多元耦合燃料（生物质/垃圾/高硫煤/高钠煤）发电关键设备防腐蚀感应熔焊与喷射复合涂层技术

成果介绍

成果名称：多元耦合燃料（生物质/垃圾/高硫煤/高钠煤）发电关键设备防腐蚀感应熔焊与喷射复合涂层技术

成果参与单位：江苏科环新材料有限公司、深圳能源环保股份有限公司、上海康恒环境股份有限公司

成果完成人：曲作鹏

知识产权情况：已申请专利87项，其中已授权发明专利17项，已授权实用新型专利27项

针对我国新能源与环保科技的重大战略，以解决垃圾与生物质发电锅炉高温防腐的实际需求为目标，本项目拟搭建应用于生物质与垃圾电站锅炉腐蚀防护的高频感应熔焊系统技术平台，在多元耦合燃料（生物质/垃圾/高硫煤/高钠煤）发电关键设备等受热面，开发完成镍基自熔合金高温涂层的技术体系，包括涂层材料与工艺，形成针对各类客户群体的系列解决方案。

随着近年来我国生物质和垃圾电站的迅猛发展，锅炉高温腐蚀问题日益突出，传统热喷涂技术由于易脱落、孔隙率高而应用受限，前期用得较普遍的Inconel625合金堆焊，也逐渐暴露出由稀释率高引起的高温防腐性能受限等问题。因此，开发新型高温防腐涂层技术已迫在眉睫。本项目在国家“十三五”重点研发计划等项目的支持下，经过十余年的集智攻关，于2019年初研发成功了高频感应熔焊高温腐蚀防护涂层技术，取得了系列创新性成果：首次在国内构建了生物质与垃圾电站锅炉高频感应熔焊系统技术平台，开发了在水冷壁管排表面制备耐镍基自熔合金高温薄涂层的技术体系，解决了城市垃圾与生物质电站锅炉高温腐蚀防护的技术瓶颈，打破了发达国家的技术封锁，形成了系列针对城市垃圾与生物质焚烧发电锅炉高温防腐的不同客户群体的解决方案。

我国西部特别是新疆地区的高硫高钠盐等高腐蚀性煤在燃烧过程中产生高浓度硫化物和钠盐等腐蚀性气体，造成水冷壁、过热器受热面的高温腐蚀、尾部烟道空气预热器低温腐蚀和受热面结焦等，特别是对燃烧器区域水冷壁管来说，如果没有防护涂层只能使用1—2年。传统的热喷涂，由于结合强度低孔隙率高，很少应用；普通高频感应熔焊虽然有效，但寿命难以超过5年；目前用得最多的是堆焊高温合金，但一般五年后就逐渐会发生涂层脱落和管壁减薄甚至爆管的现象，非计划停炉维修给企业造成了极大的经济负担。针对我国西北地区高硫高钠盐燃煤发电锅炉受热面对高温防腐的迫切需求，本项目拟开发感应熔焊与超音速喷射复合金属陶瓷涂层技术，从服役寿命、使用性能到性价比等方面都优于堆焊，以期彻底终结困扰我国燃煤行业多年的高腐蚀性气体对锅炉管道造成的严重腐蚀的防护难题。

创新点

1、首次在国内构建垃圾电站锅炉高频感应熔焊系统技术平台，自主开发了在水冷壁管排表面制备耐高温涂层的防腐技术体系，打破了发达国家对核心技术的封锁，突破了垃圾电站锅炉涂层防护系统核心技术瓶颈，形成了整体防腐的焚烧解决方案。

2、首次在国际上成功研发镍基自熔合金与金属陶瓷梯度复合涂层的防护技术，发明了基于重熔与喷射一体化的高温全域防腐全套技术，锅炉的高温腐蚀防护性能与服役寿命显著提升。

3、创新锅炉管道镶嵌陶瓷瓦的长效防护方法，发明了多项陶瓷高效低成本加工技术，填补了国际上硬脆材料特种加工技术的空白，突破了垃圾焚烧发电锅炉高频感应熔焊系统核心技术瓶颈。

