準東煤田是中國最大的整裝煤田，其煤炭儲量高達3900億噸。然而，準東高堿煤因易結焦、易腐蝕特性，長期困擾著電廠工程師。

近日，中國科學院蘭州化學物理研究所給電廠鍋爐量身定制了納米“高熵鎧甲”，為消除火力發電行業“頑疾”提供了全新的解決方案，并且帶來了顯著的經濟效益和環境效益。

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危機四伏：安全成本難平衡

準東煤田高堿煤含有較高成分的堿金屬、氯元素或硫元素，易導致鍋爐輻射受熱面結焦、高溫腐蝕、爆管、煤耗高等問題，嚴重影響電站鍋爐的安全性和經濟性。

多年來，國內外主要采用改變鍋爐結構、摻燒高嶺土、熱噴涂防護涂層等方式，盡可能減少鍋爐輻射受熱面結焦和高溫腐蝕爆管問題，但不能從根本上解決問題。

爆管事故不僅產生高額的維護費用，疊加非停造成的發電損失，單次事故綜合成本往往逾數千萬元。這種被動局面，讓國內電廠在安全與成本間艱難求生。

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熵破困局：納米“高熵陶瓷鎧甲”

研究團隊從傳統陶瓷釉工藝中汲取靈感，創新性地研發出納米高熵防護與節能增效陶瓷涂層材料，適配中國煤質、成本可控的抗結焦、耐高溫腐蝕材料，為能源裝備穿上國產“鎧甲”。

為鍋爐量身定制的納米“高熵鎧甲”，阻隔了外部腐蝕介質的侵入，減少了鍋爐高溫煙氣中熔融物對管壁的黏附，保護水冷管壁表面不受結焦、高溫腐蝕的影響。涂層與基材具有匹配的導熱率和熱膨脹系數，不影響鍋爐的傳熱效率以及使用壽命。

防護材料還具有紅外輻射功效，可強化爐膛內輻射傳熱，降低爐膛出口煙溫。該材料還能強化燃燒，提高煤粉的燃盡率，降低煤耗、提高煤種的適應性，讓鍋爐在惡劣環境中依然能夠穩定運行。

這項技術不僅攻克了陶瓷材料防結焦、耐高溫腐蝕的技術瓶頸，更實現了紅外輻射增效、高導熱率及熱膨脹系數可調。

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實踐檢驗：“節能增效”超能力

納米高熵陶瓷涂層技術先后在常樂電廠2臺1000MW超超臨界調峰機組上應用，使用納米高熵陶瓷涂層后的水冷壁管壁表面光滑，無明顯結焦現象，且未出現腐蝕情況。經過權威機構的檢測，管壁厚度較噴涂前無明顯變化，而未噴涂涂層區域則出現了明顯的腐蝕凹坑。

隨后，材料在165MW機組開展鍋爐數值模擬和能效測試。結果顯示，涂層防結焦、耐高溫腐蝕性能優異。

爐內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%，供電煤耗每千瓦時降低了1.5克。對于1臺1000MW的煤電機組而言，每年可節煤1.3萬噸、減排二氧化碳3.4萬噸。

涂層的應用顯著提高了鍋爐的熱效率，降低了供電煤耗，并有效緩解了高溫氧化與磨損風險，增強了機組的煤種適應性。

▲材料在165MW機組全爐膛示范應用

研究成果將推廣至新疆、青海、內蒙古、貴州等省（區），為加快煤電轉型，推動煤電和新能源的優化組合，保障煤炭清潔高效利用，為我國煤電向基礎性、支撐性、調節性電源轉型提供技術支撐。

來源：中國科學院蘭州化學物理研究所

責任編輯：曹旸