1、如何使电厂锅炉节能降耗，提高安全运行的可靠性一 锅炉的工作原理将煤、石油、天然气等燃烧或其他热能释放出来的热量，通过金属受热面传递给净化的水，将其加热到一定压力和温度或蒸汽的换热设备，称为锅炉。锅是指在火上加热的盛给水的压力容器，炉是燃烧的场所，锅炉包括锅和炉两部分。通常把燃料的燃烧、放热、排渣称为炉内过程；把工质水的流动、传热、热化学等称为锅内过程。图 1-1 是一台燃烧煤粉的自然循环锅炉及辅机的工作流程图，亦即锅炉岛的范围。这台以煤为燃烧的锅炉，首先将煤送到磨煤机内磨制成煤粉，由空气携带通过燃烧器送入炉膛中燃烧。炉膛中的高温烟气释放的热量被水冷壁吸收，同时使燃烧产物进入过热器，再热器，省煤
2、器，空气预热器进行热交换，烟气能得到充分冷却后，经过除尘装置，清除其中飞灰，最后由引风机送住烟筒排入大气中。锅炉的给水流程如下：在热力系统中的高压加热器使水加热到一定温度，由给水管道将给水送入省煤器，在其中被加热到一定温度后，给水进入锅筒，然后沿下降管下引至水冷壁进中集箱，水在水冷壁管内吸收炉膛来的辐射热而形成给水混合物上升到锅筒中，经给水分离装置分离，水再流往下降管中，而给水则从锅筒进入过热器中，在过热器内饱和蒸汽继续吸热到额定的蒸汽温度，然后过热蒸汽送往汽轮机中，再蒸气是由汽轮机高压缸排汽通过管道送入锅炉再热器中继续加热到额定的再热温度，再送住汽轮机的中压缸。二 锅炉的热效率锅炉的热效率是
3、指锅炉有效利用热量占输入锅炉热量的百分比。燃料的发热是指燃料完全燃烧时放出的热量。在锅炉运行中，燃料不可能完全燃烧，其可燃成分未燃烧所折合成的热损失称之为锅炉不完全燃烧损失；另外，燃烧放出的热量也不可能完全被有效利用，有的热量被排烟、灰渣带走。这些热损失的大小决定了锅炉的热效率。锅炉的热效率是通过锅炉的热平衡确定的。所谓热平衡，是指输入锅炉的热量 Qr与锅炉有效利用热 Q1及各项热损失 Q2Q 6之间的数量平衡关系。Qr= Q1+ Q2+ Q6热效率= Q 1Q r100%由此看出，影响锅炉热效率的主要因素是排烟损失和不完全燃烧损失，所以改善了这两方面对锅炉的节能降耗非常重要。要改变这两方面，
4、我们现行的方法如下：方法 1. 强化燃烧,以减少不完全燃烧损失,其中包括:合理设计,改造炉膛形状;组织二次风,加强气流的混合和扰动;要有足够的炉膛容积和炉面积。方法 2. 减少排烟损失,其中包括:控制适当的空气过剩系数;强化对流传热。针对第一种方法来讲,已经具有现型设备的发电厂已不可能再更改设备,增加固定资产的投入.针对第二种方法来讲,现在工作在一线电厂的工程技术人员早已将自己的设备调整到最佳状态.那是不是我们正在运行的锅炉不更换新设备就不能提高热效率,再进一步达到节能的目的了呢? 回答是肯定的,完全可以在不更改任何设备的条件下提高锅炉运行的热效率,达到节能的目的.这就要求我们弄清楚锅炉的能量
5、吸收的本质问题.三.热辐射1.热辐射的基本概念辐射与传导或对流有着完全不同的本质.传导与对流传递热量要依靠传导物体或流体本身,而辐射是电磁能的传递,能量的传递不需要任何中间介质的直接接触,在空气中也能进行。传热学是研究热能传递规律的一门科学，物体相互之间或同一物体的两部分间存在温度差是产生传热现象的必要条件，只要有温度差存在，热量总有从高温向低温传递的趋势。传热是一种复杂的现象，根据其物理本质的不同，把传热过程分为三种基本方式：传热、对流、辐射。物体中带电微粒的能级如发生变化，就会向外发射辐射能。辐射能的载运体是电磁波，电磁波根据其波长不同，有宇宙射线、r射线、x 射线、紫外线、可见光、红外线
