内蒙古兰太实业股份有限公司热动力分厂75T循环流化床锅炉节煤解决方案案例.doc

内蒙古兰太实业股份有限公司热动力分厂75T/H循环流化床锅炉节煤解决方案目录一.前言2二.简介2三.用户简介3四. 锅炉情况3五.改造建议4六.高效纳米远红外节能涂料的性能5七.实施方案6(1)施工工期6(2)施工步骤6八.效果保证及验收7九.投资回报率分析7附件1.锅炉节能涂料施工验收报告9附件2.锅炉节能涂料效果验收报告10附件3.高效纳米远红外节能涂料的节能机理11一、前言： 节能降耗利国利民随着中国经济的蓬勃发展，能源的持续紧张，环境恶化的压力，以及民众节能环保意识的增强，全社会对节能和环保的需求越来越迫切。目前，节能环保已成为中国的基本国策，受到了从上到下政府部门及企事业单位前所未有的重视。同时，政府相关部门也陆续出台了促进节能环保的硬性指标、支持政策等配套措施。对于企业来说，节能降耗也就意味着降低成本，增加利润，提高企业的整体竞争力，是势在在必行的必然选择。二、简介：锅炉节能最佳选择-GW高效纳米远红外节能涂料作为世界上较早从事节能产品研发和生产的专业制造厂商, GW具有强大的研发和生产能力，一直引领业界技术的发展，具备傲视同侪的领先自主技术，并且依靠强大的规模生产优势，所供应的产品具有无与伦比的性价比，性能卓越，价格合理，是用户节能产品的最佳供应商！GW研发生产的高效纳米远红外节能涂料在欧美国家广泛应用于以煤、油、气、电为能源的热电厂、钢铁厂、化工厂、城市供热等行业的各种煤粉炉、链条炉、流化床炉、工业电炉、加热炉、退火炉、热风炉等工业炉窑，节能效果显著，并且工程实施方便、安全，备受推崇，目前在中国已广泛地应用于众多知名大企业，诸如中国铝业、徐州钢铁、天乾科技、天富热电、共昌轧辊、捷马集团热电厂、大唐发电等，不愧为全球工业炉窑节能的最佳选择！节能降耗，人人有责，绿瓦将和大众一道，为中国的节能环保事业做贡献！三. 用户简介：内蒙古兰太实业股份有限公司是一家具有央企背景的上市公司，总部位于内蒙古阿拉善经济开发区。该公司热动力分厂共有2台75T/H循环流化床锅炉，锅炉耗煤量大，在企业的生产成本中占据了较大比重，非常有必要进行节能降耗，提高企业的整体竞争力。本方案针对一台75T/H循环流化床锅炉利用GW工业窑炉节能涂料进行节煤改造。四、锅炉情况：该75T/H循环流化床锅炉生产厂家为无锡华光锅炉有限公司，锅炉炉膛尺寸为3500*6000*23000mm（长宽高）。锅炉采用单锅筒自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周有膜式水冷壁组成。自下而上，依次为一次风室、密相床、悬浮段，尾部烟道自上而下依次为高温过热器、低温过热器及省煤器、空气预热器。尾部竖井采用支撑结构，两竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部联接回送装置及灰冷却器。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬，前部竖井用敖管炉墙，外置金属护板，尾部竖井用轻型炉墙，由钢柱承受锅炉全部重量。水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰热量。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大，水冷壁为最主要的蒸发受热面。