一种锅炉超温防治用环境障涂层及其制备方法

摘要

本发明提供了一种锅炉超温防治用环境障涂层及其制备方法，涉及粉末增材制造技术领域，为解决现有隔热涂层无法长期可靠使用的问题而设计。该锅炉超温防治用环境障涂层包括设置在炉管表面的过渡层和设置在过渡层表面的隔热层，其中，过渡层连续且厚度均匀；沿炉管的轴向，隔热层分段设置，且每段隔热层中，均形成有基本沿轴向交替的波峰特征和波谷特征。本发明使得炉管能够突破传统均匀隔热涂层的应变容限，从而有效降低因炉管沿轴向的变形而引起的涂层剥落的应力，使得环境障涂层能够长期可靠使用。

权利要求

1.一种锅炉超温防治用环境障涂层，其特征在于，包括设置在炉管（1）表面的过渡层（2）和设置在所述过渡层（2）表面的隔热层（3），其中，所述过渡层（2）连续且厚度均匀；沿所述炉管（1）的轴向，所述隔热层（3）分段设置，且每段所述隔热层（3）中，均形成有沿所述轴向交替的波峰特征和波谷特征；

每段所述隔热层（3）均呈螺旋形貌，所述螺旋形貌的牙顶形成所述波峰特征，所述螺旋形貌的牙底形成所述波谷特征；每段所述隔热层（3）中，单独一段所述波峰特征沿所述轴向的尺寸为Lp，30mm≤Lp≤200mm；每段所述隔热层（3）中，单独一段所述波谷特征沿所述轴向的尺寸为Lv，5mm≤Lv≤8mm；沿所述炉管（1）的径向，所述波谷特征的尺寸是所述波峰特征的尺寸的30%～70%；和/或，所述波峰特征的涂层孔隙率为5%～10%，所述波谷特征的涂层孔隙率为10%～16%；每段所述隔热层（3）的长度为Li，300mm≤Li≤2000mm，且任意相邻两段所述隔热层（3）相距Lg，2mm≤Lg≤300mm。

2.根据权利要求1所述的锅炉超温防治用环境障涂层，其特征在于，所述过渡层（2）的厚度在0.2mm～0.25mm之间。

3.根据权利要求1所述的锅炉超温防治用环境障涂层，其特征在于，所述过渡层（2）的材质为金属，所述隔热层（3）的材质为陶瓷；所述过渡层（2）的涂层材料为镍基或钴基合金粉末；和/或，所述隔热层（3）的粉末平均粒度为0.020mm～0.075mm；和/或，所述隔热层（3）的涂层材料的热导率为0.1～3W/(m·K)。

4.一种锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，用于在锅炉的炉管（1）表面形成如权利要求1‑3任一项所述的锅炉超温防治用环境障涂层，包括如下步骤：计算炉管（1）需要设置环境障涂层的长度及隔热层（3）的厚度；

对炉管（1）需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理；

在经过喷砂处理的炉管（1）表面喷涂过渡层（2）；

在喷涂有过渡层（2）的炉管（1）的表面分段喷涂隔热层（3）。

5.根据权利要求4所述的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，在所述计算炉管（1）需要设置环境障涂层的长度及厚度的步骤中，包括：获取炉管（1）的实际温度，其中，所述炉管（1）的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据，或者，为炉膛内的热电偶测温数据。

6.根据权利要求5所述的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，当所述炉管（1）的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据时，环境障涂层的长度采用公式计算得到，其中，为隔热保障系数，取2.0～3.0；为环境障涂层应用后的目标降温值；L为炉管（1）的总长度；Te为炉管（1）的出口温度；Ti为炉管（1）的入口温度；隔热层（3）的厚度采用公式 计算得到，其中，λc为涂层热导率；ds为炉管（1）管壁的厚度；λs为炉管（1）材质的热导率；当所述炉管（1）的实际温度为炉膛内热电偶测温数据时，环境障涂层的长度Lc为1.5m 2.0m，环境障涂层长度方向的中点置于炉管表面温度测点位置，隔热层（3）~的厚度为0.25mm～0.5mm。

