煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)

1、我國(guó)大型工業(yè)鍋爐總數(shù)約為我國(guó)大型工業(yè)鍋爐總數(shù)約為12萬(wàn)臺(tái)萬(wàn)臺(tái),其能源消耗占全其能源消耗占全國(guó)能耗總量的國(guó)能耗總量的25%左右左右,其中燃料爐占工業(yè)鍋爐總數(shù)其中燃料爐占工業(yè)鍋爐總數(shù)的的55%,能耗占全國(guó)能耗總量的能耗占全國(guó)能耗總量的23%.目前我國(guó)工業(yè)鍋爐的平均熱效率只有目前我國(guó)工業(yè)鍋爐的平均熱效率只有32%左右左右, 發(fā)發(fā)達(dá)國(guó)家達(dá)到達(dá)國(guó)家達(dá)到50%左右左右,工業(yè)鍋爐排放大量的工業(yè)鍋爐排放大量的co2, nox, sox等有害氣體等有害氣體,是是大氣環(huán)境的主要污染源之一。大氣環(huán)境的主要污染源之一。 煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù) ( ( high high radiative coat

2、ing techradiative coating tech） 是在物體表面涂覆一層具有高發(fā)射率的材料，使物體表面具有很強(qiáng)的熱輻射吸收和輻射能力，使輻射傳熱的效率提高。 什么是煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)是一種表面處理技術(shù) 傳熱有三種模式：對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)。傳熱有三種模式：對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)。 高溫下以輻射傳熱為主。高溫下以輻射傳熱為主。斯蒂芬斯蒂芬- -玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 e=e=0 0 c c0 0（t t 100 100 ）4 4 高輻射覆層材料采用具有高發(fā)射率的紅外涂料。高輻射覆層材料采用具有高發(fā)射率的紅外涂料。煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)的原理煤粉鍋爐節(jié)能?chē)娡考夹g(shù)的原理 根據(jù)

3、基爾霍夫定律，定律，材料的吸收材料的吸收率（又稱黑度）與發(fā)射率相等率（又稱黑度）與發(fā)射率相等。當(dāng)物。當(dāng)物體表面的發(fā)射率提高后，它的吸收熱體表面的發(fā)射率提高后，它的吸收熱量的能力也相應(yīng)提高。量的能力也相應(yīng)提高。一切物體在高于絕對(duì)零度時(shí)均會(huì)發(fā)射熱輻射，紅外一切物體在高于絕對(duì)零度時(shí)均會(huì)發(fā)射熱輻射，紅外線的波長(zhǎng)從紅色可見(jiàn)光的線的波長(zhǎng)從紅色可見(jiàn)光的0.76-1000m，覆蓋了波譜，覆蓋了波譜中間一段中間一段，紅外輻射的，紅外輻射的電磁波本質(zhì)電磁波本質(zhì)。波動(dòng)性和量子性雙重特征，遵循同樣形式的反射、波動(dòng)性和量子性雙重特征，遵循同樣形式的反射、折射、干涉、衍射和偏振定律，其在真空中的折射、干涉、衍射和偏振定律

4、，其在真空中的傳播速傳播速度都等于光速度都等于光速。表表 1 不同研究領(lǐng)域中紅外光譜區(qū)的劃分不同研究領(lǐng)域中紅外光譜區(qū)的劃分研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域近紅外，近紅外，m中紅外，中紅外，m遠(yuǎn)紅外，遠(yuǎn)紅外，m極遠(yuǎn)紅外，極遠(yuǎn)紅外，m紅外光譜學(xué)紅外光譜學(xué)0.75-2.52.5-251.5-5.6光學(xué)物理光學(xué)物理0.75-1.51.5-5.65.6-1000照明照明0.75-1.41.4-3.03.0-1000軍事、空間軍事、空間0.75-3.03.0-6.06.0-15.015.0-1000紅外加熱紅外加熱0.75-2.52.5-15.015.0-1000黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與絕對(duì)溫度的四黑體單位表面積

