高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐的應(yīng)用

秦　成

高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐的應(yīng)用

秦成

（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所，海南?？?570203）

結(jié)合本區(qū)域鍋爐的實(shí)際情況，探討高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用效果。實(shí)驗(yàn)測試表明，高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用可行度很高。

高輻射節(jié)能涂料；燃煤鍋爐；節(jié)能降耗；熱效率

1　前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，我國鍋爐數(shù)量總計(jì)已達(dá)63.89萬臺，其中工業(yè)鍋爐為60.93萬臺，占鍋爐總數(shù)的98%左右，其中大多數(shù)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(yè)鍋爐運(yùn)行熱效率較低，很難達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致了年燃燒煤耗量多于標(biāo)準(zhǔn)煤燒6000萬t左右，同時燃燒中產(chǎn)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(jù)國務(wù)院2013年頒布的能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃本省2014—2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動方案要求，我們需加強(qiáng)工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗的研究，旨在通過降低污染物排量進(jìn)而達(dá)到鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最大化。而高輻射節(jié)能涂料作為節(jié)能降耗的一大有效途徑，應(yīng)用在鍋爐中對于加強(qiáng)傳熱效率進(jìn)而達(dá)到降低能耗有很大的作用。

2　高輻射節(jié)能涂料的節(jié)能原理

眾所周知，傳導(dǎo)、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(yè)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(jìn)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(yīng)的頻率范圍4× 1014～3×1011Hz，對應(yīng)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(zhì)，是通過射程范圍的光波發(fā)射進(jìn)而讓物質(zhì)吸收，物質(zhì)內(nèi)部的分子和原子中的電子或者離子會發(fā)生共振現(xiàn)象，最終產(chǎn)生熱效應(yīng)。通常情況，當(dāng)溫度高于絕對零度時，所有物體都會發(fā)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(shí)物的輻射度，除了取決于這兩個條件外，也離不開實(shí)際物體自身的發(fā)射率對其的影響。

電磁波在發(fā)生輻射的傳播過程中，一旦出現(xiàn)物體，就會發(fā)生表面的反射和折射現(xiàn)象。對于現(xiàn)存的技術(shù)而言，很難實(shí)現(xiàn)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(guān)于“任何物體發(fā)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(nèi)襯體的表面反射率，從而達(dá)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(nèi)襯體，通過其爐膛內(nèi)發(fā)生的紅外輻射能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生涂層熱效應(yīng)，再憑借材料本身的高發(fā)射率（εn＞0.85），按照紅外輻射的放射發(fā)射熱量到爐膛內(nèi)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(zhuǎn)移傳遞給工件，這就是紅外輻射涂料技術(shù)的原理。也因此，這一涂料技術(shù)的關(guān)鍵就在于對于爐窯襯體表面的吸收率和發(fā)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(chǎn)生紅外輻射的吸收能力，與此同時產(chǎn)生紅外熱效應(yīng)；而發(fā)射率是通過襯體表面涂層，由于紅外熱效應(yīng)使得整體溫度升高，進(jìn)而再次向爐膛內(nèi)部發(fā)射紅外輻射的能力。

3　應(yīng)用實(shí)例

選用一臺在用工業(yè)鍋爐作實(shí)驗(yàn)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(jìn)行能效測試，在空氣系數(shù)1.65、蒸發(fā)量4 089.93kg/h，蒸汽壓力1.20MPa的工況條件下測試，測出鍋爐運(yùn)行的最高熱效率為76%，排煙溫度230℃。根據(jù)高輻射涂料的耐高溫特性及對金屬基面的適應(yīng)性，在爐墻爐拱表面和鍋爐水冷壁管火側(cè)面進(jìn)行涂料涂層施工。施工后，再對鍋爐進(jìn)行能效測試及檢查，涂料在鍋爐應(yīng)用前后的性能對比如下所述。

3.1技術(shù)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(shù)1.65、蒸發(fā)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(yùn)行一年后停爐檢查，水冷壁壁面無掛焦現(xiàn)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(huán)境中化學(xué)性能穩(wěn)定，減緩水冷壁機(jī)械磨損及減少爐膛結(jié)焦。

3.2經(jīng)濟(jì)性分析

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

4　高輻射節(jié)能涂料在本區(qū)域燃煤鍋爐應(yīng)用的預(yù)期效果

本區(qū)域在用鍋爐1 909臺，其中在用工業(yè)鍋爐1 875臺，占鍋爐的總數(shù)量的98.2%。燃煤工業(yè)鍋爐1 008臺，總的蒸汽額定蒸發(fā)量約為4 032t/h。

假設(shè)應(yīng)用高輻射節(jié)能涂料技術(shù)，按鍋爐年平均使用時間300d計(jì)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(jié)約7.63萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。

5　結(jié)束語

1）高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐中的應(yīng)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(jī)械磨損現(xiàn)象有了減緩。

2）高輻射節(jié)能涂料化學(xué)性能穩(wěn)定，工業(yè)應(yīng)用后達(dá)到經(jīng)濟(jì)和節(jié)能降耗的雙贏。

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

［2］ 屠平亮，陳建康，周建初.高發(fā)射率節(jié)能涂料及其應(yīng)用［J］.紅外與毫米波學(xué)報(bào)，1993，（6）：21-22.

［3］ 彭梅蘭.節(jié)能紅外輻射涂料的制備與研究［D］.華南理工大學(xué)，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(yàn)等工作。

收稿日期：2016-06-11

作者簡介： 林北凡（1971—），男，陜西鎮(zhèn)安人，工程師，主要研究方向?yàn)榫?xì)化工。