1． 燃煤鍋爐
  我國幅員遼闊煤炭資源豐富，在上世紀(jì)我國大多鍋爐均為燃煤鍋爐，隨著大家安全環(huán)保意識的增強，節(jié)能減排成了人類的重要課題之一，隨著政府相關(guān)環(huán)保、節(jié)能的法規(guī)、條例的推行和實施，國內(nèi)淘汰了較多鍋爐效率低下的燃煤鍋爐。如今，小型燃煤鍋爐并不常見，但大型燃煤鍋爐（如電廠鍋爐）仍在國計民生中起著重要作用。如何確保燃煤鍋爐的高效安全的運行成為眾多專家學(xué)者研究的方向，也成為國內(nèi)眾多能源化管理公司業(yè)務(wù)發(fā)展研究方向。
  2． 燃煤鍋爐爐管應(yīng)用現(xiàn)狀
  我國燃煤鍋爐現(xiàn)狀較為尷尬：出于安全及礦產(chǎn)資源、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，我國關(guān)停了一大批中小型煤礦，優(yōu)質(zhì)煤的年產(chǎn)量降低，燃煤鍋爐的燃料不得不接受劣質(zhì)煤的摻入，隨著煤產(chǎn)量的降低，煤的價格漲幅較大，從成本上考慮，劣質(zhì)煤的摻入比不斷增加，鍋爐長期處在非設(shè)計工況下運行。
  我國爐管的使用壽命、保養(yǎng)周期等都是按優(yōu)質(zhì)煤來設(shè)計的，劣質(zhì)煤的摻入使?fàn)t管面臨更為嚴(yán)峻的高溫氧化、高溫腐蝕的威脅。多年跟蹤研究志盛威華高溫涂料專家歸納主要原因為：
  1. 劣質(zhì)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(zhì)煤硫、氟、氯、磷等元素含量高，燃燒后的煙氣更具有腐蝕性；
  3. 劣質(zhì)煤燃燒后焦油量增大，加之粉塵量增加，使得更易形成爐管的結(jié)焦；
  4. 劣質(zhì)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(qū)域造成缺氧，因而容易出現(xiàn)還原性氣氛和腐蝕性氣體；
  5. 劣質(zhì)煤的加入導(dǎo)致爐膛火焰溫度、爐膛溫度場難以出于較為穩(wěn)定狀態(tài)，煙氣中可燃碳含量增加。劣質(zhì)煤的摻入還有可能帶來鍋爐及鍋爐附屬設(shè)施的技改，帶來后續(xù)除塵、脫硫等工藝環(huán)節(jié)滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。
  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(fā)生高溫受熱面上；
  B. 氯化物型腐蝕：主要發(fā)生在大型鍋爐燃燒器高溫區(qū)域的水冷壁管上；
  C. 硫化物型腐蝕：主要發(fā)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復(fù)合作用的結(jié)果。
  硫酸鹽型高溫腐蝕的形成機理：
  1) 在爐內(nèi)高溫下，煤中的NaCl中的Na+易揮發(fā)，除一部分被熔融的硅酸鹽捕捉外，一部分與煙氣中的SO3發(fā)生反應(yīng)，形成Na2SO4；
  2) 易于揮發(fā)性的硅酸鹽，與揮發(fā)出的鈉發(fā)生置換反應(yīng)，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(dāng)堿金屬硫酸鹽沉積到受熱面的管壁后會再吸收SO3，并與Fe2O3、Al2O3作用生成焦硫酸鹽（Na·K）2S2O7；
  4) 受熱面上熔融的硫酸鹽（M2SO4）吸收SO3并在Fe2O3、Al2O3作用下，生成復(fù)合硫酸鹽（Na·K）（Fe·Al）SO4，隨著復(fù)合硫酸鹽的沉積，其熔點降低，表面溫升升高；