5、發(fā)射的總輻射功率與絕對(duì)溫度的四次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會(huì)引起物體次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會(huì)引起物體的輻射功率發(fā)生較大變化。的輻射功率發(fā)生較大變化。任何物質(zhì)的溫度只要高于絕對(duì)溫度，都會(huì)不斷地輻任何物質(zhì)的溫度只要高于絕對(duì)溫度，都會(huì)不斷地輻射能量，同時(shí)也不斷地吸收其他物質(zhì)輻射出來(lái)的能量，射能量，同時(shí)也不斷地吸收其他物質(zhì)輻射出來(lái)的能量，并把吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱輻射再輻射出去。并把吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱輻射再輻射出去。1.紅外光譜的形成和產(chǎn)生條件紅外光譜的形成和產(chǎn)生條件分子的總能量為分子的總能量為e=ee+e+er，式中，式中ee電子運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)能量；能量；e振動(dòng)能量；振動(dòng)能量；er轉(zhuǎn)

6、動(dòng)能量。轉(zhuǎn)動(dòng)能量。不是任何分子都能出現(xiàn)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化都會(huì)不是任何分子都能出現(xiàn)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化都會(huì)產(chǎn)生紅外光譜。產(chǎn)生紅外光譜。雙原子分子如果是同核分子，雙原子分子如果是同核分子，不產(chǎn)生紅外光譜不產(chǎn)生紅外光譜；異；異核分子，無(wú)論分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮都會(huì)導(dǎo)致輻射場(chǎng)的變核分子，無(wú)論分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮都會(huì)導(dǎo)致輻射場(chǎng)的變化，因此可觀察到紅外光譜。因此，雙原子分子產(chǎn)生化，因此可觀察到紅外光譜。因此，雙原子分子產(chǎn)生紅外光譜的必要條件是必須具有紅外光譜的必要條件是必須具有固有偶極矩陣固有偶極矩陣。對(duì)于多原子分子，不管有沒(méi)有固有偶極矩，只要轉(zhuǎn)對(duì)于多原子分子，不管有沒(méi)有固有偶極矩，只要轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能夠引起偶極矩的

7、變化，就能產(chǎn)生紅外光譜。動(dòng)和振動(dòng)能夠引起偶極矩的變化，就能產(chǎn)生紅外光譜。這是多原子分子產(chǎn)生紅外光譜的必要條件。這是多原子分子產(chǎn)生紅外光譜的必要條件。2.固體介質(zhì)中的光吸收過(guò)程固體介質(zhì)中的光吸收過(guò)程固體介質(zhì)的吸收或發(fā)射原理除了物質(zhì)的化學(xué)成分以固體介質(zhì)的吸收或發(fā)射原理除了物質(zhì)的化學(xué)成分以外，與材料結(jié)構(gòu)和能態(tài)有密切關(guān)系。通常有本征吸收外，與材料結(jié)構(gòu)和能態(tài)有密切關(guān)系。通常有本征吸收和自由載流子吸收和自由載流子吸收3.晶格振動(dòng)光吸收理論晶格振動(dòng)光吸收理論固體的紅外輻射，除了受電子的運(yùn)動(dòng)和能量狀態(tài)影固體的紅外輻射，除了受電子的運(yùn)動(dòng)和能量狀態(tài)影響以外，還與固體的晶格振動(dòng)及其與輻射場(chǎng)的能量交響以外，還與固體的

8、晶格振動(dòng)及其與輻射場(chǎng)的能量交換有關(guān)。換有關(guān)。4.雜質(zhì)及其它吸收理論雜質(zhì)及其它吸收理論晶體中的雜質(zhì)也會(huì)引起光的吸收。晶體中的雜質(zhì)也會(huì)引起光的吸收。綜上所述，影響紅外輻射與吸收的主要機(jī)理有：晶格振動(dòng)的綜上所述，影響紅外輻射與吸收的主要機(jī)理有：晶格振動(dòng)的共振吸收和多聲子吸收、自由載流子吸收及雜質(zhì)引起的不同共振吸收和多聲子吸收、自由載流子吸收及雜質(zhì)引起的不同機(jī)理的吸收。機(jī)理的吸收。晶格振動(dòng)引起的輻射與吸收集中在遠(yuǎn)紅外區(qū)；自由載流子引晶格振動(dòng)引起的輻射與吸收集中在遠(yuǎn)紅外區(qū)；自由載流子引起的吸收則從近紅外開(kāi)始形成連續(xù)的吸收光譜；雜質(zhì)或缺陷起的吸收則從近紅外開(kāi)始形成連續(xù)的吸收光譜；雜質(zhì)或缺陷引起的吸收要視其