7.根据权利要求6所述的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，当任意相邻两段隔热层（3）相距Lg的取值为Lg≤20mm时，的取值为2.0～2.5；当Lg的取值为20mm＜Lg≤300mm时，的取值为2.5～3.0。

8.根据权利要求4所述的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，所述对炉管（1）需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理的步骤中，经过喷砂处理的炉管（1）的表面粗糙度为Rz，50μm≤Rz≤80μm；和/或，所述在经过喷砂处理的炉管（1）表面喷涂过渡层（2）的步骤中，过渡层（2）采用的喷涂工艺为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或冷喷涂；和/或，所述在喷涂有过渡层（2）的炉管（1）的表面分段喷涂隔热层（3）的步骤中，包括步骤：控制喷枪的移动速度和炉管（1）的旋转速度，以控制波峰特征沿炉管（1）轴向的长度以及控制波谷特征沿炉管（1）轴向的长度。

9.根据权利要求8所述的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，其特征在于，所述控制喷枪的移动速度和炉管（1）的旋转速度的步骤中，喷涂每段隔热层（3）时，喷枪的移动速度为2mm/转～4mm/转；每喷涂完一段隔热层（3）且开始喷涂下一段隔热层（3）之前，喷枪的移动速度为8mm/转～15mm/转。

说明书

一种锅炉超温防治用环境障涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及粉末增材制造技术领域，具体而言，涉及一种锅炉超温防治用环境障涂层及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着火电机组锅炉参数的提高和深度调峰运行，锅炉的过热器、再热器等部件超温现象频发，过热器、再热器等炉管温度超过炉管材料的设计安全服役温度，频繁超温将引起锅炉高温部件发生爆管泄漏，危害锅炉安全运行。目前，针对锅炉炉管的超温现象，主要采取减温水降温，降低每一级管屏的蒸汽温度，但是，由于蒸汽在每一级流动过程中都会被加热，每级管屏内部不同炉管吸热不同，致使有的炉管仍然会发生超温现象。还有一些电厂采用降负荷运行的方式进行超温治理，这种方法经济性差，以牺牲锅炉的出力来降低炉膛温度，并非可取的运行方式。

[0003] 有鉴于此，一些电厂通过在锅炉炉管表面设置隔热涂层，利用隔热涂层对炉管进行降温。但是，受到电厂锅炉炉管的结构及其服役环境的特殊性的影响，使得现有的隔热涂层也无法长期可靠使用。

发明内容

[0004] 本发明的第一个目的在于提供一种锅炉超温防治用环境障涂层，以解决现有隔热涂层无法长期可靠使用的技术问题。

[0005] 本发明提供的锅炉超温防治用环境障涂层，包括设置在炉管表面的过渡层和设置在所述过渡层表面的隔热层，其中，所述过渡层连续且厚度均匀；沿所述炉管的轴向，所述隔热层分段设置，且每段所述隔热层中，均形成有基本沿所述轴向交替的波峰特征和波谷特征。

[0006] 进一步地，每段所述隔热层均呈螺旋形貌，所述螺旋形貌的牙顶形成所述波峰特征，所述螺旋形貌的牙底形成所述波谷特征。

[0007] 进一步地，每段所述隔热层的长度为Li，300mm≤Li≤2000mm；和/或，任意相邻两段所述隔热层相距Lg，2mm≤Lg≤300mm；和/或，每段所述隔热层中，单独一段所述波峰特征沿所述轴向的尺寸为Lp，30mm≤Lp≤200mm；和/或，每段所述隔热层中，单独一段所述波谷特征沿所述轴向的尺寸为Lv，5mm≤Lv≤8mm；和/或，所述过渡层的厚度在0.2mm～0.25mm之间。