  5) 當(dāng)表面溫升升高到熔點，管壁表面的Fe2O3氧化保護(hù)膜被復(fù)合硫酸鹽破壞，使管壁繼續(xù)腐蝕；
  6) 另外，附著層中的焦硫酸鹽（Na·K）2S2O7。由于熔點低，更容易與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，生成（Na·K）3Fe（SO4）3，即形成反應(yīng)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(nèi)高溫下，原煤中的NaCl中的易與H2O、SO2、SO3反應(yīng)，生成硫酸鹽（Na2SO4）和HCl氣體；
  b) 同時凝結(jié)在水冷壁上的NaCl也會和硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)，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，致使受熱面管壁表面的Fe2O3氧化保護(hù)膜破壞；
  d) 有研究表明，這種情況在CO和H2濃度超過一定范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等物質(zhì)的存在是發(fā)生高溫腐蝕的內(nèi)在根源。而燃用劣質(zhì)煤所需要的氣流擾動和較高的燃燒溫度，使煤粉火焰容易刷墻以及水冷壁附近可能出現(xiàn)還原性氣氛，為產(chǎn)生水冷壁高溫腐蝕提供了充分條件。對此志盛威華防腐涂料研究院許多研究工作，提出了產(chǎn)生高溫腐蝕的條件，歸納如下：
  ü 燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可產(chǎn)生高溫腐蝕的物質(zhì)；
  ü 水冷壁附近出現(xiàn)還原性氣氛和腐蝕性氣體；
  ü 水冷壁腐蝕區(qū)域的壁溫在320℃以上；
  ü 腐蝕產(chǎn)物的剝落，使得腐蝕能不斷地滲透內(nèi)層。
  4． 燃煤鍋爐爐管發(fā)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（四面）切圓燃燒方式
  Ø 旋轉(zhuǎn)燃燒器水平（對沖）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（四面）切圓燃燒方式：
  直流四角切圓燃燒方式的燃燒器，是目前我國大型鍋爐采用最多的一種燃燒形式。而我國采用日本三菱技術(shù)的設(shè)計制造的鍋爐，有一部分采用的是四面切圓燃燒方式。
  高溫腐蝕位置：沿一次風(fēng)流流向，在爐膛中心線附近及下游的水冷壁壁面。
  腐蝕位置的形成：爐內(nèi)火焰形成大漩渦旋轉(zhuǎn)上升，一次風(fēng)射流受上游旋轉(zhuǎn)氣流擠壓，爐內(nèi)切圓增大。當(dāng)燃燒器的高寬比加大時，熱態(tài)切圓增大，煤粉火焰容易沖刷墻壁，導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕。
  旋流燃燒器水平（對沖）燃燒方式：
  旋流水平燃燒方式的燃燒器通常是前墻或前后墻布置帶一次風(fēng)回流穩(wěn)燃和煤粉局部濃度高的低NOx雙調(diào)風(fēng)軸流型式。
  高溫腐蝕位置：兩側(cè)墻。
  腐蝕位置的形成：在靠近兩側(cè)的旋流燃燒器出口煤粉易偏向兩側(cè)墻，并隨著旋流強度增加，偏轉(zhuǎn)加劇，因此兩側(cè)墻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型火焰燃燒方式的燃燒器，不論其拱頂?shù)牟贾门c結(jié)構(gòu)，由于其煤粉氣流在二次風(fēng)的引射下基本上與前后墻平行向下流動，然后轉(zhuǎn)折向上，形成W型火焰。
  高溫腐蝕位置：前后墻的上部區(qū)域。
