锅炉磨煤机热一次风道反辐射涂层施工装置与方法

引言

在火力发电等工业领域，锅炉作为重要的能量转换设备，其运行效率直接影响到整个系统的经济性和可靠性。磨煤机热一次风道在锅炉系统中起着输送高温热风的关键作用，其工作环境恶劣，不仅承受着高温、高压，还面临着热风携带的粉尘等颗粒的冲刷磨损。长期运行后，热一次风道的热量散失问题较为突出，这不仅降低了锅炉的热效率，增加了能耗，还可能导致风道局部过热，影响其使用寿命和安全性。

为了解决这些问题，在热一次风道表面施加反辐射涂层成为一种有效的技术手段。反辐射涂层能够通过反射和抑制热辐射的方式，减少风道热量向周围环境的散失，从而提高热效率，降低运行成本。然而，要充分发挥反辐射涂层的性能优势，高质量的施工至关重要。传统的涂层施工方法在面对热一次风道复杂的结构和特殊的工作条件时，往往存在施工难度大、涂层质量不稳定等问题。因此，开发一种专门适用于锅炉磨煤机热一次风道的反辐射涂层施工装置与方法具有重要的现实意义。

1. 热一次风道工作环境分析

1.1 温度与压力条件

锅炉磨煤机热一次风道内的热风温度通常在 200‰ -400℃之间，具体温度取决于锅炉的类型、燃烧工况以及磨煤机的运行要求。例如，在一些大型煤粉锅炉中，热一次风从空气预热器出来后，温度可高达 350℃左右。同时，热一次风道内的压力也处于较高水平，一般在数千帕至数十千帕之间，以保证热风能够顺利输送至磨煤机，并为煤粉的干燥和输送提供足够的动力。在这样的高温高压环境下，风道材料需要承受较大的热应力和机械应力，这对反辐射涂层的耐高温、耐高压性能以及与风道基体的附着力提出了严格要求。

1.2 磨损与腐蚀因素

热一次风中通常携带一定量的粉尘颗粒，这些颗粒在高速气流的带动下，不断冲刷风道内壁。根据相关研究和实际运行经验，粉尘颗粒的浓度可达到数克每立方米，风速一般在 15m/s-30m/s 之间。在如此高的流速和颗粒浓度下，风道内壁会受到严重的冲蚀磨损，尤其是在风道的弯头、三通等部位，磨损更为剧烈。此外，热一次风中可能含有一些腐蚀性气体，如二氧化硫、氮氧化物等，这些气体在一定条件下会与风道材料发生化学反应，导致腐蚀现象的出现。磨损和腐蚀的共同作用，会逐渐削弱风道的结构强度，降低其使用寿命，因此反辐射涂层必须具备良好的耐磨和耐腐蚀性能，以保护风道基体免受侵蚀。

1.3 热循环影响

锅炉在运行过程中，会经历启动、升负荷、降负荷、停机等不同的工况，这使得热一次风道处于频繁的热循环状态。在热循环过程中，风道材料会因温度的反复变化而产生热胀冷缩现象。由于反辐射涂层与风道基体的热膨胀系数可能存在差异，在热循环作用下，涂层内部和涂层与基体的界面处会产生热应力。如果热应力过大，超过了涂层的承受能力，就会导致涂层出现开裂、剥落等缺陷，从而降低涂层的防护效果。因此，在选择反辐射涂层材料和施工工艺时，需要充分考虑热循环因素，确保涂层能够在长期的热循环条件下保持良好的性能和完整性。

2. 反辐射涂层施工装置设计

2.1 总体结构设计

反辐射涂层施工装置主要由涂层材料储存与输送系统、喷涂执行系统、行走与定位系统以及控制系统等部分组成，其总体结构设计如图 1 所示。涂层材料储存与输送系统负责储存和精确输送涂层材料至喷涂执行系统；喷涂执行系统通过喷枪将涂层材料均匀地喷涂在热一次风道内壁；行走与定位系统能够带动喷涂执行系统在风道内移动，并实现精确的定位，以确保涂层的均匀性；控制系统则对整个施工过程进行自动化控制，包括材料输送速度、喷涂压力、行走速度等参数的调节。

2.2 涂层材料储存与输送系统

涂层材料储存与输送系统包括储存罐、输送泵、管道以及流量调节阀等部件。储存罐采用不锈钢材质制作，具有良好的耐腐蚀性和密封性，能够确保涂层材料在储存过程中不受污染和变质。输送泵选用高精度的柱塞泵，能够根据施工需求精确控制涂层材料的输送流量。管道采用耐高温、耐磨损的橡胶管，以适应热次风道内的高温环境和防止材料输送过程中的磨损。流量调节阀安装在输送管道上，通过控制系统调节其开度，实现对涂层材料输送速度的精确控制，确保喷涂过程中材料供应的稳定性。