改善水冷壁的受热能力对于提高锅炉的热效率、节能降耗有重要意义。流化床锅炉的冲刷磨损、切削磨损以及涡流磨损非常大，锅炉内的流体或固体颗粒以较快的速度和一定角度对水冷壁和耐火材料表面进行冲击，不同的炉型或是不同的运行工况会有区别，磨损的剧烈程度会有差异。五、改造建议: 针对该公司热动力分厂锅炉的具体情况，建议采用2种方案对锅炉炉膛水冷壁喷涂GW节能涂层，GW节能涂层可以大大提高水冷壁等受热面的吸热能力，降低炉膛中心温度和排烟温度，提高锅炉效率，节能降耗，同时可以在水冷壁等受热面形成一层坚硬的保护层，耐磨损、耐腐蚀，有利于水冷壁等受热面的使用寿命。方案1全面喷涂：对锅炉炉膛内所有的水冷壁等受热面进行喷涂GW高效纳米远红外节能涂料，考虑到局部水冷壁（30%左右）由于冲刷、磨损严重，节能涂层的寿命会稍短，估计在1年左右，大部分节能涂层（70%左右）的使用寿命在2-3年左右，估计喷涂后第1年内的节能率在5%-10%左右，第2年的节能率在3.5%-7.0%左右，平均节能率在5%以上。对锅炉炉膛内所有的水冷壁等受热面进行喷涂的施工面积估计在500平方米左右。方案2局部喷涂：考虑到锅炉炉膛内局部水冷壁由于冲刷、磨损严重，影响节能涂层的使用寿命，可以不予喷涂，只对其他部位的水冷壁等受热面进行喷涂，施工后的使用寿命在2-3年左右，估计节能率在3.5%-7.0%左右，可以保证最低节能率在3.5%。对锅炉炉膛内局部水冷壁等受热面进行喷涂的施工面积估计在300平方米左右。六、纳米远红外节能涂料的性能：（1）全球最新第三代产品，独有的理想黑体技术（BLACKBODY MODEL），节能率高。GW节能涂料是一个接近的绝对黑体模型，发射率卓越。采用纳米科技所生产的节能涂料的平均粒径为1.5NM（纳米）左右，接近粒子的极限细化状态，辐射能能够全部进入涂层物质中，无论是在涂层物质表面还是在涂层物质内部基本上无反射现象发生，辐射能在传播的过程中逐渐地被涂层物质所吸收，此黑体模型的发射率与吸收率都接近于1，最大程度地提高了能量利用率，实现良好的节能效果。而国产的涂料由于生产工艺和技术的限制，所生产出的节能涂料平均粒径最小在2.0微米以上，发射率一般在0.80以内，节能效果较差，使用寿命较短。（2）超细纳米化颗粒在炉膛水冷壁基体上的附着力强，和炉膛基体是渗态结合，类似渗铝、渗碳工艺，完全改变和强化了基体材料的表面性能，可完全消除涂层脱落及使用效果下降等现象，表面即使是在极端的急冷急热条件下，也不会有爆裂和脱皮等现象发生，加上喷涂前独特的表面处理工艺和高压喷涂技术，施工后涂层长期使用不脱落，耐磨损、耐腐蚀，经久耐用。中国国内一般涂料无法覆盖的表面，GW涂料也能均匀覆盖。（3）超细纳米化涂层不受基体热胀冷缩的影响，与基体结合牢固，寿命持久。（4）涂料的成分均匀，寿命长。（5）超细纳米化，可大幅度降低表面能，从而使涂层不沾灰、不沾油，不易被污染及覆盖。七、实施方案：针对该锅炉采用绿瓦卓越的工业锅炉节能涂料和先进的施工工艺，在锅炉炉膛内部的水冷壁等有效辐射面进行喷涂，可以增加锅炉炉膛辐射面的黑度，提高辐射面对辐射能的吸收率及发射率，并使辐射场及温度场均匀，改变红外加热波谱，加强辐射面的有效吸收， 大大强化炉内的热交换过程，提高锅炉的热效率和产气量，减低排烟温度、煤气比以及炉渣的可燃物含量，节能降耗。