納米氣凝膠絕熱材料在火電廠超溫治理改造實踐

華能萊蕪發(fā)電有限公司 柯 波 張?zhí)m慶 丁光輝 馬道鋒 任建永

1 火力發(fā)電廠保溫應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

工程中可供選用的保溫材料種類很多，性能差異很大。火電廠熱力設(shè)備和管道保溫材料的選型，介質(zhì)溫度小于300℃的場合一般采用玻璃棉類，大于300℃的采用硅酸鋁棉類保溫[1]。傳統(tǒng)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)大、保溫層厚、吸水率較高，由于重力作用易造成“上大下小”的現(xiàn)象，造成局部超溫[2]。為客觀評價該電廠保溫材料使用現(xiàn)狀，本文進行了表面溫度三級測試普查，通過對鍋爐三級過熱器出口集箱、五抽至小機進氣管道、小機低壓進氣管道、主蒸汽管道、異形件（閥門、彎頭、支架等）采取熱電偶法、紅外輻射溫度計法和紅外熱成像法三種溫度測試方法，采用截面四周等分均布4個測點的方式測試了其平均表面溫度[3]。

測試結(jié)果如下：過熱器集箱表面溫度85℃，超溫35℃；五抽至小機進汽管道表面溫度61℃，超溫11℃；小機低壓進汽管道表面溫度64℃，超溫14℃；主蒸汽管道表面溫度55℃，超溫5℃。可見超溫現(xiàn)象比較普遍，超溫幅度較大。究其超溫原因可歸結(jié)為內(nèi)因和外因兩方面。保溫材料的隔熱性能是內(nèi)因，施工質(zhì)量是外因。要解決超溫問題首先要選取隔熱性能好、能適應(yīng)所在環(huán)境能長期穩(wěn)定工作的保溫材料，在此基礎(chǔ)上按照規(guī)范化的要求進行精細化施工。

2 新型納米孔氣凝膠氈絕熱材料

新型納米孔氣凝膠氈是一種高性能絕熱新材料，具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)、超高憎水性、防火、耐高溫、無毒無害，在保溫隔熱領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。氣凝膠結(jié)構(gòu)中的氣體介質(zhì)的尺寸大小處于納米級，其小粒徑、低密度、高比表面積和高氣孔率等結(jié)構(gòu)特征可有效降低材料的熱傳導(dǎo)，內(nèi)部氣孔路徑復(fù)雜帶來的“無窮多折板效應(yīng)”和“無限長路徑效應(yīng)”使對流和輻射也很低。材料主體為二氧化硅，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無毒無害，使用壽命達15年以上且隔熱性能衰減很小，可耐受500℃高溫，是A1級防火材料。其接觸角可達150°以上，超強疏水，吸水率小于1%。與傳統(tǒng)保溫材料相比隔熱性能更加優(yōu)異，在保溫工程中具有很好的應(yīng)用前景[4]。

新型納米孔氣凝膠氈應(yīng)用于三級過熱器保溫方案（m）：集箱（頂）保溫方案。原保溫材料+1層硅酸鋁+13層氣凝膠，尺寸22×5；集箱（側(cè)）保溫方案。原保溫材料+3層氣凝膠，尺寸22×8.6+8.6×5×2；集箱（底）保溫方案。原保溫材料+3層氣凝膠，尺寸22×5。

新型納米孔氣凝膠氈應(yīng)用于主蒸汽管道保溫方案（mm）：管徑Φ505×100；原保溫層硅酸鋁50+50；氣凝膠10×13；玻璃絲布0.5mm；彩鋼板0.7mm。

新型納米孔氣凝膠氈應(yīng)用于小機進汽管道保溫方案。位置15米平臺；長度12m；外徑610mm；保溫方案：4×50mm硅酸鋁+7×10mm氣凝膠。

表1 新型納米孔氣凝膠氈應(yīng)用于蒸汽管道保溫方案

新型納米孔氣凝膠氈應(yīng)用于小機進汽支管保溫方案。位置15米平臺；長度3m；外徑426mm；保溫方案：4×50mm硅酸鋁+7×10mm氣凝膠。

3 納米氣凝膠復(fù)合保溫氈改造前后表面溫度及熱損失分析

3.1 保溫設(shè)計方案保溫前后表面溫度對比

鍋爐三級過熱器出口集箱各部分氣凝膠改造前后表面溫度對比：過熱蒸汽集箱頂部（22×4.5）。改造前表面溫度78.6℃，改造后表面溫度49.4℃，降低溫度29.2℃；過熱蒸汽集箱左側(cè)部（8.6×4.5）。改造前表面溫度85.2℃，改造后表面溫度47.5℃，降低溫度37.7℃；過熱蒸汽集箱前側(cè)部（22×8.6）。改造前表面溫度84.1℃，改造后表面溫度43.1℃，降低溫度41.0℃；過熱蒸汽集箱底部（22×4.5）。改造前表面溫度87.3℃，改造后表面溫度65.3℃，降低溫度22.0℃。

