高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用

秦成，林道云

（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗所，海南 ?？?570203）

高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用

秦成，林道云

（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗所，海南 ?？?570203）

本文結(jié)合海南省鍋爐的實際應(yīng)用情況，分析高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用效果。實驗測試證明，高輻射節(jié)能涂料在燃煤鍋爐節(jié)能降耗上的應(yīng)用是可行的，值得進一步推廣使用。

高輻射節(jié)能涂料；燃煤鍋爐；節(jié)能降耗；熱效率

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，截至2014年底，我國鍋爐數(shù)量總計已達(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，其中絕大多數(shù)以燃煤為主[1]。這自然產(chǎn)生能耗高且污染嚴(yán)重的后果。而我國鍋爐的熱效率普遍較低，更加重能源負(fù)擔(dān)及環(huán)境污染。我國每年因此需多耗用燃煤約6000萬噸，且對大氣排放大量煙塵及SO2和NOX等污染物，加重我國PM2.5的污染水平。為響應(yīng)能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃和海南省2014—2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動方案要求， 加強工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗的研究，實現(xiàn)鍋爐運行的經(jīng)濟運行，減少煙塵排放量，需對提高鍋爐熱效率技術(shù)進行深入研究探討。而高輻射節(jié)能涂料在鍋爐上的應(yīng)用，正是基于鍋爐節(jié)能降耗的指導(dǎo)思想下，通過強化傳熱達(dá)到節(jié)能目的，為我國節(jié)能減排事業(yè)做出一定的貢獻。

1　高輻射節(jié)能涂料的節(jié)能原理

熱傳遞主要有三種方式：①傳導(dǎo)；②對流；③輻射。工業(yè)爐的高溫加熱，主要以輻射傳熱為主，即燃燒或電致熱的熱量主要以電磁波輻射的形式傳遞給工件和爐窯襯體，而由爐襯傳給工件的輻射傳熱占加熱工件總熱量的60%以上[2]。

紅外輻射是電磁波譜中的一段，其波長范圍為0.760～1000 μ m，相應(yīng)頻率范圍為4×1014～3×1011 Hz，對應(yīng)的光子能量范圍為1.66～1.26×10-5eV。

紅外輻射又稱為熱輻射，其本身并不具有熱性質(zhì)，而是在其射程范圍內(nèi)被物質(zhì)所吸收，使物質(zhì)分子和原子中的電子或者離子產(chǎn)生受迫共振而引發(fā)的熱效應(yīng)。一切物體在溫度高于絕對零度時均會發(fā)射紅外輻射，物體為黑體時，其輻射度則取決于輻射的波長和物體的溫度。電磁波在輻射傳播中遇到物體時，會在其表面產(chǎn)生反射和折射。根據(jù)基爾霍夫定律，任何物體的發(fā)射率都等于其在相同溫度和相同條件下的吸收率[3]。

紅外輻射涂料正是這樣一種功能材料：以高的吸收率（ε n＞0.85）使?fàn)t膛內(nèi)的紅外輻射能量轉(zhuǎn)化為涂層的熱效應(yīng)，再以高的發(fā)射率（ε n＞0.85）將熱量以紅外輻射的形式發(fā)射回爐膛內(nèi)，這樣可以使未能被工件直接及時吸收的輻射熱量，通過爐窯襯體表面的紅外輻射涂料，再次轉(zhuǎn)移傳遞給工件。因此，紅外輻射涂料的關(guān)鍵在于提高爐窯襯體表面的吸收率和發(fā)射率，發(fā)射率涉及襯體表面涂層因紅外熱效應(yīng)導(dǎo)致溫度提高而向爐膛反饋發(fā)射紅外輻射的能力。

2　應(yīng)用實例

選用一臺小型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。臥式鏈條爐排蒸汽鍋爐的熱效率通常不會超過76%，排煙溫度通常在230℃以上。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，在爐墻表面和鍋爐水冷壁管火側(cè)面進行涂料涂層施工。施工后，應(yīng)用專業(yè)的鍋爐能效測試儀器進行能耗測試與追蹤。涂料應(yīng)用前后的性能對比如下所述。