同时，节能涂料和炉膛内壁渗态结合，在炉膛内壁形成一层坚硬的保护层，可以有效地保护炉膛内壁，减少腐蚀和磨损，延长锅炉的使用寿命2倍以上。施工所需要的涂料、辅料、工具以及施工人员均由绿瓦提供，所有的施工工程由绿瓦完成。现场施工所需要的脚手架由用户安排人员进行搭建、拆除。(1)施工工期 工程人员进场正式施工的时间在 6天左右。2)施工步骤1）施工前工具、耗材、电源、气源、照明等准备。2）清理炉膛辐射面清理炉膛辐射面分两个步骤。第一步利用喷砂工艺清理炉膛辐射面浮灰、积渣、结焦等。喷砂工艺采用压缩空气为动力形成高速喷射束，将喷料高速喷射到水冷壁表面，利用喷料对水冷壁表面的冲击和切削作用，可以使绝大部分的水冷壁表面获得良好的清洁度，同时不会损坏水冷壁管。第二步利用人工打磨机将未清洁净的积渣、结焦等全面除净，露出水冷壁本身的金属光泽。3）炉膛辐射面喷涂表面处理产品将配置好的表面处理产品均匀喷涂在施工部位表面。4）施工部位表面喷涂涂料利用高压喷枪将涂料均匀喷涂在炉膛辐射面。GW领先的界面理论及其表面处理技术可以减少被涂表面的张力，使涂料层与辐射面渗态结合，形成一层釉面聚合体，非常坚硬耐磨，耐腐蚀耐酸碱，不脱落，使用寿命长，经久耐用。5）用户进行施工后的验收，验收合格后在锅炉节能涂料施工验收报告上签字（见附件1）。喷涂后应达到：涂层表面无起皮、无脱落，光滑均匀，喷涂全面。6）清理现场。7）烘炉投用。 八、效果验收：在锅炉施工完成稳定运行后组织进行节能效果验收，验收时按照施工前后锅炉单位耗煤量的产气量的提高来进行对比计算，同时参考施工前后锅炉排烟温度的变化等来进行验证。如果施工前后煤的发热值有变化，则应均折算成标煤来进行计算。针对该锅炉的实际使用情况，建议在涂料施工前先统计一段时间锅炉的耗煤量、产气量以及锅炉的炉膛中心温度、排烟温度、炉渣的可燃物含量等。在锅炉施工完成稳定运行后，同样记录锅炉的耗煤量、产气量以及炉膛中心温度、排烟温度、炉渣的可燃物含量等，进行对比计算，可以最终认定节能涂料的节能效果。用户验收合格后在锅炉节能涂料效果验收报告上签字（见附件2）。九、投资回报率分析：该锅炉节煤工程包括涂料、辅料、搬运、仓储、施工等全包费用为950元/平方米, 方案1（全面喷涂）的施工面积为500平方米左右，总费用为 475,000元；方案2（局部喷涂）的施工面积为300平方米左右，总费用为 285,000元。如果按两台锅炉平均每天的耗煤量为465吨，每吨煤的单价为240元，1个月按30天计算，则每月的耗煤费用为334.8万元，方案1（全面喷涂）的投资回收期详细见下表： 总投资（元）475,000月耗煤（元）3,348,000 节煤率5.0%月节煤（元）167,400回收期（月）2.8方案2（局部喷涂）的投资回收期详细见下表： 总投资（元）285,000月耗煤（元）3,348,000 节煤率3.5%月节煤（元）117,180回收期（月）2.4从上表可以看出，该企业锅炉在进行节煤改造之后，单以节省的费用来计算，方案1（全面喷涂）的投资回收期正常不超过 2.8 个月，方案2（局部喷涂）的投资回收期正常不超过 2.4 个月，这在目前市场上的投资项目中具有很强的竞争力，具有很高的投资回报率。如果考虑到可以改善锅炉的运行状态，提高锅炉的负荷率，有利用锅炉的正常运行，同时可以有效地保护炉膛内壁，减少腐蚀和磨损，延长锅炉的使用寿命，实施节煤改造的综合经济效益将更为显著。