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?；痣姀S熱力設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、能適應所在環(huán)境能長期穩(wěn)定工作的保溫材料，在此基礎上按照規(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，具有極低的導熱系數(shù)、超高憎水性、防火、耐高溫、無毒無害，在保溫隔熱領域具有廣闊的發(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，內(nèi)部氣孔路徑復雜帶來的“無窮多折板效應”和“無限長路徑效應”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用前景[4]。

新型納米孔氣凝膠氈應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用于蒸汽管道保溫方案

新型納米孔氣凝膠氈應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 納米氣凝膠復合保溫氈改造前后表面溫度及熱損失分析

3.1 保溫設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℃，達到國家標準要求。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℃，全部達到了標準要求。異形件改造后各個設備接口也成功將表面平均溫度降至50℃以下。

3.2 保溫設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備管道表面溫度和表面熱損失，達到了預期效果，具有一定的示范效應。為了更加有效的開展保溫提效工程，以下幾點可供相關從業(yè)人員借鑒：不斷的優(yōu)化和深化保溫結(jié)構(gòu)設計，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。同時關注使用環(huán)境的防火要求，尤其是在附近有重要設備或電纜通過的場合需選用防火等級較高的保溫材料[6]；對保溫材料進行嚴格出廠和入廠把關，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注重點設備以及特殊環(huán)境；關注異形件的保溫驗收，確保施工質(zhì)量；在保溫設計選型時需大膽創(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水平，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。