9、引發(fā)機(jī)理的不同，可形成有限寬度的吸收引起的吸收要視其引發(fā)機(jī)理的不同，可形成有限寬度的吸收帶和紅外連續(xù)吸收光譜。帶和紅外連續(xù)吸收光譜。物質(zhì)對(duì)紅外輻射的發(fā)射和吸收實(shí)質(zhì)上是分子體系的躍遷偶極物質(zhì)對(duì)紅外輻射的發(fā)射和吸收實(shí)質(zhì)上是分子體系的躍遷偶極矩和光的振蕩電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。晶格中矩和光的振蕩電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。晶格中缺陷的存在和雜缺陷的存在和雜質(zhì)的引入質(zhì)的引入都可以改變晶格振動(dòng)活性，使晶格振動(dòng)增強(qiáng)，從而都可以改變晶格振動(dòng)活性，使晶格振動(dòng)增強(qiáng)，從而提高晶體在相應(yīng)波段的紅外輻射率。提高晶體在相應(yīng)波段的紅外輻射率。1935年美國(guó)福特汽車(chē)公司首次將紅外輻射應(yīng)用于加年美國(guó)福特汽車(chē)公司首次將紅外輻射應(yīng)用于加熱干

10、燥汽車(chē)漆膜。熱干燥汽車(chē)漆膜。1970年前后，隨著紅外基礎(chǔ)理論研究的深入和紅外年前后，隨著紅外基礎(chǔ)理論研究的深入和紅外測(cè)試手段的進(jìn)步，紅外加熱技術(shù)除了供漆行業(yè)外，已測(cè)試手段的進(jìn)步，紅外加熱技術(shù)除了供漆行業(yè)外，已擴(kuò)大到許多行業(yè)。如擴(kuò)大到許多行業(yè)。如:金屬的淬火，退火、鑄錠鍛壓金屬的淬火，退火、鑄錠鍛壓前的加熱和大型容器焊縫的應(yīng)力消除等高溫場(chǎng)合。此前的加熱和大型容器焊縫的應(yīng)力消除等高溫場(chǎng)合。此外，還用在醫(yī)療上面，如用紅外加熱代替外，還用在醫(yī)療上面，如用紅外加熱代替“灸灸”刺激刺激穴位，治療多種疾病。穴位，治療多種疾病。我國(guó)的紅外加熱技術(shù)從我國(guó)的紅外加熱技術(shù)從1958年開(kāi)始，最早研究的是年開(kāi)始，最早研

11、究的是紅外輻射加熱源如紅外輻射加熱源如紅外線燈泡紅外線燈泡等等，1966年開(kāi)始應(yīng)用到年開(kāi)始應(yīng)用到縫紉機(jī)、自行車(chē)表面的油漆層進(jìn)行烘烤作業(yè)?？p紉機(jī)、自行車(chē)表面的油漆層進(jìn)行烘烤作業(yè)。1976年國(guó)內(nèi)進(jìn)入了遠(yuǎn)紅外加熱應(yīng)用產(chǎn)品和通用元件年國(guó)內(nèi)進(jìn)入了遠(yuǎn)紅外加熱應(yīng)用產(chǎn)品和通用元件的工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的新階段，為在全國(guó)范圍內(nèi)普及應(yīng)的工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的新階段，為在全國(guó)范圍內(nèi)普及應(yīng)用遠(yuǎn)紅外技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。用遠(yuǎn)紅外技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)世紀(jì)70年代，紅外輻射涂年代，紅外輻射涂料逐步被應(yīng)用到爐窯，到料逐步被應(yīng)用到爐窯，到20世紀(jì)世紀(jì)80年代許多技術(shù)先進(jìn)年代許多技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家為