市场前景

磨损与腐蚀是工业生产中的共性问题，全世界能源消耗的1/3-1/2在摩擦上，每年各种机械零件失效的一半以上由于磨损，每年因金属磨损、腐蚀造成的直接经济损失约达７万亿美元。垃圾焚烧电站锅炉受热面腐蚀问题，非常普遍，其腐蚀机理主要是所焚烧的垃圾中含有Cl,S以及碱金属等元素，造成Cl，S化合气体腐蚀和低熔点碱金属盐熔融腐蚀。据“十三五”规划，2020年焚烧处理能力占无害化处理比例50%，预计复合增长率不低于20%，垃圾焚烧规模呈快速增长态势，截至2018年，中国已运行的垃圾焚烧厂约为380座，处理能力约为37万吨/日，中国在建的垃圾焚烧厂约为200～250座，处理能力约为20～25万吨/日，中国垃圾处理“起步晚、起点低、发展快”，垃圾焚烧发展极快，2025年行业总规模估计超过100万吨/日，垃圾焚烧发电站超过2000家。余热锅炉高温防腐蚀涂层市场规模100亿以上，年增长率在20%以上，且防腐蚀涂层是消耗品，平均3—5年为一个周期。

另外，该技术不仅可以用于垃圾焚烧电厂，团队在农机刀片耐磨、水泥建材行业耐磨、机械重工表面硬化耐磨处理、钢轨耐磨涂层、高端球阀防腐、燃气轮机热障涂层、海上风电盐雾腐蚀、军工等领域的新产品、新技术也逐步成熟，走向规模化应用市场。

应用案例

深圳能源环保公司宝安老虎坑垃圾焚烧发电厂4号、5号、6号锅炉项目，工程地址：深圳市宝安区松岗镇老虎坑，业主单位：深能环保宝安垃圾焚烧发电厂。

获奖情况

2021年中国商业联合会科学技术奖一等奖

2021年河北省科技技术奖二等奖

2019年CCTV中国十大创业榜样

2019年第八届中国创新创业大赛优秀企业奖

2019年第七届创业江苏科技创业大赛三等奖

2019年“创客中国”江苏省中小企业创新大赛优胜奖

2019年淮安市第四届企业科技创新大赛一等奖

该成果主要应用于电力行业（燃煤电站、生物质焚烧电站、垃圾焚烧电厂、CFB掺烧环保电站，等）；建材行业（水泥、玻璃、砂石骨料、混凝土搅拌，等）；冶金行业（钢铁厂、有色金属冶炼，等）；矿山行业（采矿、选矿、输矿，等）；港口（物料装卸、港口疏浚，等）；石化（气化炉内壁、介质反应釜内壁、管路内外壁，等）；军工；机器加工等行业。

本项目以城市垃圾焚烧发电的实际需求作为出发点，开发了基于高频感应熔覆的电站锅炉高温腐蚀防护涂层技术和装备，有力地促进了垃圾焚烧发电、表面防腐、工程陶瓷加工等技术与新能源产业的有机结合，项目对于整个行业的技术进步和产业发展有着积极的推动和促进作用。

1、我国多年来一直面临日益严峻的“垃圾围城”危机，垃圾焚烧发电能有效实现垃圾减量化，可减少人对自然的破坏以及对地下水源的污染，实现人与自然的和谐发展。本项目的研究成果对垃圾焚烧发电行业的技术进步具有促进意义，对建立“资源节约型、环境友好型”社会具有重要意义。

2、从理论上说，垃圾的热值越高，燃烧过程越易进行，燃烧越完全，焚烧效果也就越好。反之，燃烧温度越低，易发生不完全燃烧，其易产生二噁英等有机污染物，严重影响人身健康。作为当今已知毒性最强的有机化合物。为了控制二噁英类有机污染物的生成，需要严格控制焚烧垃圾的焚烧温度和停留时间。但随锅炉焚烧垃圾的温度提高，对锅炉内的金属管道腐蚀就越严重，本项目采用高频感应熔焊制备的高温防腐涂层在降低金属管道腐蚀的同时，允许垃圾燃烧温度提高，因此二噁英排放量将会大大降低，对建立绿色城市做出了贡献。

3、本项目用薄涂层替代传统堆焊的厚涂层，可为国家节省大量贵金属战略资源（镍、铬、钼、钒等），为国家资源的可持续发展战略做出了积极的贡献。

4、陶瓷瓦特种加工方法完全颠覆了传统的“以硬克软”理念，加工硬脆材料不是依靠传统意义上的“切削”作用，车刀仅起推挤头的作用，可以使用报废的车刀，变废为宝，从而为构建节约型社会做出了积极贡献。

5、随着本项目研究成果的逐步推广应用，预计2022—2026年，可为我国垃圾电站锅炉受热面高温防腐行业培养高频感应重熔技术人才约800—1000人，新增包括涂层表面处理、制备、质量控制、检测等就业岗位约900—1200人。