[0008] 进一步地，所述过渡层的材质为金属，所述隔热层的材质为陶瓷；和/或，沿所述炉管的径向，所述波谷特征的尺寸是所述波峰特征的尺寸的30％～70％；和/或，所述波峰特征的涂层孔隙率为5％～10％，所述波谷特征的涂层孔隙率为10％～16％；和/或，所述过渡层的涂层材料为镍基或钴基合金粉末；和/或，所述隔热层的粉末平均粒度为0.020mm～0.075mm；和/或，所述隔热层的涂层材料的热导率为0.1～3W/(m·K)。

[0009] 本发明锅炉超温防治用环境障涂层带来的有益效果是：

[0010] 通过在炉管的表面设置过渡层，并进一步在过渡层的表面设置隔热层，使得炉管的表面形成能够进行超温防治的环境障涂层，其中，通过将隔热层设置为沿炉管的轴向分段的形式，使得炉管在长期服役过程中，隔热层的局部剥落不会扩展到相邻区域，从而提高了隔热层的整体寿命。而且，通过将每段隔热层设置为波峰特征和波谷特征基本沿轴向交替的形式，能够避免应变沿炉管轴向的累积，使得炉管能够突破传统均匀隔热涂层的应变容限，使得炉管表面环境障涂层的应变容限得到进一步提高，从而有效降低因炉管沿轴向的变形而引起的涂层剥落的应力，以保证环境障涂层设置于炉管时的稳定性，降低环境障涂层的剥落风险，并提高环境障涂层的抗冲刷性能，使得环境障涂层能够长期可靠使用。

[0011] 本发明的第二个目的在于提供一种锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，以解决现有隔热涂层无法长期可靠使用的技术问题。

[0012] 本发明提供的锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，用于在锅炉的炉管表面形成上述锅炉超温防治用环境障涂层，包括如下步骤：

[0013] 计算炉管需要设置环境障涂层的长度及隔热层的厚度；

[0014] 对炉管需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理；

[0015] 在经过喷砂处理的炉管表面喷涂过渡层；

[0016] 在喷涂有过渡层的炉管的表面分段喷涂隔热层。

[0017] 进一步地，在所述计算炉管需要设置环境障涂层的长度及厚度的步骤中，包括：获取炉管的实际温度，其中，所述炉管的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据，或者，为炉膛内的热电偶测温数据。

[0018] 进一步地，当所述炉管的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据时，环境障涂层的长度采用公式 计算得到，其中，β为隔热保障系数，取2.0～3.0；ΔT为环境障涂层应用后的目标降温值；L为炉管的总长度；Te为炉管的出口温度；Ti为炉管的入口温度；隔热层的厚度采用公式 计算得到，其中，λc为涂层热导率；ds为炉管管壁的厚度；λs为炉管材质的热导率；当所述炉管的实际温度为炉膛内热电偶测温数据时，环境障涂层的长度Lc为1.5m～2.0m，环境障涂层长度方向的中点置于炉管表面温度测点位置，隔热层厚度为0.25mm～0.5mm。

[0019] 进一步地，当任意相邻两段隔热层相距Lg的取值为Lg≤20mm时，β的取值为2.0～2.5；当Lg的取值为20mm＜Lg≤300mm时，β的取值为2.5～3.0。

[0020] 进一步地，所述对炉管需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理的步骤中，经过喷砂处理的炉管的表面粗糙度为Rz，50μm≤Rz≤80μm；和/或，所述在经过喷砂处理的炉管表面喷涂过渡层的步骤中，过渡层采用的喷涂工艺为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或冷喷涂；和/或，所述在喷涂有过渡层的炉管的表面分段喷涂隔热层的步骤中，包括步骤：控制喷枪的移动速度和炉管的旋转速度，以控制波峰特征沿炉管轴向的长度以及控制波谷特征沿炉管轴向的长度。

[0021] 进一步地，所述控制喷枪的移动速度和炉管的旋转速度的步骤中，喷涂每段隔热层时，喷枪的移动速度为2mm/转～4mm/转；每喷涂完一段隔热层且开始喷涂下一段隔热层之前，喷枪的移动速度为8mm/转～15mm/转。

[0022] 本发明锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法带来的有益效果是：

[0023] 该锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，用于在炉管表面形成上述锅炉超温防治用环境障涂层，使得炉管的表面形成稳定的环境障涂层，有效改善了现有隔热涂层无法长期可靠使用的技术问题。