鍋爐三級過熱器出口集箱氣凝膠保溫改造前后表面溫度對比：改造前表面溫度83.8℃，改造后表面溫度51.3℃，降低溫度32.5℃。

管道部分氣凝膠保溫改造前后表面溫度對比：五抽至小機進汽管道。位置15米平臺，度12米，改造前表面溫度60.1℃，改造后表面溫度40.1℃，降低溫度20℃；小機低壓進汽支管。位置15米平臺，長度3米，改造前表面溫度63.3℃，改造后表面溫度41.4℃，降低溫度21.9℃；主蒸汽管道。位置15米平臺，長度10米，改造前表面溫度50.6℃，改造后表面溫度42.7℃，降低溫度7.9℃。

表2 異形件氣凝膠保溫前后表面溫度對比

火電廠的鍋爐三級過熱器出口集箱在進行氣凝膠改造后，表面溫度成功由83.8℃降到51.3℃，達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。管道部分進行氣凝膠改造后主蒸汽管道表面平均溫度降至42.7℃，五抽至小機進汽管道表面平均溫度降至40.1℃，小機支管表面平均溫度降至41.4℃，全部達到了標(biāo)準(zhǔn)要求。異形件改造后各個設(shè)備接口也成功將表面平均溫度降至50℃以下。

3.2 保溫設(shè)計方案保溫前后散熱損失對比

鍋爐三級過熱器出口集箱各部分改造前后表面散熱損失比較：過熱蒸汽集箱頂部（22×4.5）。改造前表面散熱損失382.9W/m2k，改造后表面散熱損失198.9W/m2k，降低散熱損失184.0W/m2k，節(jié)能率48.1%；過熱蒸汽集箱左側(cè)部（8.6×4.5）。改造前表面散熱損失603.8W/m2k），改造后表面散熱損失308.6W/m2k，降低散熱損失295.2W/m2k，節(jié)能率48.9%；過熱蒸汽集箱前側(cè)部（22×8.6）。改造前表面散熱損失585.6W/m2k，改造后表面散熱損失256.6W/m2k，降低散熱損失329.0W/m2k，節(jié)能率56.2%；過熱蒸汽集箱底部（22×4.5）。改造前表面散熱損失644.5W/m2k，改造后表面散熱損失517.6W/m2k，降低散熱損失126.9W/m2k，節(jié)能率19.7%。

鍋爐三級過熱器出口集箱改造前后表面散熱損失比較：改造前散熱損失554.2W/m2k，改造后散熱損失321.1W/m2k，降低散熱損失233.1W/m2k。

管道部分氣凝膠改造前后散熱損失值：五抽至小機進汽管道。位置15米平臺，長度12米，改造前散熱損失328.8W/m2k，改造后散熱損失100.1W/m2k，降低散熱損失228.7W/m2k；小機低壓進汽支管。位置15米平臺，長度3米，改造前散熱損失369.1W/m2k，改造后散熱損失114.0W/m2k，降低散熱損失255.1W/m2k；主蒸汽管道。位置15米平臺，長度10米，改造前散熱損失273.9W/m2k，改造后散熱損失182.4W/m2k，降低散熱損失91.5W/m2k。

表3 異形件氣凝膠保溫前后散熱損失對比

氣凝膠改造前后節(jié)能效率匯總：五抽至小機進汽管道69.6%，小機低壓進汽支管69.1%，主蒸汽管道33.4%，鍋爐三級過熱器出口集箱42.1%。納米孔氣凝膠氈復(fù)合保溫改造完成后各大集箱部件和管道的散熱損失大為降低，節(jié)能效率有了顯著的提升。

4 結(jié)果分析

通過保溫設(shè)計方案保溫前后的表面溫度以及散熱損失對比分析可知，采用納米氣凝膠保溫材料將熱力管道及設(shè)備的表面溫度降低16.6℃以上，有效解決了超溫點的超溫狀況。并且在運用新型納米氣凝膠保溫材料后設(shè)備管道的保溫厚度也有了明顯減薄，保溫外表面積大幅減小，從而較大幅度降低表面散熱損失，設(shè)備和管道的熱損失減少達33.4%以上[5]。

5 結(jié)語

新型納米氣凝膠材料運用于火電廠機組保溫超溫改造降低熱力設(shè)備管道表面溫度和表面熱損失，達到了預(yù)期效果，具有一定的示范效應(yīng)。為了更加有效的開展保溫提效工程，以下幾點可供相關(guān)從業(yè)人員借鑒：不斷的優(yōu)化和深化保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計，最大可能提升企業(yè)保溫能效水平；在進行保溫改造時，根據(jù)企業(yè)所在地區(qū)環(huán)境情況合理選擇綜合性能最佳的保溫材料。同時關(guān)注使用環(huán)境的防火要求，尤其是在附近有重要設(shè)備或電纜通過的場合需選用防火等級較高的保溫材料[6]；對保溫材料進行嚴(yán)格出廠和入廠把關(guān)，做好出廠檢驗和現(xiàn)場抽查，同時選用經(jīng)驗豐富的施工團隊；在保溫改造中需要特別關(guān)注重點設(shè)備以及特殊環(huán)境；關(guān)注異形件的保溫驗收，確保施工質(zhì)量；在保溫設(shè)計選型時需大膽創(chuàng)新，敢于采用新型材料及施工工藝，從根本上提升保溫技術(shù)水平，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。