12、了達(dá)到節(jié)能的目的，投入了大量的人力、財(cái)?shù)膰?guó)家為了達(dá)到節(jié)能的目的，投入了大量的人力、財(cái)力進(jìn)行輻射涂料在工業(yè)爐上的應(yīng)用研究。力進(jìn)行輻射涂料在工業(yè)爐上的應(yīng)用研究。美國(guó)美國(guó)crc公司生產(chǎn)的紅外輻射涂料在工業(yè)爐上使用，公司生產(chǎn)的紅外輻射涂料在工業(yè)爐上使用，可節(jié)能可節(jié)能10%30%，同時(shí)涂料對(duì)爐襯基體還有保護(hù)作，同時(shí)涂料對(duì)爐襯基體還有保護(hù)作用，可延長(zhǎng)耐火材料使用壽命用，可延長(zhǎng)耐火材料使用壽命14倍。倍。我國(guó)江蘇、上海、湖南、北京的一些科研單位進(jìn)行我國(guó)江蘇、上海、湖南、北京的一些科研單位進(jìn)行了輻射涂料的開(kāi)發(fā)，在石化行業(yè)和鋼鐵行業(yè)的加熱爐了輻射涂料的開(kāi)發(fā)，在石化行業(yè)和鋼鐵行業(yè)的加熱爐有些應(yīng)用。但涂料存在高溫粘

13、結(jié)強(qiáng)度差，易脫落，全有些應(yīng)用。但涂料存在高溫粘結(jié)強(qiáng)度差，易脫落，全波段輻射性能較差等問(wèn)題。波段輻射性能較差等問(wèn)題。典型產(chǎn)品如英國(guó)典型產(chǎn)品如英國(guó)crc公司的公司的et-4型紅外涂料、美國(guó)型紅外涂料、美國(guó)crc公司的公司的c-10a、sbe涂料、英歐澳多國(guó)聯(lián)營(yíng)的涂料、英歐澳多國(guó)聯(lián)營(yíng)的encoat涂料以及日本涂料以及日本crc公司的公司的crc1100、crc1500涂涂料。料。我國(guó)上海硅酸鹽研究所推出的我國(guó)上海硅酸鹽研究所推出的hk-81和和ht-1涂料、涂料、北京科技大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的北京科技大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的bj-1和和ctc型涂料、昆明型涂料、昆明物理研究所推出的物理研究所推出的hkp-84紅外輻射

14、涂料、武漢鋼鐵紅外輻射涂料、武漢鋼鐵集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的wgc-1涂料以及濟(jì)南慧敏科技有限涂料以及濟(jì)南慧敏科技有限公司推出的公司推出的“杰能王杰能王”涂料等。涂料等。增加爐壁發(fā)射率，增強(qiáng)爐輻射傳熱，提高熱效率增加爐壁發(fā)射率，增強(qiáng)爐輻射傳熱，提高熱效率發(fā)射率與溫度的關(guān)系發(fā)射率與溫度的關(guān)系表表2 爐內(nèi)黑度與吸熱后能量分布爐內(nèi)黑度與吸熱后能量分布爐內(nèi)壁黑度傳導(dǎo)熱損失反射能量輻射能量0.355%65%30%0.705%30%65%0.905%10%85%500100015000.00.20.40.60.81.0 陶瓷纖維 常用耐火爐襯 紅外輻射涂料1 紅外輻射涂料2發(fā)射率溫度，20改善耐火材料

15、發(fā)射率的全波譜分布改善耐火材料發(fā)射率的全波譜分布發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系高溫輻射能量大多數(shù)集中高溫輻射能量大多數(shù)集中在在1-5m1-5m波段，如波段，如10001000和和13001300時(shí)，會(huì)分別有時(shí)，會(huì)分別有76%76%和和85%85%的輻射能量集中在這的輻射能量集中在這一波段內(nèi)，而一般的耐火一波段內(nèi)，而一般的耐火材料在這一波段的發(fā)射率材料在這一波段的發(fā)射率很低，對(duì)高溫輻射很低，對(duì)高溫輻射不利，不利，紅外輻射涂料可以彌補(bǔ)這紅外輻射涂料可以彌補(bǔ)這一不足。一不足。02468101214160.00.20.40.60.81.04324 紅外輻射涂料2 高鋁磚3 粘土磚發(fā)射率波長(zhǎng),m1