[0024] 另外，该方法中，通过预先计算需要设置环境障涂层的长度及隔热层的厚度，使得对炉管的超温防护更加具有针对性，以实现对炉管的有效隔热，而且，通过对炉管需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理，还使得后续喷涂得到的过渡层能够牢牢地附着于炉管表面，降低过渡层脱落的风险，从而降低环境障涂层脱落的风险。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层设置于炉管表面的结构示意图；

[0027] 图2为本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层设置于炉管表面的纵剖示意图；

[0028] 图3(a)为实施例一中锅炉的3号管在使用本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层后的隔热效果示意图；

[0029] 图3(b)为实施例一中锅炉的5号管在使用本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层后的隔热效果示意图；

[0030] 图4(a)为实施例二中的炉管在本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.3mm时的隔热效果示意图；

[0031] 图4(b)为实施例二中的炉管在本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.4mm时的隔热效果示意图；

[0032] 图4(c)为实施例二中的炉管在本发明实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.5mm时的隔热效果示意图。

[0033] 附图标记说明：

[0034] 1‑炉管；2‑过渡层；3‑隔热层。

具体实施方式

[0035] 目前，隔热涂层是一种较为有效的锅炉炉管降温方法。现有技术一公开的一种高温锅炉管隔热涂料，采用高温粘结剂将部分低热导率的陶瓷粉末粘结，并涂刷到锅炉管表面；现有技术二公开的一种锅炉用隔热涂料、制备方法及施工方法，通过硅溶胶将硅藻土、气凝胶、二氧化锆、陶瓷微粒、空心玻璃微粒、钛酸钾晶须、蛭石粉等低热导率的材料粘结，形成隔热涂层，与现有技术一的方案类似。上述现有技术一和现有技术二在实际使用过程中，为了获得较高的隔热效果，通常涂层厚度需要设置得比较厚，同时，由于涂层的热膨胀系数较低，与锅炉用钢相比，两者的热膨胀系数差异较大，在实际使用过程中，因炉管较长，膨胀量较大，涂层往往很快发生开裂、剥离，尤其是近年来，火电机组锅炉深度调峰运行，锅炉蒸汽温度及流量频繁快速波动，使得上述涂层的服役寿命大大缩短。

[0036] 另外，在燃气轮机热通道部件中，也会使用涂层结构来降低叶片表面的温度。然而，燃气轮机叶片小，喷涂面积小，叶片的受热变形与锅炉管相比并不显著，燃气轮机所使用的双层结构涂层并不能直接应用于电站锅炉的高温受热面，主要体现在三个方面：第一，锅炉过热器、再热器所使用的TP347H、HR3C、Super304等钢材热膨胀系数较大，燃气轮机用双层结构热障或环境障涂层与锅炉炉管材料热膨胀系数差异大，使得在将燃气轮机所使用的双层涂层结构应用于锅炉炉管时，容易出现涂层剥落现象；第二，锅炉炉管的运行环境比燃气轮机热通道部件的运行环境更为复杂，存在严重的飞灰冲蚀磨损以及烟气腐蚀，特别是近年来频繁变负荷调峰运行的锅炉还存在温度变化更为频繁的问题，对隔热涂层的抗腐蚀性能、抗冲蚀磨损性能以及耐热震性能都提出了更高的要求；第三，锅炉炉管长度较长，需要隔热的范围通常长达数米甚至十米以上，此时，炉管沿其周向的热膨胀变化是远远小于沿其轴向的热膨胀变化的，从而使得燃气轮机所使用的双层涂层结构的抗剥落能力无法满足长尺寸锅炉炉管的隔热需求。

[0037] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0038] 图1为本实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层设置于炉管1表面的结构示意图，图2为本实施例提供的锅炉超温防治用环境障涂层设置于炉管1表面的纵剖示意图。如图1和图2所示，本实施例提供了一种锅炉超温防治用环境障涂层，包括设置在炉管1表面的过渡层2和设置在过渡层2表面的隔热层3，其中，过渡层2连续且厚度均匀；沿锅炉的轴向，隔热层3分段设置，且每段隔热层3中，均形成有基本沿轴向交替的波峰特征和波谷特征。

