高輻射節能涂料在燃煤鍋爐的應用

秦　成

高輻射節能涂料在燃煤鍋爐的應用

秦成

（海南省鍋爐壓力容器與特種設備檢驗所，海南海口 570203）

結合本區域鍋爐的實際情況，探討高輻射節能涂料在燃煤鍋爐節能降耗上的應用效果。實驗測試表明，高輻射節能涂料在燃煤鍋爐節能降耗上的應用可行度很高。

高輻射節能涂料；燃煤鍋爐；節能降耗；熱效率

1　前言

據統計，截至2014年底，我國鍋爐數量總計已達63.89萬臺，其中工業鍋爐為60.93萬臺，占鍋爐總數的98%左右，其中大多數的鍋爐都是將燃煤作為主要燃燒方式［1］。由于我國整體的燃煤工業鍋爐運行熱效率較低，很難達到最初的設計要求，導致了年燃燒煤耗量多于標準煤燒6000萬t左右，同時燃燒中產生的大量煙塵、SO2和NOX等污染物，會排入大氣中加劇大氣污染程度。根據國務院2013年頒布的能源發展“十二五”規劃本省2014—2015年節能減排低碳發展行動方案要求，我們需加強工業鍋爐節能降耗的研究，旨在通過降低污染物排量進而達到鍋爐經濟運行的最大化。而高輻射節能涂料作為節能降耗的一大有效途徑，應用在鍋爐中對于加強傳熱效率進而達到降低能耗有很大的作用。

2　高輻射節能涂料的節能原理

眾所周知，傳導、對流和輻射是熱傳遞中最主要的3種傳遞方式。我們通常說的工業爐的高溫加熱，更多的是以輻射傳熱為主，也就是在燃燒或電致熱得到的熱量，通過電磁波進行輻射，二次傳遞到工件和窯爐的襯體部位。在這部分上，爐襯傳熱是占主體加熱工件總熱量的60%以上［2］。

紅外輻射，也就是熱輻射，屬于電磁波譜中的一部分，整體波長范圍介于0.760～1 000μm之間，相應的頻率范圍4× 1014～3×1011Hz，對應的光子能量范圍1.66～1.26×10-5eV。

由于紅外波本身沒有熱性質，是通過射程范圍的光波發射進而讓物質吸收，物質內部的分子和原子中的電子或者離子會發生共振現象，最終產生熱效應。通常情況，當溫度高于絕對零度時，所有物體都會發生紅外輻射，對于黑體物，輻射的波長和物體溫度對輻射度有很大影響，而非黑體的實物的輻射度，除了取決于這兩個條件外，也離不開實際物體自身的發射率對其的影響。

電磁波在發生輻射的傳播過程中，一旦出現物體，就會發生表面的反射和折射現象。對于現存的技術而言，很難實現在窯爐襯體表面的這種反射，因此我們反向思維，利用基爾霍夫定律中提到的關于“任何物體發射率都和其在相同溫度和相同條件下的吸收率相同”這一定理，通過降低爐內襯體的表面反射率，從而達到增大表面吸收率的目的［3］。

作為一種功能材料，將高的吸收率（εn＞0.85）用作爐內襯體，通過其爐膛內發生的紅外輻射能量進行轉化，產生涂層熱效應，再憑借材料本身的高發射率（εn＞0.85），按照紅外輻射的放射發射熱量到爐膛內部，讓沒有被直接及時吸收的輻射熱量通過襯體表面的紅外涂料再次轉移傳遞給工件，這就是紅外輻射涂料技術的原理。也因此，這一涂料技術的關鍵就在于對于爐窯襯體表面的吸收率和發射率的提高，對于吸收率而言，主要取決于襯體表面涂層對燃料燃燒產生紅外輻射的吸收能力，與此同時產生紅外熱效應；而發射率是通過襯體表面涂層，由于紅外熱效應使得整體溫度升高，進而再次向爐膛內部發射紅外輻射的能力。

