWh。對(duì)于1000MW煤電機(jī)組每年節(jié)煤13140噸。此外，噴涂納米高熵陶瓷涂層還有效緩解了高溫氧化與磨損風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了機(jī)組的煤種適應(yīng)性。

材料在165MW機(jī)組全爐膛示范應(yīng)用

上述研究結(jié)果表明，納米高熵陶瓷涂層具有顯著的防結(jié)焦、耐高溫腐蝕及節(jié)能增效特點(diǎn)，為燃用準(zhǔn)東高堿煤的調(diào)峰煤電和常規(guī)煤電機(jī)組爐膛防護(hù)提供了一種有效策略。項(xiàng)目研究成果將輻射推廣至甘肅、新疆、青海、內(nèi)蒙、寧夏等省，為我國(guó)煤電向基礎(chǔ)性、支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型及新疆高堿煤清潔高效利用提供技術(shù)支撐。

該工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）、華能蘭州西固熱電有限公司、西安熱工研究院有限公司、甘肅電投常樂(lè)發(fā)電有限責(zé)任公司、東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司、特變電工新疆天池能源有限責(zé)任公司的支持。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所

原文鏈接：https://licp.cas.cn/sy2018/xwdt/kydt/202504/t20250427_7617407.html

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