[0039] 通过将隔热层3设置为沿炉管1的轴向分段的形式，使得炉管1在长期服役过程中，隔热层3的局部剥落不会扩展到相邻区域，从而提高了隔热层3的整体寿命。而且，通过将每段隔热层3设置为波峰特征和波谷特征基本沿轴向交替的形式，能够避免应变沿炉管1轴向的累积，使得炉管1能够突破传统均匀隔热涂层的应变容限，使得炉管1表面环境障涂层的应变容限得到进一步提高，从而有效降低因炉管1沿轴向的变形而引起的涂层剥落的应力，以保证环境障涂层设置于炉管1时的稳定性，降低环境障涂层的剥落风险，并提高环境障涂层的抗冲刷性能，使得环境障涂层能够长期可靠使用。

[0040] 需要说明的是，本实施例中，“基本沿轴向交替”既包括波峰特征与波谷特征沿轴向方向交替设置的形式，也包括，波峰特征与波谷特征沿设定方向交替设置的形式，此时，设定方向与炉管1的轴向呈锐角。

[0041] 请继续参照图1，本实施例中，每段隔热层3均呈螺旋形貌，其中，螺旋形貌的牙顶形成波峰特征，螺旋形貌的牙底形成波谷特征。

[0042] 通过将隔热层3设置为螺旋形貌的形式，一方面，使得每段隔热层3中，任意相邻的两段波峰特征均保持连接，能够增加波峰特征的结构强度，降低波峰特征剥落的风险，从而增加各段隔热层3的结构强度，另一方面，在利用喷涂工艺形成隔热层3时，该设置能够利用喷枪的连续进给实现，能够简化喷枪的控制策略，便于施工。

[0043] 在其他实施例中，也可以将波峰特征设置为一整圈环形结构，同时，将波谷特征也设置为一整圈环形结构，此时，即为：波峰特征与波谷特征沿轴向交替的具体形式。

[0044] 优选地，本实施例中，每段隔热层3的长度为Li，300mm≤Li≤2000mm。如此设置，在保证隔热层3的局部剥落不会扩展到相邻区域的同时，还便于隔热层3的加工制造。

[0045] 优选地，本实施例中，任意相邻两段所述隔热层3相距Lg，2mm≤Lg≤300mm。如此设置，在保证隔热层3的局部剥落不会扩展到相邻区域的同时，还能够保证对炉管1整体的隔热效果，从而实现对锅炉的有效超温防治。其中，Lg为过渡层2不喷涂隔热层3的区域长度。

[0046] 优选地，本实施例中，每段隔热层3中，单独一段波峰特征沿轴向的尺寸为Lp，30mm≤Lp≤200mm。如此设置，能够保证波峰特征对炉管1的有效覆盖，并能够大幅降低炉管1热膨胀过程中的应力，从而保证隔热效果。

[0047] 优选地，本实施例中，每段隔热层3中，单独一段波谷特征沿轴向的尺寸为Lv，5mm≤Lv≤8mm。如此设置，在提高环境障涂层应变容限的同时，还能够保证波峰特征的轴向尺寸不会受到过多缩减，也可以保证隔热层3整体的厚度不会被过多削减，从而使得炉管1能够依靠设置于其表面的环境障涂层实现大幅度隔热。

[0048] 优选地，本实施例中，沿炉管1的径向，波谷特征的尺寸是波峰特征的尺寸的30％～70％。如此设置，能够保证隔热层3在波谷特征的位置处也具有一定的厚度，从而保证隔热效果。

[0049] 优选地，本实施例中，波峰特征的涂层孔隙率为5％～10％，波谷特征的涂层孔隙率为10％～16％。如此设置，能够保证波峰特征处形成致密涂层，从而提高隔热层3的抗飞灰冲蚀性能。