  腐蝕位置的形成：一般來說W型火焰燃燒方式煤粉不會沖刷爐壁，但如果一次風(fēng)噴口位置不對，或者一次風(fēng)動量和射流擴(kuò)展角偏大時，煤粉也會沖刷前后墻的上部區(qū)域，造成高溫腐蝕，尤其是衛(wèi)燃帶脫落的部位。
  大型鍋爐是否存在高溫腐蝕的經(jīng)驗推斷依據(jù)：
  大型鍋爐是否存在高溫腐蝕除了通過現(xiàn)場停爐觀察確定外，我們還可以根據(jù)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(qū)域的水冷壁，管壁溫度>320℃。
  5． 目前預(yù)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(shè)備自身或燃燒技術(shù)、參數(shù)的調(diào)整試驗階段。改變爐管材質(zhì)，用耐高溫、高溫耐腐蝕的特種鋼材替代原有材料從經(jīng)濟(jì)及施工難度的角度看很難實現(xiàn)，通過調(diào)整火焰形狀、采用二次風(fēng)引導(dǎo)保護(hù)等措施效果并不明顯，且我國幅員遼闊，各地區(qū)采用的燃煤不盡相同，煤的質(zhì)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，成功的方案只能用于參考而不能完全復(fù)制并取得預(yù)想的效果。
  結(jié)合我國鍋爐特征、燃煤特征，高溫腐蝕的風(fēng)險必然存在，預(yù)防高溫腐蝕的研究勢在必行意義深遠(yuǎn)。對爐管進(jìn)行涂覆改造將爐管與還原性氣氛、S、Cl等高溫腐蝕物質(zhì)有效隔離是一個不錯的研究方向。
  在一些電廠高溫鍋爐，曾采用金屬熱噴涂的方式解決高溫腐蝕問題，然而，因為高溫?zé)釃娡抗袒�太快幾乎沒有流平時間，施工完畢的金屬涂層表面存在很多氣孔缺陷，這些氣孔可直達(dá)鍋爐爐管，難以做到全面致密的防腐物質(zhì)隔離，雖可改善爐管的耐磨性，但并不能有效阻止高溫腐蝕的發(fā)生。
  其實，在實際生產(chǎn)中，爐管的磨蝕問題發(fā)生的并不多，磨蝕并不是本研究的重點，基于這一要求和條件，完全可以采用耐高溫涂料來緩解、解決這一難題,國內(nèi)專業(yè)的鍋爐防腐廠家北京志盛威華化工有限公司涂料質(zhì)量水平高。
  6． 高溫涂料必須具備的功能
  結(jié)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(shù)爐型（循環(huán)流化床鍋爐屬于特殊的燃煤鍋爐，不在此討論），則需要用最嚴(yán)苛的工況條件對防腐材料提出功能要求。由此我們認(rèn)為高溫涂料必須具備以下功能：
  A． 能長期耐溫600℃（20號鍋爐鋼使用規(guī)范，管壁溫度不能超過500℃）；
  B． 能短期承受明火沖刷；
  C． 成膜致密，且與被涂覆表面具有良好的附著力；
  D． 在燃?xì)忮仩t正常使用時，能抗住因負(fù)荷調(diào)整帶來的熱振；
  E． 涂層具有一定的耐磨、耐粉塵沖刷性；
  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后露點腐蝕；
  G． 漆膜必須光滑，具有一定的防靜電吸附、防結(jié)焦功能；
  H． 漆膜不應(yīng)影響爐管的正常換熱；
  I． 好施工、易維修、有效使用壽命長。
  7． 高溫涂料在國內(nèi)鍋爐中應(yīng)用現(xiàn)狀