3　應用實例

選用一臺在用工業鍋爐作實驗測試對象，型號為DZL4-1.25-A II，臥式鏈條爐排蒸汽鍋爐。施工前對鍋爐進行能效測試，在空氣系數1.65、蒸發量4 089.93kg/h，蒸汽壓力1.20MPa的工況條件下測試，測出鍋爐運行的最高熱效率為76%，排煙溫度230℃。根據高輻射涂料的耐高溫特性及對金屬基面的適應性，在爐墻爐拱表面和鍋爐水冷壁管火側面進行涂料涂層施工。施工后，再對鍋爐進行能效測試及檢查，涂料在鍋爐應用前后的性能對比如下所述。

3.1技術性分析

施工前，鍋爐的最高熱效率為76%，排煙溫度230℃。施工后，在空氣系數1.65、蒸發量4 089.93kg/h，蒸汽壓力1.20MPa的工況條件下測試，鍋爐的熱效率為79.68%，排煙溫度為167.7℃。鍋爐的熱效率提高了3.68%，排煙溫度降低了62℃。鍋爐運行一年后停爐檢查，水冷壁壁面無掛焦現象，水冷壁磨損減薄明顯減緩，涂料層無異常。也就是說，高溫紅外涂料在高溫工作環境中化學性能穩定，減緩水冷壁機械磨損及減少爐膛結焦。

3.2經濟性分析

以1t標煤產生7t蒸汽的理論標量來計算，4t位蒸汽的鍋爐熱效率提高3.68%后，該鍋爐1h可多生產0.147 2t蒸汽，也就是說每小時可節約21.03kg標煤。假設該鍋爐每天用汽12h，每年用汽300d。高輻射節能涂料的有效使用期為3a，那么該鍋爐在有效使用期內可節約227.124t標煤，以500元/t的標煤計算，即可節約11.3萬元。4t位蒸汽鍋爐的高輻射節能涂料施工成本約合計2.5萬元，也就是說，高輻射節能涂料的應用，可使得用戶減少燃料費8.8萬人民幣。

4　高輻射節能涂料在本區域燃煤鍋爐應用的預期效果

本區域在用鍋爐1 909臺，其中在用工業鍋爐1 875臺，占鍋爐的總數量的98.2%。燃煤工業鍋爐1 008臺，總的蒸汽額定蒸發量約為4 032t/h。

假設應用高輻射節能涂料技術，按鍋爐年平均使用時間300d計算，每天用氣12h，每年將省下13.35萬t蒸汽，也就是每年大約節約7.63萬t標準煤。

5　結束語

1）高輻射節能涂料在燃煤鍋爐中的應用測試表明，整體鍋爐的熱效率增大，排煙溫度明顯降低，鍋爐爐膛掛焦問題得到改善，同時水冷壁機械磨損現象有了減緩。

2）高輻射節能涂料化學性能穩定，工業應用后達到經濟和節能降耗的雙贏。

［1］ 國家質檢總局關于2014年全國特種設備安全狀況情況的通報［J］.中國特種設備安全，2015，（05）：40-42.

［2］ 屠平亮，陳建康，周建初.高發射率節能涂料及其應用［J］.紅外與毫米波學報，1993，（6）：21-22.

［3］ 彭梅蘭.節能紅外輻射涂料的制備與研究［D］.華南理工大學，2011.

High Radiation Energy-saving Coating Explore the Application of Coal-fired Boiler

Qin Cheng

The author of the actual situation in the region of the boiler，to explore the effect of high radiation energy-saving coating application in coal-fired boiler energy saving.Experimental tests have shown that a high energy-saving high radiation coating on the coalfired boiler energy saving applications feasible degree.

high radiation energy-saving coating；coal-fired boiler；energy conservation；thermal efficiency

TK225

A

1003-6490（2016）06-0073-02

2016-05-20

秦成（1981—），男，海南臨高人，工程師，主要從事鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗等工作。

收稿日期：2016-06-11

作者簡介： 林北凡（1971—），男，陜西鎮安人，工程師，主要研究方向為精細化工。