[0050] 优选地，本实施例中，隔热层3的粉末平均粒度为0.020mm～0.075mm。如此设置，有利于在波峰特征处形成致密涂层。

[0051] 需要说明的是，在喷涂隔热层3的过程中，可以保持在较高的粉末熔化效果，以在波峰特征处形成致密涂层；波谷特征可以通过粉末偏离束流中心的扩散效应保障涂层的沉积。

[0052] 优选地，本实施例中，隔热层3材质为陶瓷，热导率为0.1～3W/(m·K)。

[0053] 优选地，本实施例中，过渡层2的厚度在0.2mm～0.25mm之间。如此设置，能够实现炉管1表面与隔热层3之间的可靠过渡，增加隔热层3的附着作用力。

[0054] 本实施例中，过渡层2的涂层材料为金属，具体为镍基或钴基合金粉末。如此设置，能够提高过渡层2的抗腐蚀性能。优选地，过渡层2的涂层材料为NiCr、NiAl、NiCrAl、CoNiCrAlY或NiCrAlY。

[0055] 此外，本实施例还提供了一种锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，用于在锅炉的炉管1表面形成上述锅炉超温防治用环境障涂层，包括如下步骤：计算炉管1需要设置环境障涂层的长度及隔热层3的厚度；对炉管1需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理；在经过喷砂处理的炉管1表面喷涂过渡层2；在喷涂有过渡层2的炉管1的表面分段喷涂隔热层3。

[0056] 该锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，用于在炉管1表面形成上述锅炉超温防治用环境障涂层，使得炉管1的表面形成稳定的环境障涂层，有效改善了现有隔热涂层无法长期可靠使用的技术问题。

[0057] 另外，该方法中，通过预先计算需要设置环境障涂层的长度及隔热层3的厚度，使得对炉管1的超温防护更加具有针对性，以实现对炉管1的有效隔热，而且，通过对炉管1需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理，还使得后续喷涂得到的过渡层2能够牢牢地附着于炉管1表面，降低过渡层2脱落的风险，从而降低环境障涂层脱落的风险。

[0058] 在上述计算炉管1需要设置环境障涂层的长度及厚度的步骤中，包括：获取炉管1的实际温度，其中，炉管1的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据，或者，为炉膛内的热电偶测温数据。

[0059] 通过将顶棚管以上的热电偶测温数据或者炉膛内的热电偶测温数据作为炉管1的实际温度，能够满足不同应用场景下该方法的使用，其中，顶棚管以上的热电偶测温数据表征的为锅炉蒸汽的温度，炉膛内的热电偶测温数据表征的为锅炉内部由高温烟气传热产生的炉管金属温度。

[0060] 当炉管1的实际温度为顶棚管以上的热电偶测温数据时，环境障涂层的长度采用公式 计算得到，其中，β为隔热保障系数，取2.0～3.0；ΔT为环境障涂层应用后的目标降温值，单位为℃；L为炉管1的总长度，单位为m；Te为炉管1的出口温度，单位为℃；Ti为炉管1的入口温度，单位为℃；隔热层3的厚度采用公式 计算得到，其中，λc为涂层热导率；ds为炉管1管壁的厚度；λs为炉管1材质的热导率。

[0061] 通过采用上述方法计算获得需要设置的环境障涂层的长度和厚度，将不适宜施工人员计算的复杂传热学公式简化为简单易处理的计算公式，使得环境障涂层的工程化应用难度得到降低，能够提高计算效率，便于推广和使用。

[0062] 其中，当任意相邻两段隔热层3相距Lg的取值为Lg≤20mm时，β的取值为2.0～2.5；当Lg的取值为20mm＜Lg≤300mm时，β的取值为2.5～3.0。这种将隔热保障系数根据两段隔热层3相距距离进行确定的形式，能够使得计算得到的结果更加贴近实际工况，准确度更高。