  目前國內(nèi)燃煤鍋爐爐管耐高溫涂料的生產(chǎn)、銷售廠家并不多，國內(nèi)以北京志盛威華化工有限公司為代表，也是化工涂料行業(yè)技術(shù)的領(lǐng)頭羊。國際品牌主要有RSI等。RSI主要以高溫節(jié)能涂裝為主，志盛威華的高溫涂料產(chǎn)品覆蓋了：高溫防腐、高溫節(jié)能、煙氣防腐、中低溫?zé)煔夥栏�、漿液池防腐等等，該公司為軍工改制單位，大多核心技術(shù)源于軍工，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(gòu)及大型鍋爐使用業(yè)主對腐蝕特性、耐高溫涂料特性進(jìn)行了科學(xué)細(xì)致的實驗室測試，在確定了該技術(shù)理論上的可靠性后，2017年6月，北京瑞豐偉業(yè)實業(yè)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、省煤器上采用北京志盛威華化工有限公司研發(fā)生產(chǎn)的ZS-722耐酸導(dǎo)熱防腐涂料，進(jìn)行了實際施工和防高、低溫腐蝕功能測試，經(jīng)過兩年的實際應(yīng)用，該涂料的應(yīng)用效果良好，該電廠所在集團(tuán)公司決定在全集團(tuán)進(jìn)行該技術(shù)的推廣。
  8． ZS-722耐酸導(dǎo)熱防腐涂料的特性
  北京志盛威華化工有限公司研發(fā)生產(chǎn)的ZS-722耐酸導(dǎo)熱防腐涂料是基于軍工技術(shù)專門針對高溫下即需要傳熱有需要防腐、防氧化的特種涂料，可長期耐溫750℃。
  ZS-722耐酸導(dǎo)熱涂料成膜物：自產(chǎn)，以特殊工藝制備的鈍化鋁溶膠與硅酮樹脂高溫螯合制備而成的無機-有機嫁接耐高溫樹脂為主要成膜物；
  ZS-722耐酸導(dǎo)熱涂料顏填料：將碳化硅、導(dǎo)熱石墨、氮化硼、碳化鋁、石墨碳管、三氧化鉻、氯化鋁、三聚磷酸鋁等功能顏填料在高溫下研磨，在此工藝下以上顏填料發(fā)生結(jié)構(gòu)重組，使制備的涂料在成膜后形成立體網(wǎng)狀導(dǎo)熱體系，同時顏填料的化學(xué)惰性、重組后的均一屏蔽性大大加強了涂層的抗?jié)B透抗腐蝕性能，使涂層具備了爐管使用的功能基礎(chǔ)。
  ZS-722耐酸導(dǎo)熱涂料基本參數(shù)：

  在鍋爐爐管上使用理論支持基礎(chǔ)：
  A． 耐溫性：該涂料耐溫750℃，而水冷壁等爐管材質(zhì)為G20，按GB/3087-82中規(guī)定G20可用在壁溫≤500℃的受熱面管子、壁溫≤450℃的蒸汽管路及集箱。而12Cr2MoWVTiB即鋼研102在鍋爐領(lǐng)域往往用來制作過熱管，其使用溫度要求為壁溫≤600℃，顯然在耐溫上ZS-722耐溫750℃，耐溫極限大于目前極端爐管的使用溫度，具備在鍋爐高溫環(huán)境的使用條件；
  B． 耐明火沖刷性：該涂料導(dǎo)熱性良好，可迅速將明火沖刷的熱量傳遞給爐管，不會造成熱量聚集、超溫；
  C． 涂層致密性：ZS-722為雙組份交聯(lián)常溫固化，施工后涂層具有流動性，固化后即可形成立體網(wǎng)狀致密涂層，其耐酸堿浸泡性試驗也是其致密性的驗證方法之一；
  D． 涂層具有抗熱振性：ZS-722導(dǎo)熱良好，一般建議層膜厚度為≤300μm，在薄涂、導(dǎo)熱良好、線膨脹系數(shù)與鋼材處于同一數(shù)量級等性能的支撐下，涂層抗熱振性良好；
  E． 涂層具有一定的耐磨性：ZS-722成膜后硬度>4H，雖不及鋼鐵耐磨，但焚燒后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(yīng)對；
  F． 耐化學(xué)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(xué)腐蝕性；
  G． 涂層光滑：ZS-722涂層具有自流平性，在成膜時涂層光滑且具有較小的表面張力，可有效減少結(jié)焦；