6、和无线电波等。物体把本身的内能转化为对外发射辐射能及其传播的过程称为热辐射。热辐射效应最显著的射线，主要是红外线波（0.76-70m），其次是可见光波（0.38-0.76m）。作为工业炉上所涉及的温度范围，热辐射主要位于红外波的区段，（图 3-1）也称为热射线。热射线和可见光线的本质相同，所以可见光线的传播、反射和折射等规律，对热射线也同样适用。如图 3-2 所示， 当辐射能 Q 投射到物体上以后，一部分能量 QA被物体吸收，一部分能量 QR被反射，另一部分能量 QD透过该物体。于是按能量平衡关系可得：Q=Q A+QR+QD或 QA/Q+ QR/Q+ QD/Q=1 其中 QA/Q，Q R/Q，
7、Q D/Q 分别作为该物体的吸收率，反射率和通过率，并依次用符号 A.R.D 表示，由此可得：A+R+D=1自然界所有物体的吸收率，反射率和透过率的数值在 0-1 的范围内变化。绝对黑体（即 A 为 1，R+D=0）并不存在。它是指落在物体上的全部辐射热能都被该物体吸收，这种物体称为绝对黑体，简称黑体。但绝对黑体这个概念，无论在理论上还是实验研究工作上都是十分重要的。绝对白体（即 R 为 1，A+D=0）也不存在。它是指落在物体上的全部辐射能，都被该物体所反射出去，这种物体称为绝对白体，简称白体。（图 3-3）2.热辐射的基本定律普朗克定律单位时间内物体单位面积辐射出去的（向半球空间所有方向）
8、总能量，称为辐射能力 E，单位是 w/m2。辐射能力包括发射出去的波长从 =0 到 =的一切波长的射线。假若令E 代表在 到+ 的波长间隔内物体的辐射能力，则E d EE =lim = d 式中 E 单色辐射力，w/m 3或 w/m2m显然辐射能力与单色辐射能力之间存在下列关系：E= 0 E d （w/m 2）普朗克根据量子理论，导出黑体的单色辐射为 E0 和波长及绝对温度之间的关系即C1 -5E0 = (w/m2)EC2(T) -1波长，mT黑体的绝对温度 ，ke自然对数的底C1常数，等于 3.74310-16 w/m2C1常数，等于 1.438710-2mk图 3-4 所见,就是普朗克定律
9、所揭示的关系.斯蒂芬波尔茨曼定律根据普朗克的 E= 0 E d （w/m 2）公式可得E0= 0 E0 d = 0 C1 -5/ ec2(T) -1d= 0T4 （w/m 2） 0为绝对黑体的辐射常数,其值为 5.6710-8 w/（m 2k4）。式子说明黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比，故这个定律也叫四次方定律。在技术计算里，定律写成下列便于计算的形式：E0=C0(T/100)4（w/m 2）式中 C0绝对黑体的辐射系数，等于 5.67w/（m 2k4）。普朗克定律是说明黑体单色辐射力分布规律的。但一切实际物体在任何波长的辐射力都小于黑体在该波长的辐射力。如果某物体的辐射光谱也是连续
10、的，在任何温度下任何波长的单色辐射力 E 与黑体在同一波长的单色辐射力 E0 之比都是同一数值，等于 ，这种物体称为质体， 称为该物体的黑度。=E /E0 =E/ E0=E 0质体的黑度在温度变化不大时，近似地认为不随温度而变，因此四次方定律对质体也的适用的，即E=E 0=C 0(T/100)4=C(T/100)4式中 C质体的辐射系数克希荷夫定律这一定律确定了物体黑度与吸收率之间的关系，它可以从两表面间辐射换热的关系导出。设有两个互相平行相距很近的平面（图 3-2），每一个平面所射出的辐射能全部可以落到另一平面上，表面 1 是绝对黑体，表面2 是质体。两个表面的温度，辐射能力和吸收率分别为