[0063] 对于炉管1的实际温度为炉膛内的热电偶测温数据的情形时，可以将环境障涂层的轴向中点置于温度测点处，以保证具有可靠的隔热检测效果。在此情形下，隔热层3的厚度根据超温情况可以在0.25mm～0.5mm中选择，具体为，隔热层3的厚度与超温幅度呈正相关；隔热层3的总长度为1.5m～2.5m，具体为，每段隔热层3的长度与超温幅度呈正相关；每段隔热层3的长度为Li，300mm≤Li≤2000mm，(即这种情况涂层可以分段，也可以不分段)。

[0064] 本实施例通过以上两种方法，均能够获得需要在炉管1表面设置的环境障涂层的长度参数和厚度参数，从而使得该锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法具有多样化的使用场景。

[0065] 本实施例中，在对炉管1需要设置环境障涂层的全部区域进行喷砂处理的步骤中，经过喷砂处理的炉管1的表面粗糙度为Rz，50μm≤Rz≤80μm。如此设置，能够大大提高过渡层2在炉管1表面的附着力，从而保证喷涂效果。

[0066] 本实施例中，在经过喷砂处理的炉管1表面喷涂过渡层2的步骤中，过渡层2采用的喷涂工艺为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或冷喷涂。如此设置，均能够保证过渡层2的有效喷涂，且施工工艺简单、可靠。

[0067] 本实施例中，在喷涂有过渡层2的炉管1的表面分段喷涂隔热层3的步骤中，包括步骤：控制喷枪的移动速度和炉管1的旋转速度，以控制波峰特征沿炉管1轴向的长度以及控制波谷特征沿炉管1轴向的长度。

[0068] 通过对喷枪的移动速度和炉管1的旋转速度进行控制，以达到对波峰特征的长度及波谷特征的长度进行控制的目的，不仅便于施工，而且，还使获得的波峰特征及波谷特征能够准确地满足所需长度。

[0069] 本实施例中，在控制喷枪的移动速度和炉管1的旋转速度的步骤中，喷涂每段隔热层3时，喷枪的移动速度为2mm/转～4mm/转；每喷涂完一段隔热层3且开始喷涂下一段隔热层3之前，喷枪的移动速度为8mm/转～15mm/转。如此设置，不仅能够在过渡层2的表面形成有效的波峰特征和波谷特征，而且，还能够实现隔热层3在宏观上的分段。

[0070] 需要说明的是，本实施例中，可以将经过喷砂处理的炉管1置于喷涂工位，于旋转卡盘中夹持，从而实现喷涂过程中炉管1的旋转。

[0071] 该锅炉超温防治用环境障涂层的制备方法，仅通过喷涂便可实现环境障涂层在炉管1表面的制备，不需要通过工艺参数调整改变组织结构，喷涂过程中，只需要通过喷枪进给量相对速率的调整便可获得环境障涂层，施工方式简单，获得环境障涂层的效率大大提高。

[0072] 下述文字，将以两个具体实施例对本发明进行进一步说明。

[0073] 实施例一

[0074] 针对某1000MW机组末级过热器炉管1通过炉顶温度测点获得超温达到10℃的超温现象，首先，查阅该末级过热器蒸汽入口温度为491℃，通过顶棚管以上的热电偶检测到炉管1的出口温度为630℃，炉管1总长度L为33m。根据电厂要求，需要降温幅度为15℃。通过合理选择隔热保障系数β的取值，根据上述公式 可以计算得到需要隔热的炉管1长度Lc为7.12m。

[0075] 然后，对炉管1表面进行喷砂处理，并采用等离子喷涂方式喷涂材质为NiCrAl的过渡层2，厚度为0.25mm，为了保证对炉管1隔热的可靠性，将过渡层2的长度设置为9m(大于上述算得的Lc)。

[0076] 之后，对炉管1沿轴向进行分段，使得每段隔热层3涂层长Li为1.75m，任意相邻两段隔热层3的间隔Lg为5mm。同时，每段波峰特征的长度Lp为50mm，每段波谷特征的长度Lv为10mm。隔热层3的平均厚度根据上述公式 计算得到为0.38mm，波谷处厚度为
0.1mm。在实际工况下，炉管1的材质为钢材，λs为炉管1钢材的热导率。