附件1： 锅炉节能涂料施工验收报告验收日期 年 月 日用户名称： 用户地址： 电话： 传真： 联系人：锅炉型号： 涂料型号：序号验收项目验收要求验收结果验收人签字1施工部位炉膛内水冷壁等辐射面2表面处理清除炉膛表面浮灰、积渣、结焦等，水冷壁表面喷砂处理3喷涂质量喷涂全面、均匀，无起皮、无脱落4施工面积验收结论用户方： 代理商： 施工方： 日期： 日期： 日期：附件2： 锅炉节能涂料效果验收报告验收日期 年 月 日用户名称： 用户地址： 电话： 传真： 联系人：锅炉型号： 涂料型号：序号验收项目施工前施工后验收结果1锅炉单位耗煤产气量2排烟温度3炉膛温度4炉渣可燃物含量验收结论用户方： 代理商： 施工方： 日期： 日期： 日期：附件3： GW高效纳米远红外节能涂料的节能机理一 辐射机理1） 辐射理论与黑体辐射任何物质都是由大量的分子、原子或离子等基本粒子所组成，这些基本粒子都处于一定的能级状态之中，但处于不同能级各状态的概率是不相同的。对于处于平衡的气体中的原子、分子、布朗粒子，以及液体、固体中的很多粒子，当粒子之间的相互作用很小而可以忽略时，玻尔兹曼提出了一种普遍的能级分布规律，当物质的温度为时，粒子处于为1,2这两种任意状态下的粒子数密度为(2)； 其中n1和n2分别表示粒子能量为1的某一状态与粒子能量为2的另一状态上的粒子数密度，为玻尔兹曼常数，为物质的温度爱因斯坦(3-5)考虑了没有相互作用的原子组成的处于热力学平衡状态的体系，这些原子具有分立的、按由小到大的顺序排列的能量0，1，2。，当原子由一个能级状态跃迁到另一个能级状态时，就伴随着发射或吸收光子，并存在自发辐射跃迁、感生辐射跃迁和受激吸收跃迁这三种跃迁机制由于原子之间没有相互作用力，利用玻尔兹曼分布律可得平衡辐射场的单色辐射强度：其中，h为普朗克常数，h=6.625 61034J.s;v为辐射频率；Cv为光在介质中的传播速度此式即为普朗克辐射公式，此时的单色辐射强度vmn为同温度下单色辐射强度的最大值，若将之沿全频区进行积分可以得到黑体辐射四次方定律但爱因斯坦辐射理论只针对无相互作用的原子体系而言的，即许多无相作用原子的集合物质在此状态下可以发射出同温度的最大辐射能流密度黑体是指能够吸收全部投射辐射的物体，它是一个理想的辐射体传统黑体模型是一个由等温壁面所围成的圆柱形空腔，并在腔壁上开一个小孔若小孔相对整个空腔的尺寸足够小，外界辐射能投射进入小孔内，经过腔壁的多次反射而逐渐被墙壁所吸收，而从小孔射出辐射能的几率很小，因而相当于一个黑体，精确的绝对黑体模型的发射率可达0.999以上萨梅特所采用的理想黑体技术（blackbody model）和纳米科技的节能涂料就是一个接近的绝对黑体模型，发射率全球领先。传统的黑体模型在工程实际中并不能直接和方便地应用其实，从玻耳兹曼能量分布律及爱因斯坦辐射理论的导出过程得到启发，还可以提出如图所示微作用粒子黑体模型此模型的表面是一层厚度为d，微观上很松散、辐射波容易进入这层物质而不在其表面形成反射的物质，组成此层物质的微观粒子间基本上无相互作用力，在普通的物体表面涂上一层粒径极其微小的涂料就是这种模型的近似结构，一般来说，固体的穿透深度很小，其数量级为m应当指出；这里所说的微观松散的物质是特指在微观尺度上的松散，在宏观尺度上这些物质还可以是连续和致密的，如纳米粉体制成的涂层等从爱因斯坦辐射理论可以看出，若不考虑原子间的作用力，而且发生辐射跃迁的原子数目足够多，任何物体的辐射规律都满足黑体辐射规律，更进一步说，若粒子（分