11、T0、E 0、A 0（=1）和 T、E、A。表面 1 辐射的能量 E0，落在表面 2 上被吸收 A E0；其余（1- A）E 0反射回去，被表面 1 吸收；表面 2 热量的收支差额为 q=E-AE。当体系处于热平衡状态时，T= T 0 ， q=0 上式变为E= AE0或 E/A= E0把这种关系推广到任意物体，可以得到E1/A1= E2/A2= E/A= E0此式说明了任何物体的辐射能力和吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力，与物体的表面性质无关，仅是温度的函数，这就是克希荷夫定律。所以得出这样的结论：任何物体的黑度等于它对黑体辐射的吸收率。也就是说，物体的辐射能力愈大，它的吸收率就愈大
12、，反之亦然。四 WT 高温节能防腐涂料的节能评估根据普朗克辐射理论，温度 1273k 的辐射体，其 1-5m 波段的辐射能占全波段辐射总能的 76%（图 3-1）；当辐射温度是 1573k 时，1-5m 波段的辐射能量占全波段辐射能量的 85%，因此提高锅炉内衬（向火面）1-5m 波段的辐射率是提高锅炉的重要问题。WT 高温节能防腐涂料在高温中的节能作用，主要有两个方面：提高锅炉内衬（向火吸热面）1-5m 波段的辐射率，其潜在吸收热能的能力提高 10%左右。首先估算锅炉内衬（向火吸热面）单位面积，单位时间因 1-5m 波段发射率提高而增加的辐射能量为： W=W/-W式中 W/是涂层单位面积，单
13、位时间辐射的能量，W 是锅炉内衬（向火吸热面）的单位面积，单位时间辐射的能量。W/= 0 2 Eb dW= 0 1 Eb d式中 1 是锅炉内衬（向火吸热面）单色辐射率； 2 是 WT高温节能防腐涂料涂层单色辐射率，E b 是绝对黑体单色辐射强度。W= 0（ 2 - 1 ）E b d锅炉内衬（向火吸热面）辐射率与 WT 高温节能防腐涂料涂层辐射率由线相差主要在 1-5m 波段，其它波段相差很小，可忽略不计。运用中值定理：W= 0（ 2 - 1 ）E b d=（ 2 - 1 ） 51 Eb d根据普朗克辐射理论，在 1000时绝对黑体全波段的总辐射能量有 76%分布在 1-5m 波段，所以W=（
14、 2 - 1 ）0.76 0 Eb d=0.76（ 2 - 1 ）T 4锅炉的内衬（向火吸热面）一般采用 20碳钢制造，则 1 =0.60,而 WT 高温节能防腐涂料涂层的 2 =0.9是斯忒潘-玻尔兰曼常数, =5.6710 -8T/m2s W=0.76(0.9-0.6) 5.6710-8(1273)2=3104(T/m2s)黑体W/W 是单位面积炉衬因辐射率提高 而提高的吸热效率,但是燃烧的辐射能量只是部分直接辐射到锅炉内衬(向火吸热面),所以要乘上一个折算因子 k1=4/5;另外,射到涂料涂层上的入射波只是部分吸收亦要乘上一个因子 k2=0.9.因涂层做锅炉内衬(向火吸热面)而增加的加热
