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1、节能新方向高发射率纳米陶瓷涂层郑州国恒节能科技有限公司1引言随着现代工业的发展和科学技术的进步，节能的重要性已经不言而喻。高发 射涂层技术(High Radiative Coating Tech)是在物体表面涂覆层具有高发射率 的材料，使物体表面具有很强的热辐射吸收和辐射能力，使辐射传热的效率提高 的高效节能新技术。热量的传递以3种方式进行，即传导传热、对流传热和辐射传热。在低温阶 段，热交换以对流传热为主，而在高温阶段(800C以上)，则以辐射传热为主。 随着温度的升高，辐射传热所起的作用越来越大。由于冶金窑炉工作温度在 1000C以上，辐射传热占总传热量80%以上，常温下耐火材料的发射率-
2、般为 0.60.8,随着温度的升高，会大幅度下降，而高发射率涂料能一直保持较高的 发射率0.9,所以提高辐射传热的效率可以极大的提高炉窄的热效率。由辐射传热基本定律和计算公式可知，提高辐射体的表面辐射系数，将有 利于辐射传热的强化。红外线通常是指波长在2.51000顷 范围内的电磁波，该 电磁波能够被物体吸收使物质内部质点产生共振，从血使物体温度上升。随着辐 射物材质、分子结构和温度等条件的不同，其辐射波长也各不相同。对于以辐射 传热为主的工业炉，在炉衬表面应用高温红外辐射涂料可提高炉内参与辐射传热 的物体表面辐射系数，显著改善炉内传热过程，达到节能、增效的目的。由基尔霍夫定律得知：任何辐射体
3、在一定的温度下，其辐射率和吸收率之比 都是一个常数，即物质的辐射率越大，其吸收率也越大，一个好的辐射体必定是 一个好的吸收体。高吸收促使一部分对流热转化为微辐射热，同时考虑到炉窑内 衬温度一般远低于发热元件温度，故其长波段辐射能谱能量增大，即高发射率涂 层起了改变辐射能谱分布的作用。所以，炉窑加涂高辐射率涂层后，引起热平衡 的重新分配，结果强化了辐射传热，提高了炉窑的热效率。2市场前景半今世界矿物资源能源日益短缺，严重威胁着世界工业的发展，工业窑炉耗 能约占总能耗的25%40%,而窑炉的平均热效率仅为32%左右。主要是由于 一方面热量通过炉衬和炉外壁损蚀，另一方面炉窑内壁发射率较低，使得热量不
4、 能有效的辐射到炉膛中，加热效率低，在涂覆上高发射率红外辐射材料后，通过 辐射传热效率提高，该领域的节能工作大有潜力可挖目前。我国的能源利用率很 低，而西方先进工业国则超过了 60%,为提高能源的利用率，需要耐高温节能涂 料的广泛使用。上世纪后期，英国CRC公司在欧洲市场推出节能涂料ET.4,当 时被西方誉为加热炉发展的里程碑。接着有欧澳多国联营的Enecoat节能涂料， 口本的CRC1100和CRC1500,这些节能涂料为西方国家提高能源利用率做出了 显著的页献，而我国的资源利用率有待于进一步提高，开发高效节能涂料对提高 资源利用率具有重要意义，高发射率纳米陶瓷节能涂料是多学科有机结合以及综
5、合应用的成果。该类涂 料应用广阔，一方面可以广泛地应用于高温蒸汽管道、热交换器、冷凝器、高温 窑炉、石油裂解设备、发动机部位、冶金行业的金属高温防护等，以炉窑为例， 我国有蒸汽锅炉100万台，工业窑炉20万台，反射炉50万台，大型电阻炉40 万台，还有星罗棋布的陶瓷炉，水泥炉等，合计总数不下400万台。它们都在大 量消耗能源并且污染环境。目前，我国的能源利用率很低，约为32 %，而西方 先进工业国则超过了 60%,为提高能源的利用率，需要耐高温节能涂料的广泛使 用，因此本产品具有可观的市场前景。3产品特性高发射率纳米陶瓷涂层应用在加热炉衬内壁不仅节能，而且可以减缓气流冲 刷、酸碱气氛对炉内壁的
6、侵蚀从而提高炉衬的使用寿命，例如提高纤维板的耐碱 蒸汽腐蚀能力O红外辐射涂层不但以其优良的红外辐射性能来改善工业炉炉内传 热过程，提高工业炉的能源利用率及其生产能力，而且还能保护涂层基体材料， 延长工业炉使用寿命，降低生产维护费用，最终获得增产、节能及降低生产成本 的目的；另一方面高发射率红外陶瓷涂层可以制造红外加热器，应用在航天和军 事方面提高散热等。对于工业管式锅炉而言，高发射率陶瓷涂层与钢铁基体连成一体，形成具有 电化学保护和物理屏蔽作用的耐热防腐涂层，特别适用于工作在高温，腐蚀环境 下的钢铁结构的长效防护；涂层涂覆在高温蒸汽管道、裂解炉以及热交换器的金 属表面，可以强化炉管金属对热的吸
7、收能力，提高炉管的传热效率，减少热量损 失，提高热利用率，节能降耗，另一方面可以避免炉内热气流和灰分对炉管的沉 积、冲刷和侵蚀，提高炉管的使用寿命。本公司联合郑州大学以微纳米稀土氧化物为原料，加入适量的添加剂和结合 剂等，采用先进的粉体制备工艺和涂料浆体制备技术，开发出性能稳定的耐高温 高发射率节能涂料产品，节能涂料产品经过后期的现场试验和工艺改进，涂层的 性能稳定，节能效果显著。本公司开发出的高发射纳米陶瓷涂层具有以下特点：高发射率纳米陶瓷涂层特点高耐温性最高使用温度可达1800高发射率红外发射率nj达0.93以上高附着力涂层与基体材料结合力强防腐性能好涂层耐酸碱腐蚀性强，耐酸碱5级高耐候性
8、涂层高耐磨性，抗冲击、擦伤能力强强度高涂层常温强度30MPa绿色环保水性涂料常温自固化，无毒无害节能效果明显提高高温窑炉的节能效率5-30%长效性涂层使用寿命35年4实施案例将纳米陶瓷涂层涂覆在某公司锅炉炉管表面，考察涂层对提高锅炉节能效率 和提高炉管使用寿命的影响。锅炉状况表面处理后锅炉形貌带涂层炉管形貌锅炉炉管涂覆陶瓷涂料前后对比形貌结果与分析：锅炉炉管涂覆陶瓷涂层前后各运行一个月后的对比数据如下表所 小：对比项涂覆前涂覆后对比结果炉管表面温度/c563632.6提高约70耗煤量吨/天6455.2减少8.8吨炉管被炉渣覆盖率/%约50约35减少15结论：炉管表面涂覆纳米陶瓷涂层以后，炉管表面温度提升了近70C,炉管表 面温度的提高说明炉管吸收炉内的热量增加，相应传递到炉管内的热量也会增 加，因此可以提高炉内热量的利用率暨提高锅炉的热效率。从表中可以看出，每 月可以减少燃煤消耗4.5吨，节省煤燃料的效率达到14%,节能效果明显。本产 品选用纳米粉体为原料，根据材料的特性，涂层本身具有一定的自洁性能可以减 少炉渣在炉管表面的覆盖率，从而可以提高炉管的热交换率延长炉管的使用寿 命。
