耐高温远红外增热涂层节能分析

志盛威华 周工

工业窑炉、炉膛、锅炉，通常燃烧工作温度在1000℃以上的高温，炉体结构材料主要是各种耐火材料如高砖、石英砂、粘土砖、浇注料、陶瓷纤维等，它们既是炉体的结构材料，又是隔热保温、耐磨抗冲刷材料，还参与辐射热交换过程，它们的热辐射性能和保温性能决定了窑炉的热效率，这样使单一的材料很难达到牢固结构性、高保温性和高辐射性要求。

根据基尔霍夫定律，材料的吸收率与发射率相等。当物体表面的发射率提高后，它的吸收热量的能力也相应提高。由于在高温条件下，热量传递以辐射为主，当被加热物体表面涂覆纳微米高辐射覆层后，极大提高了被加热体吸收和发射热量的能力，在同样的加热条件下，由于传热能力的提高，必将大大提高热能的利用效率，从而达到节能的目的。

 一般而言，当窑炉、炉膛内的温度在900℃以上时，热量传递以辐射为主，辐射传热是对流的15 倍，占80%以上。 高温辐射能量波长大多数集中在1～5μm波段，比如1000℃和1300℃时，分别有76%和85%的辐射能量集中在这一波段内，一般的耐火材料在这一波段的发射率很低，而ZS-1061耐高温远红外辐射涂料在1～15μm波谱范围内都具有很高的发射率。
      常温下耐火材料的发射率一般为0.6～0.8，随着炉温的升高，会大幅度下降，高温下只有0.4～0.5，而ZS-1061耐高温远红外辐射涂料可以一直保持0.9以上的红外发射率。 

节能原理

在裂解炉辐射炉膛内，燃料燃烧后将化学能转变为热能，这些热能消耗在3个方面：（1）物料加热；（2）烟气带出；（3）炉体热损。炉管中物料主要从4个方面获取热能：（1）对流热；（2）直接辐射热；（3）炉内壁辐射热；（4）炉内壁反射热。因此，物料吸收辐射热的大小与炉内壁面积的大小、炉内壁的全发射率以及炉内壁面温度的高低有关。

采用高温远红外辐射涂料，能够起到强化辐射传热及改善燃料利用率的作用。在裂解炉辐射室炉墙涂抹该涂料后，可减少燃料消耗量、降低炉外壁热损失及提高裂解炉热效率，节能效果与经济效益显著。

若裂解炉辐射室内壁在单位时间内得到的热值不变，则发射率的提高会使炉内壁温度下降，一般粘土耐火砖和硅酸铝耐火纤维在500℃时的发射率约为0.5，而涂层材料的发射率达到0.9，即辐射能增大后可使炉壁传导热损减小。另外，高发射率的涂层可促使一部分对流热转化为辐射热，起到改变辐射能谱分布的作用。总之，炉内壁加涂高发射率ZS-1061节能涂层后，可引起热平衡的重新分配，强化辐射传热，降低炉壁热损失，提高裂解炉热效率。

ZS-1061耐高温远红外辐射增热涂层的性能特点：

1、涂层结构致密，保护内衬，有很好的耐磨、耐腐蚀性。

2、与基体结合力强，涂层能渗透到基体上形成过渡层和涂层的结构，耐机械冲击和热冲击。

3、高强度耐磨、耐腐蚀、耐高温。

4、涂层稳定抗老化性能好，大大延长了涂层的使用寿命。

5、提高炉膛的燃料的燃烧效率，缩短升温时间。

6、提高锅炉对燃料的适应能力，特别是低值燃料的适应性。

7、可以加大炉膛的气流流动，增加炉膛热容积和燃料与氧的接触率。

8、强化炉内传热系数，增强水冷壁管的吸热和换热能力。

9、改善炉膛结焦现象，提高炉膛运行的稳定性。

10、减少烟气的排烟温度，减少污染，降低能耗。

    施工注意事项：

涂抹方法涂抹前，首先将炉膛内耐火材料表面上灰尘、疏松物清除干净，然后喷ZS-1011过渡涂料，表干后，*遍涂装ZS-1061需要薄涂，增加涂层与基材的结合力，表干后，再进行后续涂装施工，至设计所需厚度。施工完毕后，自然阴干8小时以上，然后缓慢升温固化烧结。固化干燥处理步骤如下：80℃左右恒温2小时，然后依次升温至100℃、200℃、300℃、400℃，各恒温2小时。在此过程中，升温速率越慢越好，否则易造成涂层开裂脱落。

由于裂解炉受清焦周期的影响，升降温频繁，涂层在热胀冷缩过程中，局部涂层可能会受损脱落，在使用期间应对涂层进行跟踪检查，及时修补，以保持涂层的完整性。如果条件允许，建议每2-3年重新喷涂1次，节能效果更好。

 典型应用：

乙烯裂解炉、轧钢加热炉、重整加氢炉等高温加热装置的耐火炉衬表面。

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