15、效率:= k 1 k2W/W=4/50.90.76（ 2 - 1 ） 0 Eb d / 0 Eb d=0.16416%由此得出结论,在高温加热锅炉中,用 WT 高温节能防腐涂料,其潜在的吸热能力可以提高 10%左右,在试用实践中亦肯定的这个结论.优化强化红外匹配波谱,提高加热效率,缩短升温时间,使辐射场温度均匀,促使燃烧安全.由于 WT 高温节能防腐涂料具有 0.9 以上的发射率,因而可以提高锅炉内热能 1-5m 波的增加。同时，涂层发射率相对于金属表面的发射率的提高，增强了炉膛内吸热面的辐射量，提高了灰分的搅动，确保炉膛内的温度均匀及减少灰分在吸热面上的附着，使燃烧更充分，降低了灰分中的含碳
16、量。外加锅炉燃烧后排放的气体大多是三原子气体（如 CO2，H 2O，SO 2等）。他们的黑度又较低（图 4-1，4-2），因而相对于黑度为 0.9 的涂层吸能较差,也就降低了排烟温度。这也大大提高锅炉的热效率。五 WT 高温节能防腐涂料的高温防腐原理WT 高温节能防腐涂料覆盖在金属表面，使金属制品与外界介质隔离开来，以阻碍外界高温气氛及腐蚀物质如：O 2、S、Cl 2对金属表面的腐蚀。WT 高温节能防腐涂料涂层具有结构紧密，完整无孔，不透过介质；与底层金属有很强的结合力；高硬度，耐磨，耐腐蚀，耐高温；均匀分布在整个保护面上，与基体热容性好。该涂料的粘结剂是改性无机粘结剂和改性有机粘结剂在添加剂
17、帮助下复合而成，偏于弱酸性，提供羟基。金属基体可提供正离子，正好与羟基形成化学键结合，在偶联剂帮助下，甚至实现共价链的结合。在涂料中可提供 Cr3+、Si 4+、C O3-、Al 3-，其半径分别为 0.064 nm,0.041 nm,0.063 nm,0.051nm,它们在涂层烧结中容易渗进金属基体界面与 Fe 基,AL 基,或者 Cu 基固溶形成界面过渡层,产生“钉扎”效应。涂层的粘结剂浸润金属和填料，在 O-Si-O 键的空间网状结构维系下，形成一个致密和坚硬的整体，其综合热力学性质与基体是相匹配的。因此能够与基体牢固结合。涂料的填料是以致网剂 SiO2和耐蚀绕结剂 Cr2O3，AL 2
18、O3等组成。致网剂在粘结剂的帮助下形成三维网状结构，O-Si-O 键无论低温或是高温都保持宏观无序的结晶状态，结构间隙 0.158 nm 左右,腐蚀性离子 O2-,Cl-,S4+的离子半径依序是 0.14 nm,0.18 nm 和 0.053 nm,并不容易渗过 O-Si-O 网络腐蚀金属基体,何况有机粘结剂补偿无机网络,提高涂层的致密度,在偶联剂帮助下,有机和无机成份不是“油水”分离，而是润湿性、分散性都很好的有机结合，烧结反应之后，形成坚硬致密的薄膜。因此具有耐腐性功能。六 WT 高温节能防腐涂料的耐磨保护作用由于 WT 高温节能防腐涂料采用涂层烧结形成陶瓷膜的配方，因而涂料涂层在高温烧结
19、时形成的陶瓷膜具有较强的耐磨性，大约是20钢的耐磨性的 5-10 倍。下面列举了一些应用在电厂锅炉上的一些涂料的应用效果（见附件）。因而就陶瓷类涂料的具有的耐磨性也不需我们再一次的论证。我们在这里最后强调的一点就是以往人们采用的耐磨涂料，大都是功能单一，不具备节能效果，甚至还造成耗能的事实，而 WT 高温节能防腐涂料确是不但耐磨防腐，还具有显著的节能功能。所以说 WT 高温节能防腐涂料是目前延长设备使用寿命，减少维修，提高电厂锅炉安全运行，降低能耗的首选产品。由于应用 WT 高温节能防腐涂料的投入少，又具有节能防腐的功效，因而，为电厂降低成本，确保生产的安全性，提高市场竞争力和获得较高的经济收益开辟了一条可行之路。