  H． 涂層不影響正常換熱：ZS-722涂層導(dǎo)熱系數(shù)為50W/m.k，雖比鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)低，但涂層具有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，涂層不會影響正常換熱；
  I． 涂料應(yīng)易施工、易修補、防護(hù)期長：ZS-722涂料在設(shè)計之初便考慮了其涂裝及維修的便利性，其開桶性狀與常見的雙組份油漆相似，施工及修補工藝大致與常規(guī)油漆的施工工藝相同及其簡單便利，涂層的防腐性能、良好的附著力決定了涂層防護(hù)的長效性。
  9． 涂層應(yīng)用效果
  北京瑞豐偉業(yè)實業(yè)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(tài)，最多的一年達(dá)到了4次，經(jīng)診斷該爐爆管均因高溫腐蝕造成。這與該公司采用的劣質(zhì)煤有關(guān)，該爐采用四面切圓燃燒方式，為克服局部高溫氧化，該爐衛(wèi)燃帶遍布爐膛中心線上下區(qū)域，雖多次對火嘴、衛(wèi)燃帶進(jìn)行技改，但該爐每年還會出現(xiàn)局部爐管高溫氧化減薄、應(yīng)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(qū)域進(jìn)行了ZS-722的防高溫氧化涂裝，同時拆除部分衛(wèi)燃帶。經(jīng)過技改后，該爐鍋爐效率上升至89%，爐管使用正常，一年后進(jìn)行開爐檢修，除緊鄰衛(wèi)燃帶的個別爐管側(cè)方因煙氣粉塵回流造成非露底性涂層損耗外，涂層正常，在對有損耗的涂層進(jìn)行修復(fù)補涂后，該爐運行至2019年9月開爐大修，進(jìn)爐檢查，漆膜完整，除少量爐灰粘附外無明顯變化。
  通過此測試涂裝的實施，驗證了ZS-722涂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(yīng)用具有極高的經(jīng)濟(jì)、安全意義。
  1． 高溫涂料在工業(yè)發(fā)展中的意義
  隨著工業(yè)的進(jìn)步，很多產(chǎn)品、材料的制備都離不開高溫工況，無論是國內(nèi)外，大多防腐材料廠商在早期進(jìn)行的大多是常溫狀態(tài)的防護(hù)研究，對于高溫工況、高溫腐蝕、高溫氧化等缺乏系統(tǒng)科學(xué)的了解和理論，隨著高溫工業(yè)時代的來臨，工業(yè)需求再一次對防腐材料廠商提出了一個個新的課題，作為專業(yè)高溫防護(hù)研究的北京志盛威華化工有限公司在近三十年的研究經(jīng)驗上不斷開發(fā)、推出高溫工況的防護(hù)保護(hù)涂料，公司開發(fā)出的耐溫3000℃的耐高溫抗氧化涂料更是活躍在軍工領(lǐng)域。
  志盛威華公司目前擁有11大類近90多種特種涂料，安全、專業(yè)、有效、可靠是該公司產(chǎn)品的特點，產(chǎn)品可用領(lǐng)域涵蓋了高溫防腐、高溫節(jié)能、高溫絕緣、高溫粘合、特種防腐等重工業(yè)及與之相關(guān)的領(lǐng)域，大多涂料可耐明火沖刷，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煙氣防腐涂料等），堪稱安全高效實用涂料典范。
  2． 結(jié)語
  隨著科技的發(fā)展，很多不可能變成了可能，能與不能驗之實踐，正因如此筆者才撰寫此文將顛覆大家認(rèn)知的高溫涂料成功應(yīng)用案例推薦給大家。也想借助本文讓更多的人去嘗試、相信新的技術(shù)、新的理念，讓科技興國有更好的土壤。
  何睿：碩士學(xué)位，化工專業(yè)，北京志盛威華化工有限公司技術(shù)部總工，從事高溫涂料和防腐涂料技術(shù)應(yīng)用已有20年的經(jīng)理，對材料、工藝、化工等學(xué)科有高度整合。