時間回溯到2020年，一直以準東煤田的高堿煤為燃料的西北地區(qū)最大調(diào)峰電源——甘肅電力投資集團（以下簡稱甘肅電投）常樂電廠正面臨著一場前所未有的危機。

“2020年，我們甘肅電投常樂電廠2號1000兆瓦超超臨界機組發(fā)生了嚴重的結(jié)焦和高溫腐蝕。”甘肅電投常樂電廠相關負責人回憶道，“爐膛結(jié)焦非常嚴重，導致高溫腐蝕水冷壁管減薄達1.5毫米，按照這個速度，不出兩年，整個爐膛水冷壁系統(tǒng)就得面臨更換的命運。”

這場危機不僅讓電廠承受巨大的經(jīng)濟損失，更嚴重影響隴電入湘這一綠色能源輸送項目的穩(wěn)定性。作為連接西北與中南地區(qū)的重要能源橋梁，隴電入湘承載著緩解中東部地區(qū)電力緊張、促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重任。一旦調(diào)峰電源不能穩(wěn)定運行，不僅意味著能源供應的短缺，更可能引發(fā)連鎖反應，影響整個能源網(wǎng)絡穩(wěn)定運行。

面對如此嚴峻的挑戰(zhàn)，甘肅電投常樂電廠的領導層迅速行動起來，積極尋找解決方案。他們深知，要想從根本上解決問題，就必須依靠科技創(chuàng)新，找到一種能夠有效抵御高堿煤腐蝕、防止結(jié)焦的新材料。最終，他們將目光投向了蘭州化物所的研究團隊，希望通過產(chǎn)學研合作突破困境。

蘭州化物所與高堿煤發(fā)電難題的“較量”，早在多年前就已悄然拉開序幕。自2015年起，高祥虎所在的科研團隊就敏銳捕捉到國家能源需求，開啟了攻克高堿煤發(fā)電難題的征程。

“那時候，國內(nèi)對高堿煤的研究很少，我們幾乎是從零開始的。”高祥虎回憶，“高含量的堿金屬就像煤里的‘定時炸彈’，燃燒時與二氧化硫、氯化物反應，生成低熔點化合物，黏附在水冷壁管表面，逐步腐蝕金屬基材。”

在火力發(fā)電領域，爐膛結(jié)焦堪稱行業(yè)“頑疾”。傳統(tǒng)清焦方式的致命缺陷是，工人需身著厚重防護服，手持鋼釬手工敲擊焦塊，日均清理面積不足5平方米，效率與安全的天平嚴重失衡。某電廠曾發(fā)生慘烈事故：爐膛停工清焦時，數(shù)十噸焦塊突然崩塌，3名工人被瞬間掩埋，釀成不可挽回的悲劇。

“國外廠商對爐膛防護高端涂層材料實施技術壟斷，每平方米報價高達8000元，而一臺1000兆瓦機組需噴涂4000平方米，僅單次防護費用便突破3200萬元。”高祥虎表示，爆管事故產(chǎn)生高額的維護費用，疊加非計劃停機造成的發(fā)電損失，單次事故綜合成本往往達數(shù)千萬元。這種被動局面，讓國內(nèi)電廠在安全與成本間艱難求生。

“核心技術買不來、等不起！”高祥虎發(fā)現(xiàn)，國外涂層價格離譜，且針對國內(nèi)煤炭，特別是新疆高堿煤適配度不足、防護功能單一，壽命可靠性有待驗證，同時也無法滿足不同電廠的需求，尤其是深度調(diào)峰火電機組。

科研團隊當即決定，必須研發(fā)出適配中國煤質(zhì)、成本可控的抗結(jié)焦、耐高溫腐蝕材料，為能源裝備穿上國產(chǎn)“鎧甲”。

在實驗室里，科研團隊嘗試了數(shù)百種配方，進行了上千次性能測試，每一次失敗都是對意志和耐心的考驗。特別是在新冠疫情期間，實驗室進入封閉式管理，但研發(fā)進程容不得片刻停歇。團隊骨干主動請纓留守，用僅存的原料繼續(xù)攻堅；在凌晨僅有的數(shù)小時停機窗口驗證效果，與時間賽跑，與困難較量。

經(jīng)過無數(shù)個日夜的奮斗，科研團隊終于從傳統(tǒng)陶瓷釉工藝中汲取靈感，創(chuàng)新性研發(fā)出納米高熵防護與節(jié)能增效陶瓷涂層材料。該材料由五種以上不同元素（如鈦、鋯、鉭等金屬加氧、氮等非金屬）以幾乎相等的比例混合而成，就像把不同顏色的積木打亂重組，形成一種全新的穩(wěn)定結(jié)構。這項技術不僅攻克了陶瓷材料防結(jié)焦、耐高溫腐蝕的技術瓶頸，更實現(xiàn)了紅外輻射增效、高導熱率及熱膨脹系數(shù)可調(diào)的重大突破。它就像是為鍋爐量身定制的納米“高熵鎧甲”，既能阻擋高溫煙氣的沖刷，又能高效傳遞熱量，讓鍋爐在惡劣環(huán)境中依然穩(wěn)定運行。

“技術突破的最終目的是服務于生產(chǎn)實踐。”高祥虎表示，在甘肅電投常樂電廠的大力支持下，納米高熵陶瓷涂層技術先后在2臺1000兆瓦超超臨界調(diào)峰機組上應用，結(jié)果沒有讓人失望。

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(jié)焦現(xiàn)象，且未出現(xiàn)腐蝕情況。經(jīng)權威機構檢測，管壁厚度較噴涂前無明顯變化，而未噴涂涂層區(qū)域則出現(xiàn)明顯的腐蝕凹坑。這一對比結(jié)果，讓所有人都為之振奮。

隨后，團隊又在華能蘭州西固熱電有限公司的大力支持下，開展了165兆瓦機組爐膛的數(shù)值模擬和能效測試。結(jié)果顯示，涂層防結(jié)焦、耐高溫腐蝕性能優(yōu)異；涂層的應用顯著提高了鍋爐的熱效率，減少了供電煤耗，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。

對于1臺1000兆瓦的煤電機組而言，這意味著每年可節(jié)煤1.3萬噸，減排二氧化碳3.4萬噸。

納米高熵陶瓷涂層技術的成功應用，不僅為甘肅電投常樂電廠和華能蘭州西固熱電有限公司帶來了顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，更為整個火力發(fā)電行業(yè)提供了一種全新的解決方案。

談及未來，蘭州化物所的科研團隊表示，他們將持續(xù)進行技術的迭代升級，不斷優(yōu)化納米高熵陶瓷涂層技術，力爭實現(xiàn)電廠安全、穩(wěn)定地100%燃用多種高堿煤的目標。同時，他們將與企業(yè)合作，開展技術成果的推廣應用，讓這項科技成果惠及更多電廠，為我國煤電向基礎性、支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型提供強有力的技術支撐。

“目前，我們已經(jīng)與國內(nèi)的幾大發(fā)電集團進行了深入對接，未來合作前景廣闊。”高祥虎說，“我們相信，不久的將來，納米高熵陶瓷涂層技術將成為火力發(fā)電領域的標配，為我國能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻更大力量。”