子、原子及离子）间无相互作用力，由足够多的这种粒子所组成的宏观物体即为黑体，在图所示黑体模型中，由于上面那层微观松散物质的粒子之间基本上无相互作用力，粒子之间的间距较大，从外界投射的辐射能能够全部进入这层物质中，无论是在物质表面还是在物质内部基本上无反射现象发生，辐射能在传播的过程中逐渐地被物质所吸收，因而此模型的发射率与吸收率都接近于，可以认为是黑体模型实际上任何物质中的基本粒子之间都是有相互作用的，因而并不存在绝对的黑体，如果能够减小粒子之间的相互作用，则可以有效地提高物体的发射率与吸收率，使之逐步接近黑体粒子间作用力在很大程度上取决于粒子之间的间距，间距越大，粒子间的作用力就越小，所以增加粒子之间的间距是减小粒子间作用力最简单也最可行的一种方法而将物质超细化成单个的基本粒子（极限状态），此时粒子间的作用力为零，那么由它组成的物体即为黑体。综上所述，超细化可以有效地提高物体的发射率与吸收率，因此超细化是进一步提高辐射涂料的发射率与吸收率最有效的途径之一，而GW卓越的纳米技术实现了节能涂料的粒子在1.5Nm左右，接近粒子的极限细化状态，最大程度地提高了节能涂料的发射率与吸收率，提高了能量利用率，实现了良好的节能效果。2） 影响物体发射率的因素从物体的表面辐射特性进行电磁理论分析，一般介质相对理想电介质的相应偏振的定向单色反射率为6.7：和分别为平行偏振的定向单色反射率和垂直偏振的定向单色反射率，为入射角，n为介质的单色折射系数，k为介质的单色吸收指数，c0为真空中的光速，为介质的介电常数，为介质的磁导率，为介质的电导率，=2v为电磁波的角频由上面的分析可以看出，影响物体发射率的主要因素有物体折射系数与吸收指数，这两个光学常数与物体的电磁特性有关。根据上述数学模型由式(3),(4),(7)和(8)可以计算出物体的半球单色发射率由于式(3)和(4)比较复杂，不能利用式(8)直接求出物体的半球的单色发射率，需要对其进行数值计算，图与图是数值计算后得出的物体单色折射系数与单色吸收指数对其半球单色发射率的影响从图中可以看出，当物体的折射系数一定时，随着单色吸收指数的增加，物体的半球发射率不断地减小，即减小单色吸收指数可以增加物体的单色发射率。另外，当物体的吸收指数较小时，一般物体的单色发射率都比较大，而且单色发射率随折射系数的减小而增加；然而当物体的吸收指数较大时，物体的单色发射率则比较小，但提高折射系数可以增加单色发射率图3的计算结果表明：物体的单色折射系数对单色发射率的影响则比较复杂，在不同的单色折射系数下，物体的单色发射率存在一个极大值；在极大值左侧，单色发射率随着折射系数的增大而增大；而在极大值右侧，单色发射率随着折射系数的增大而减小从图可以看出随着吸收指数的不断减小，物体的半球单色发射率的极大值向单色折射系数小的方向移动，而当吸收指数为时，半球单色发射率的极大值为,此时的折射系数也为,另外在图中当物体的折射系数很大时，单色发射率基本上不随吸收指数的变化而变化，与吸收指数无关总之，要提高物体的发射率，就必须尽量减小物体的单色吸收指数，若物体的单色吸收指数较小，降低折射系数有利于提高单色发射率；反之，提高折射系数有利于增大物体的单色发射率当物体的单色吸收指数和单色折射系数分别为和,物体的发射率能够达到最大值,即为黑体实际物体的单色吸收指数与折射系数都不可能达到这两个值，所以一般的物体都具有一定的反射能力，其反射率与吸收率都小于.