高辐射节能涂料在燃煤锅炉的应用

秦　成

高辐射节能涂料在燃煤锅炉的应用

秦成

（海南省锅炉压力容器与特种设备检验所，海南海口 570203）

结合本区域锅炉的实际情况，探讨高辐射节能涂料在燃煤锅炉节能降耗上的应用效果。实验测试表明，高辐射节能涂料在燃煤锅炉节能降耗上的应用可行度很高。

高辐射节能涂料；燃煤锅炉；节能降耗；热效率

1　前言

据统计，截至2014年底，我国锅炉数量总计已达63.89万台，其中工业锅炉为60.93万台，占锅炉总数的98%左右，其中大多数的锅炉都是将燃煤作为主要燃烧方式［1］。由于我国整体的燃煤工业锅炉运行热效率较低，很难达到最初的设计要求，导致了年燃烧煤耗量多于标准煤烧6000万t左右，同时燃烧中产生的大量烟尘、SO2和NOX等污染物，会排入大气中加剧大气污染程度。根据国务院2013年颁布的能源发展“十二五”规划本省2014—2015年节能减排低碳发展行动方案要求，我们需加强工业锅炉节能降耗的研究，旨在通过降低污染物排量进而达到锅炉经济运行的最大化。而高辐射节能涂料作为节能降耗的一大有效途径，应用在锅炉中对于加强传热效率进而达到降低能耗有很大的作用。

2　高辐射节能涂料的节能原理

众所周知，传导、对流和辐射是热传递中最主要的3种传递方式。我们通常说的工业炉的高温加热，更多的是以辐射传热为主，也就是在燃烧或电致热得到的热量，通过电磁波进行辐射，二次传递到工件和窑炉的衬体部位。在这部分上，炉衬传热是占主体加热工件总热量的60%以上［2］。

红外辐射，也就是热辐射，属于电磁波谱中的一部分，整体波长范围介于0.760～1 000μm之间，相应的频率范围4× 1014～3×1011Hz，对应的光子能量范围1.66～1.26×10-5eV。

由于红外波本身没有热性质，是通过射程范围的光波发射进而让物质吸收，物质内部的分子和原子中的电子或者离子会发生共振现象，最终产生热效应。通常情况，当温度高于绝对零度时，所有物体都会发生红外辐射，对于黑体物，辐射的波长和物体温度对辐射度有很大影响，而非黑体的实物的辐射度，除了取决于这两个条件外，也离不开实际物体自身的发射率对其的影响。

电磁波在发生辐射的传播过程中，一旦出现物体，就会发生表面的反射和折射现象。对于现存的技术而言，很难实现在窑炉衬体表面的这种反射，因此我们反向思维，利用基尔霍夫定律中提到的关于“任何物体发射率都和其在相同温度和相同条件下的吸收率相同”这一定理，通过降低炉内衬体的表面反射率，从而达到增大表面吸收率的目的［3］。

作为一种功能材料，将高的吸收率（εn＞0.85）用作炉内衬体，通过其炉膛内发生的红外辐射能量进行转化，产生涂层热效应，再凭借材料本身的高发射率（εn＞0.85），按照红外辐射的放射发射热量到炉膛内部，让没有被直接及时吸收的辐射热量通过衬体表面的红外涂料再次转移传递给工件，这就是红外辐射涂料技术的原理。也因此，这一涂料技术的关键就在于对于炉窑衬体表面的吸收率和发射率的提高，对于吸收率而言，主要取决于衬体表面涂层对燃料燃烧产生红外辐射的吸收能力，与此同时产生红外热效应；而发射率是通过衬体表面涂层，由于红外热效应使得整体温度升高，进而再次向炉膛内部发射红外辐射的能力。

3　应用实例

选用一台在用工业锅炉作实验测试对象，型号为DZL4-1.25-A II，卧式链条炉排蒸汽锅炉。施工前对锅炉进行能效测试，在空气系数1.65、蒸发量4 089.93kg/h，蒸汽压力1.20MPa的工况条件下测试，测出锅炉运行的最高热效率为76%，排烟温度230℃。根据高辐射涂料的耐高温特性及对金属基面的适应性，在炉墙炉拱表面和锅炉水冷壁管火侧面进行涂料涂层施工。施工后，再对锅炉进行能效测试及检查，涂料在锅炉应用前后的性能对比如下所述。

3.1技术性分析

施工前，锅炉的最高热效率为76%，排烟温度230℃。施工后，在空气系数1.65、蒸发量4 089.93kg/h，蒸汽压力1.20MPa的工况条件下测试，锅炉的热效率为79.68%，排烟温度为167.7℃。锅炉的热效率提高了3.68%，排烟温度降低了62℃。锅炉运行一年后停炉检查，水冷壁壁面无挂焦现象，水冷壁磨损减薄明显减缓，涂料层无异常。也就是说，高温红外涂料在高温工作环境中化学性能稳定，减缓水冷壁机械磨损及减少炉膛结焦。

3.2经济性分析

以1t标煤产生7t蒸汽的理论标量来计算，4t位蒸汽的锅炉热效率提高3.68%后，该锅炉1h可多生产0.147 2t蒸汽，也就是说每小时可节约21.03kg标煤。假设该锅炉每天用汽12h，每年用汽300d。高辐射节能涂料的有效使用期为3a，那么该锅炉在有效使用期内可节约227.124t标煤，以500元/t的标煤计算，即可节约11.3万元。4t位蒸汽锅炉的高辐射节能涂料施工成本约合计2.5万元，也就是说，高辐射节能涂料的应用，可使得用户减少燃料费8.8万人民币。

4　高辐射节能涂料在本区域燃煤锅炉应用的预期效果

本区域在用锅炉1 909台，其中在用工业锅炉1 875台，占锅炉的总数量的98.2%。燃煤工业锅炉1 008台，总的蒸汽额定蒸发量约为4 032t/h。

假设应用高辐射节能涂料技术，按锅炉年平均使用时间300d计算，每天用气12h，每年将省下13.35万t蒸汽，也就是每年大约节约7.63万t标准煤。

5　结束语

1）高辐射节能涂料在燃煤锅炉中的应用测试表明，整体锅炉的热效率增大，排烟温度明显降低，锅炉炉膛挂焦问题得到改善，同时水冷壁机械磨损现象有了减缓。

2）高辐射节能涂料化学性能稳定，工业应用后达到经济和节能降耗的双赢。

［1］ 国家质检总局关于2014年全国特种设备安全状况情况的通报［J］.中国特种设备安全，2015，（05）：40-42.

［2］ 屠平亮，陈建康，周建初.高发射率节能涂料及其应用［J］.红外与毫米波学报，1993，（6）：21-22.

［3］ 彭梅兰.节能红外辐射涂料的制备与研究［D］.华南理工大学，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，海南临高人，工程师，主要从事锅炉、压力容器、压力管道检验等工作。

收稿日期：2016-06-11

作者简介： 林北凡（1971—），男，陕西镇安人，工程师，主要研究方向为精细化工。