2.3 喷涂执行系统

喷涂执行系统主要由喷枪、喷枪支架以及喷涂角度调节机构组成。喷枪采用特制的高温喷枪，能够适应涂层材料的特性和高温喷涂环境，保证涂层材料的雾化效果和喷涂均匀性。喷枪支架用于固定喷枪，并通过喷涂角度调节机构实现喷枪在不同方向上的角度调节，以满足热一次风道不同部位的喷涂需求。例如，在风道的弯头部位，需要通过调节喷枪角度，使涂层材料能够均匀地覆盖在弯曲的内壁表面。

2.4 行走与定位系统

行走与定位系统采用轨道式行走机构，在热一次风道内部预先铺设轨道。行走小车安装在轨道上，喷涂执行系统固定在行走小车上。行走小车由电机驱动，通过控制系统可以精确控制其行走速度和位置。定位系统采用激光测距传感器和编码器相结合的方式，激光测距传感器实时测量行走小车与风道壁的距离，编码器则记录行走小车的行走路程，通过两者的数据反馈，控制系统能够准确地确定行走小车的位置，实现喷涂执行系统的精确就位，保证涂层施工的质量。

2.5 控制系统

控制系统以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，通过人机界面（HMI）实现对整个施工装置的操作和监控。操作人员可以在 HMI 上设置涂层材料输送速度、喷涂压力、行走速度、喷涂厚度等施工参数，PLC 根据预设参数控制各个执行机构的运行。同时，控制系统还能够实时采集各个传感器的数据，如涂层材料流量、喷涂压力、行走小车位置等，并对这些数据进行分析和处理。一旦出现参数异常或设备故障，控制系统能够及时发出报警信号，并采取相应的保护措施，确保施工过程的安全和稳定。

3. 反辐射涂层施工方法

3.1 表面预处理

在进行反辐射涂层施工前，必须对热一次风道内壁表面进行彻底的预处理，以确保涂层与风道基体之间具有良好的附着力。表面预处理主要包括除油、除锈和粗化等步骤。首先，采用有机溶剂或碱性清洗剂对风道内壁进行清洗，去除表面的油污和杂质。然后，通过喷砂或抛丸等方法进行除锈处理，将风道内壁的铁锈、氧化皮等清除干净，使表面露出金属光泽。最后，对风道内壁进行粗化处理，增加表面粗糙度，提高涂层的附着力。粗化处理可以采用喷砂或机械打磨的方式，控制表面粗糙度在合适的范围内，一般为Ra3.2-Ra6.3μm。

3.2 涂层材料选择与调配

根据热一次风道的工作环境和性能要求，选择合适的反辐射涂层材料。目前，常用的反辐射涂层材料主要有陶瓷基涂层材料、金属基涂层材料以及有机 - 无机复合涂层材料等。例如，陶瓷基涂层材料具有耐高温、耐磨、隔热性能好等优点，适合在高温、高磨损的环境下使用。在选择涂层材料时，需要综合考虑其各项性能指标、施工工艺性以及成本等因素。涂层材料的调配应严格按照产品说明书的要求进行，准确控制各组分的比例。对于一些需要现场调配的涂层材料，如双组分涂料，要确保两组分充分混合均匀，以保证涂层的性能。在调配过程中，要注意环境温度和湿度的影响，避免因环境因素导致涂层材料性能发生变化。

3.3 喷涂工艺参数优化

喷涂工艺参数对反辐射涂层的质量和性能有着重要影响，需要进行优化调整。主要的喷涂工艺参数包括喷涂压力、喷涂距离、喷枪移动速度以及涂层厚度等。喷涂压力应根据涂层材料的特性和喷枪的性能进行选择，一般在 0.3MPa-0.8MPa之间。喷涂压力过低，会导致涂层材料雾化效果差，涂层表面不平整；喷涂压力过高，则可能会使涂层材料过度分散，造成浪费，同时也会对风道基体产生一定的冲击。喷涂距离一般控制在 150mm-300mm 之间，距离过近，容易导致涂层厚度不均匀，出现流挂现象；距离过远，则会使涂层材料在飞行过程中受到过多的空气阻力，影响涂层的附着力。喷枪移动速度应根据涂层厚度要求和喷涂效率进行调整，一般在 100mm/s-300mm/s 之间。涂层厚度应根据热一次风道的隔热要求和涂层材料的性能确定，一般为 0.5mm-2mm。在施工过程中，可以通过多次喷涂来达到所需的涂层厚度，每次喷涂的厚度应控制在合适的范围内，避免一次喷涂过厚导致涂层出现缺陷。