16、 粘土澆注料1 左圖是高發(fā)射率基料的透左圖是高發(fā)射率基料的透射電子顯微鏡（射電子顯微鏡（tem）形貌）形貌圖，圖中粉料顆粒大小為圖，圖中粉料顆粒大小為25-120nm，經(jīng)超細(xì)化處理工藝，經(jīng)超細(xì)化處理工藝，能使基料顆粒達(dá)到微納米尺能使基料顆粒達(dá)到微納米尺度（最大度（最大2mm）。顆粒的超細(xì)。顆粒的超細(xì)化使得涂料在涂覆到基材表化使得涂料在涂覆到基材表面后，能滲透到基體的內(nèi)部，面后，能滲透到基體的內(nèi)部，并形成一定厚度的過(guò)渡層，并形成一定厚度的過(guò)渡層，可提高覆層的附著力?？商岣吒矊拥母街?。 吹風(fēng)清灰吹風(fēng)清灰噴前處理膠噴前處理膠噴涂高輻射覆層材料噴涂高輻射覆層材料 “杰能王杰能王”微納米高溫紅外涂料微

17、納米高溫紅外涂料烘爐時(shí)自燒結(jié)固化烘爐時(shí)自燒結(jié)固化高輻射覆層的施工工藝：高輻射覆層的施工工藝： 、界面理論，在表面覆層制備過(guò)程中采用了、界面理論，在表面覆層制備過(guò)程中采用了前處理技術(shù)，前處理膠改變了基體的表面張力，前處理技術(shù)，前處理膠改變了基體的表面張力，使表面張力減小，提高了基體的吸附涂料的能力。使表面張力減小，提高了基體的吸附涂料的能力。為提高覆層的附著力采用的技術(shù)：為提高覆層的附著力采用的技術(shù)：、超細(xì)粉技術(shù)，涂料的微納米級(jí)顆粒使涂料滲透超細(xì)粉技術(shù)，涂料的微納米級(jí)顆粒使涂料滲透到基體的開(kāi)口氣孔中，形成了涂料與磚體的滲態(tài)結(jié)合。到基體的開(kāi)口氣孔中，形成了涂料與磚體的滲態(tài)結(jié)合。保證覆層不脫落！保證

18、覆層不脫落！ 滲透深度約滲透深度約 3 mm覆層厚度約覆層厚度約300m涂料填充到基體的開(kāi)口氣孔中，形涂料填充到基體的開(kāi)口氣孔中，形成涂料聚集區(qū)，并在顯微結(jié)構(gòu)圖中成涂料聚集區(qū)，并在顯微結(jié)構(gòu)圖中呈現(xiàn)為黑色顆粒。未與基體發(fā)生化呈現(xiàn)為黑色顆粒。未與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)相。學(xué)反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)相。格子磚覆層截面的顯微結(jié)構(gòu)格子磚覆層截面的顯微結(jié)構(gòu) 涂料與基體形成了覆層過(guò)渡層基體結(jié)構(gòu)，涂料與基體形成了覆層過(guò)渡層基體結(jié)構(gòu)，過(guò)渡層的形成保證了覆層與基體有良好粘結(jié)性能，過(guò)渡層的形成保證了覆層與基體有良好粘結(jié)性能，而過(guò)渡層的形成是由于涂料填充到基體的開(kāi)口氣孔而過(guò)渡層的形成是由于涂料填充到基體的開(kāi)口氣孔中，形

19、成涂料滲透區(qū)。中，形成涂料滲透區(qū)。 硅質(zhì)磚表面形態(tài)硅質(zhì)磚表面形態(tài) (25) 硅質(zhì)磚覆層表面形態(tài)硅質(zhì)磚覆層表面形態(tài) (25) 高鋁質(zhì)磚表面形態(tài)高鋁質(zhì)磚表面形態(tài) (25) 高鋁質(zhì)磚覆層表面形態(tài)高鋁質(zhì)磚覆層表面形態(tài) (25) 高輻射率覆層對(duì)耐火材料物理性能的影響高輻射率覆層對(duì)耐火材料物理性能的影響覆層對(duì)高鋁磚物理性能的影響覆層對(duì)高鋁磚物理性能的影響試樣試樣體積密度體積密度（g/cmg/cm3 3）氣孔率氣孔率（% %）耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度（mpampa）抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度（mpampa）抗熱震性抗熱震性（次）（次）高溫蠕變高溫蠕變（% %）未涂覆未涂覆2.432.43252549495.85.81616-1.42-1