[0077] 采用机械臂进行喷涂，设置机械手工作模式时，对于50mm宽度的区域，机械手的步进为3mm/转，连续16道后，由第16道至第17道的步进调整为10mm/转，以实现隔热层3沿炉管1轴向的分段。上述喷涂过程中，炉管1旋转，隔热层3采用YSZ(氧化钇稳定氧化锆)粉末，喷涂功率为42kW，喷涂距离为80mm(喷枪至炉管1表面的距离)。其中，隔热层3的厚度经多次喷涂完成，喷涂过程中可采用涂层测厚仪检测并控制涂层厚度。由此喷涂获得本发明锅炉超温防治用环境障涂层，其中，波峰特征位置处涂层致密，厚度分布为0.36mm～0.41mm；波谷特征位置处通过粉末偏离束流中心的扩散效应自然形成多孔结构，以缓解应力，提高应变容限，厚度为0.1mm～0.12mm。这种环境障涂层结构在锅炉频繁变负荷运行过程中，可有效降低涂层内部的应力，并降低涂层的剥落风险。

[0078] 下述表1为锅炉炉管1中采用锅炉超温防治用环境障涂层后的实际有效降温，图3(a)为该实施例中锅炉的3号管在使用上述锅炉超温防治用环境障涂层后的隔热效果示意图，图3(b)为该实施例中锅炉的5号管在使用上述锅炉超温防治用环境障涂层后的隔热效果示意图。图3(a)和图3(b)中，实线为应用锅炉超温防治用环境障涂层前的数据，虚线为应用锅炉超温防治用环境障涂层后的数据，横轴表示温度范围，纵轴表示该温度下所记录的样本数量。由图3(a)和图3(b)可以看出，现场应用可以有效降低炉管1出口蒸汽温度17℃。

[0079] 表1锅炉炉管1中采用锅炉超温防治用环境障涂层后的实际有效降温[0080]

[0081] 需要说明的是，由于只是少量炉管1应用上述锅炉超温防治用环境障涂层，因此，并不会影响集箱内蒸汽的温度，即：不会影响机组的出力。

[0082] 实施例二

[0083] 针对某350MW机组屏式再热器通过炉内温度测点发现的炉管1温度超温达110℃的超温现象，取三根炉管1，每根炉管1按环境障涂层的总长度为1.5m进行喷涂。喷涂前，在炉管1表面安装炉内测温热电偶，然后在炉内热电偶表面进行涂层喷涂。

[0084] 首先，在每根炉管1的喷涂区域内全部采用等离子喷涂NiCrAlY(镍铬铝钇)涂层，厚度为0.22mm，作为过渡层2；然后，在上述过渡层2的表面喷涂氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为隔热陶瓷层，每段炉管1的隔热陶瓷层分为两段，间隔5mm，三根炉管1的波峰特征分别按0.5mm、0.4mm、0.3mm的厚度进行喷涂，且三根炉管1的波峰特征均为8％的孔隙率；三个炉管
1的波谷特征的长度均为8mm，厚度分别为0.2mm、0.15mm、0.1mm，且三根炉管1的波谷特征均为12％的孔隙率。

[0085] 下述表2为根据不同涂层厚度的三根炉管1的实际有效降温，图4(a)为该实施例中的炉管1在上述锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.3mm时的隔热效果示意图，图4(b)为该实施例中的炉管1在上述锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.4mm时的隔热效果示意图，图4(c)为该实施例中的炉管1在上述锅炉超温防治用环境障涂层的波峰特征厚度为0.5mm时的隔热效果示意图。图4(a)、图4(b)和图4(c)中，实线为应用锅炉超温防治用环境障涂层前的数据，虚线为应用锅炉超温防治用环境障涂层后的数据，横轴表示温度范围，纵轴表示该温度下所记录的样本数量。由图4(a)、图4(b)和图4(c)可以看出，现场应用可以有效降低炉管1温度。

[0086] 表2根据不同涂层厚度的三根炉管1的实际有效降温

[0087]

[0088] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

[0089] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0090] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。