3.4 质量检测

在反辐射涂层施工完成后，需要对涂层的质量进行全面检测，以确保涂层满足设计要求。质量检测主要包括外观检查、厚度检测、附着力检测以及隔热性能检测等项目。外观检查主要通过目视或借助放大镜等工具，检查涂层表面是否平整、光滑，有无气泡、裂纹、流挂等缺陷。厚度检测采用涂层测厚仪进行，在涂层表面不同部位随机选取多个测量点，测量涂层厚度，确保涂层厚度符合设计要求，且厚度偏差在允许范围内。附着力检测可采用划格法或拉开法进行，根据相关标准判断涂层与风道基体之间的附着力是否满足要求。隔热性能检测则通过模拟热一次风道的工作环境，测量涂层施工前后风道表面的温度变化，计算涂层的隔热效果，评估其是否达到预期的节能目标。

4. 实际应用案例分析

4.1 项目背景

某火力发电厂拥有多台大型燃煤锅炉，其磨煤机热一次风道在长期运行后，出现了严重的热量散失和磨损问题，导致锅炉热效率下降，能耗增加。为了改善这种状况，该电厂决定采用反辐射涂层技术对热一次风道进行改造，并应用本文所开发的施工装置与方法进行涂层施工。

4.2 施工过程实施

首先，按照施工方法的要求，对热一次风道内壁进行表面预处理，经过除油、除锈和粗化处理后，风道内壁表面达到了良好的清洁度和粗糙度要求。然后，根据电厂的实际需求和涂层材料的性能特点，选择了一种陶瓷基反辐射涂层材料，并严格按照调配比例进行现场调配。在喷涂施工过程中，通过调试施工装置的各项参数，使喷涂压力、喷涂距离、喷枪移动速度等参数达到优化状态。行走与定位系统精确控制喷涂执行系统在风道内的移动和定位，确保涂层均匀地覆盖在风道内壁。施工过程中，实时监测涂层的质量，对出现的一些小问题及时进行调整和修复。

4.3 效果评估

涂层施工完成并经过质量检测合格后，热一次风道投入运行。经过一段时间的运行监测，取得了显著的效果。通过对比涂层施工前后的运行数据发现，风道表面温度明显降低，热损失减少了约 15%-20% ，锅炉热效率提高了3-5 个百分点，有效降低了能耗，节约了运行成本。同时，在后续的定期检查中发现，反辐射涂层保持完好，未出现明显的磨损、开裂、剥落等现象，表明涂层具有良好的耐磨性能和附着力，能够有效保护热一次风道基体，延长其使用寿命。该实际应用案例充分验证了本文所开发的锅炉磨煤机热一次风道反辐射涂层施工装置与方法的可行性和有效性。

5. 结论

本文通过对锅炉磨煤机热一次风道工作环境的深入分析，设计了一套专用的反辐射涂层施工装置，并详细阐述了相应的施工方法。该施工装置集成了先进的涂层材料输送、喷涂控制及自动化操作等功能，能够适应热一次风道复杂的施工条件。施工方法涵盖了表面预处理、涂层材料选择与调配、喷涂工艺参数优化以及质量检测等关键步骤，确保了反辐射涂层的施工质量。实际应用案例表明，采用本文的施工装置与方法，能够显著提高热一次风道反辐射涂层的性能，有效降低风道热量散失，提高锅炉热效率，延长风道使用寿命。这为火力发电等行业中锅炉磨煤机热一次风道的节能改造和维护提供了一种可靠的技术解决方案，具有广阔的应用前景和推广价值。未来，可以进一步对施工装置和方法进行优化和改进，提高施工效率和涂层质量，以更好地满足工业生产的需求。

参考文献

[1] 马昂 , 王南 . 基于纳米涂层技术的锅炉水冷壁防腐蚀方法研究 [J]. 自动化应用 , 2025, 66 (11): 246- 248.

[2] 路剑峰. 锅炉过热器管束高温腐蚀机理及防护涂层 [J]. 大众标准化, 2025,(09): 109- 111.

[3] 杨宇曦 . 垃圾焚烧发电锅炉管道涂层防护性能退化机理研究 [D]. 华北电力大学 ( 北京 ), 2024.

[4] 曲作鹏 , 刘吉臻 , 田欣利 , 等 . 高参数垃圾电站锅炉防腐涂层体系的设计策略与评价 [J]. 材料导报 , 2024, 38 (08): 190- 195.

[5]花勤健, 王敏, 杨勇军, 等. 发电锅炉材料与防护涂层的磨蚀机制与研究 [J].现代盐化工 , 2023, 50 (06): 32- 34.

[6] 黄延凯 . 燃准东煤锅炉防腐涂层的失效行为及结构设计研究 [D]. 新疆大学 , 2023.