物体的吸收指数k与其辐射波的穿透深度d有关，两者的关系为：其中，为真空中光的波长所以提高辐射波的穿透深度可以降低物体的吸收指数，从而提高物体的发射率，辐射波的穿透与物质的种类与微观上的致密程度有关不同的物质具有不相同的穿透深度另外，微观上致密的物质其穿透深度很小，微观上松散的物质具有较大的穿透深度而物体的致密程度又与其颗粒的大小有关，颗粒直径越小，物体的比表面积越大，物体机构就越松散，当物体的颗粒直径小到一定的程度，例如成为纳米材料时，即使是导电的金属也成为不良导体,其电导率趋于。根据式(6)和(9)计算可得其吸收指数k0，穿透深度d,从而物体的发射率会有很大幅度提高，若此时物体的折射系数n=1即可达到黑体。从式(9)可以看出，物体的穿透深度与辐射波的波长相当，而绝对黑体的穿透深度d，这就要求黑体的宏观尺寸趋于无穷大，所以绝对黑体是不存在的，实际上物体在折射系数n=的情况下，只要吸收指数k0.001,这时物体的发射率0.9995，已经很接近黑体，而此时辐射波的穿透深度还是很小的，对于波长范围为0.7620m的热幅射而言，其辐射波的穿透深度分别为60.5m和1591.5m另外，结构松散的物质也可以降低物质的折射系数，能够进一步达到提高发射率的效果所以将物质超细化、纳米化，使其具有微观的松散结构，无论从微观上还是从宏观上都可以说明它能够有效地提高物体的发射率，从而达到节能降耗的效果二 黑体节能涂料性能测试对不同粒径的GW系列节能涂料进行性能测试的结果如图所示，图表示颗粒直径的变化对涂料发射率的影响从图中可以看出，涂料的平均粒径越小，涂料的发射率就越大当涂料的平均粒径为55m时，其发射率=0.87；平均粒径为15m，涂料的发射率已经增至0.90；进一步减小颗粒的粒径到m，这时涂料的发射率=0.94，而GW节能涂料的平均粒径为1.5Nm左右这充分说明当涂料的粒径很小时，其微观结构就很松散，辐射波的穿透深度增大，可以降低涂料的吸收指数及折射系数，从而提高涂料的发射率，这进一步从实践上证明了超细化确实可以有效地提高物体的发射率另外，当物体的粒径较小时，随着涂料平均粒径的不断减小，涂料的发射率有明显的提高，而当涂料粒径很大时，粒径的变化对涂料发射率的影响并不大，这是因为当涂料的粒径很大时，涂料的投射深度与吸收指数基本保持不变，所以涂料的发射率基本上不变化三 总结(1) 若不考虑原子间的作用力，而且辐射跃迁的原子数目足够多，任何物体的辐射规律都满足黑体辐射规律更进一步说，由足够多的、无相互作用力的基本粒子（分子、原子及离子）所组成的微观上松散的物体在工程上即可视为黑体(2) 影响物体发射率的主要因素有物体的折射系数与吸收指数，要提高物体的发射率，就必须尽量减小物体的单色吸收指数若物体的单色吸收指数较小，降低折射系数有利于提高单色发射率；反之，提高折射系数有利于增大物体的单色发射率(3) 将物质超细化，减小物体颗粒的直径，能够增加物体对辐射波的穿透深度，降低物体的吸收指数，从而达到提高物体发射率的目的(4) 对GW纳米节能涂料的性能进行测试表明，物体的粒度越小其发射率越大，超细化确实可以有效地提高物体的发射率采用全球领先的理想黑体技术（blackbody model）的GW节能涂料是一个接近的绝对黑体模型，发射率卓越。同时，采用纳米科技所生产的GW节能涂料的平均粒径为1.5Nm左右，接近粒子的极限细化状态，涂料的发射率0.95，最大程度地提高了能量利用率，实现良好的节能效果。