2.1技術(shù)性分析

臥式鏈條爐排蒸汽鍋爐的熱效率以往通常都不超過76%，而排煙溫度會在230℃以上。爐襯和水冷壁管涂覆高輻射節(jié)能涂料以后，在空氣系數(shù)為1.65、蒸發(fā)量為4089.93 kg/h，蒸汽壓力為1.20 MPa的工況條件下測試，鍋爐的熱效率為79.68%，排煙溫度為167.7 ℃。通過測試，鍋爐的熱效率提高了3.68%，排煙溫度降低了62 ℃。而且，使用一段時間后停爐檢查會發(fā)現(xiàn)，水冷壁壁面清潔而且無掛焦現(xiàn)象，水冷壁高溫腐蝕明顯減緩很多，壁厚無明顯減薄。說明，高溫遠(yuǎn)紅外涂料在高溫下化學(xué)性能相對穩(wěn)定，能夠有效地保護水冷壁和減少爐膛結(jié)焦。

2.2經(jīng)濟性分析

以1噸標(biāo)煤產(chǎn)生7噸蒸汽的理論標(biāo)量來計算，4噸位蒸汽的鍋爐熱效率提高3.68%后，該鍋爐1小時可多生產(chǎn)0.1472噸蒸汽，也就是說每小時可節(jié)約21.03 kg標(biāo)煤。假設(shè)該鍋爐每天用汽20 h，每年用汽300 d。高輻射節(jié)能涂料的有效使用期為3年，那么該鍋爐在有效使用期內(nèi)可節(jié)約378.54噸標(biāo)煤，以500元/噸的標(biāo)煤計算，即可節(jié)約18.9萬元。4噸位蒸汽鍋爐的高輻射節(jié)能涂料施工成本約合計為2.5萬元左右，也就是說，高輻射節(jié)能涂料的應(yīng)用，可使得用戶減少16.4萬元，而回收期僅為4個月左右。

3　高輻射節(jié)能涂料用在海南區(qū)燃煤鍋爐上的預(yù)期效果

海南現(xiàn)在用鍋爐1909臺，其中在用工業(yè)鍋爐1875臺，占鍋爐的總數(shù)量的98.2%。其中燃煤鍋爐905臺（電站鍋爐24臺)，燃煤鍋爐總的額定蒸汽量約為16706.04t/h（燃煤電站鍋爐總的額定蒸汽量為11908.4t/h，占燃煤鍋爐總的額定蒸汽量的71.3%）。

如果高輻射節(jié)能涂料技術(shù)，將節(jié)約33.41t/h。如果按鍋爐年平均使用時間150d計算，將省下12.03萬t蒸汽，也就是每年至少節(jié)約2.15萬標(biāo)煤，約合人民幣1075萬（標(biāo)煤價格以500元/t計算）。而高輻射節(jié)能涂料的有效期為3年，經(jīng)濟投入約1002萬元，鍋爐用戶總收益約2223萬元。

4　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，鍋爐的熱效率提高了3.68%，排煙溫度降低62 ℃，且鍋爐爐膛掛焦問題得到改善，且有效保護水冷壁，其化學(xué)穩(wěn)定性能得以表現(xiàn)。（2）4噸位的燃煤鍋爐在有效使用期內(nèi)可節(jié)約18.9萬元，而高輻射節(jié)能涂料的投資成本約2.5萬元左右。因此，用戶可節(jié)約16.4萬元，而回收期僅為4個月左右。（3）高輻射節(jié)能涂料如果在我省燃煤鍋爐中應(yīng)用，將進一步為社會的節(jié)能減排做更大的貢獻。以應(yīng)用率10%，熱效率平均提高2%計算，在高輻射節(jié)能涂料有效使用期內(nèi)可節(jié)約2223萬元左右。

[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[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，1993，（06）：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.

TQ 174.75 8.16

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1671-0711（2016）09（下）-0067-02