纳米气凝胶绝热材料在火电厂超温治理改造实践

华能莱芜发电有限公司 柯 波 张兰庆 丁光辉 马道锋 任建永

1 火力发电厂保温应用现状及存在的问题

工程中可供选用的保温材料种类很多，性能差异很大。火电厂热力设备和管道保温材料的选型，介质温度小于300℃的场合一般采用玻璃棉类，大于300℃的采用硅酸铝棉类保温[1]。传统保温材料导热系数大、保温层厚、吸水率较高，由于重力作用易造成“上大下小”的现象，造成局部超温[2]。为客观评价该电厂保温材料使用现状，本文进行了表面温度三级测试普查，通过对锅炉三级过热器出口集箱、五抽至小机进气管道、小机低压进气管道、主蒸汽管道、异形件（阀门、弯头、支架等）采取热电偶法、红外辐射温度计法和红外热成像法三种温度测试方法，采用截面四周等分均布4个测点的方式测试了其平均表面温度[3]。

测试结果如下：过热器集箱表面温度85℃，超温35℃；五抽至小机进汽管道表面温度61℃，超温11℃；小机低压进汽管道表面温度64℃，超温14℃；主蒸汽管道表面温度55℃，超温5℃。可见超温现象比较普遍，超温幅度较大。究其超温原因可归结为内因和外因两方面。保温材料的隔热性能是内因，施工质量是外因。要解决超温问题首先要选取隔热性能好、能适应所在环境能长期稳定工作的保温材料，在此基础上按照规范化的要求进行精细化施工。

2 新型纳米孔气凝胶毡绝热材料

新型纳米孔气凝胶毡是一种高性能绝热新材料，具有极低的导热系数、超高憎水性、防火、耐高温、无毒无害，在保温隔热领域具有广阔的发展前景。气凝胶结构中的气体介质的尺寸大小处于纳米级，其小粒径、低密度、高比表面积和高气孔率等结构特征可有效降低材料的热传导，内部气孔路径复杂带来的“无穷多折板效应”和“无限长路径效应”使对流和辐射也很低。材料主体为二氧化硅，结构稳定、无毒无害，使用寿命达15年以上且隔热性能衰减很小，可耐受500℃高温，是A1级防火材料。其接触角可达150°以上，超强疏水，吸水率小于1%。与传统保温材料相比隔热性能更加优异，在保温工程中具有很好的应用前景[4]。

新型纳米孔气凝胶毡应用于三级过热器保温方案（m）：集箱（顶）保温方案。原保温材料+1层硅酸铝+13层气凝胶，尺寸22×5；集箱（侧）保温方案。原保温材料+3层气凝胶，尺寸22×8.6+8.6×5×2；集箱（底）保温方案。原保温材料+3层气凝胶，尺寸22×5。

新型纳米孔气凝胶毡应用于主蒸汽管道保温方案（mm）：管径Φ505×100；原保温层硅酸铝50+50；气凝胶10×13；玻璃丝布0.5mm；彩钢板0.7mm。

新型纳米孔气凝胶毡应用于小机进汽管道保温方案。位置15米平台；长度12m；外径610mm；保温方案：4×50mm硅酸铝+7×10mm气凝胶。

表1 新型纳米孔气凝胶毡应用于蒸汽管道保温方案

新型纳米孔气凝胶毡应用于小机进汽支管保温方案。位置15米平台；长度3m；外径426mm；保温方案：4×50mm硅酸铝+7×10mm气凝胶。

3 纳米气凝胶复合保温毡改造前后表面温度及热损失分析

3.1 保温设计方案保温前后表面温度对比

锅炉三级过热器出口集箱各部分气凝胶改造前后表面温度对比：过热蒸汽集箱顶部（22×4.5）。改造前表面温度78.6℃，改造后表面温度49.4℃，降低温度29.2℃；过热蒸汽集箱左侧部（8.6×4.5）。改造前表面温度85.2℃，改造后表面温度47.5℃，降低温度37.7℃；过热蒸汽集箱前侧部（22×8.6）。改造前表面温度84.1℃，改造后表面温度43.1℃，降低温度41.0℃；过热蒸汽集箱底部（22×4.5）。改造前表面温度87.3℃，改造后表面温度65.3℃，降低温度22.0℃。

锅炉三级过热器出口集箱气凝胶保温改造前后表面温度对比：改造前表面温度83.8℃，改造后表面温度51.3℃，降低温度32.5℃。

管道部分气凝胶保温改造前后表面温度对比：五抽至小机进汽管道。位置15米平台，度12米，改造前表面温度60.1℃，改造后表面温度40.1℃，降低温度20℃；小机低压进汽支管。位置15米平台，长度3米，改造前表面温度63.3℃，改造后表面温度41.4℃，降低温度21.9℃；主蒸汽管道。位置15米平台，长度10米，改造前表面温度50.6℃，改造后表面温度42.7℃，降低温度7.9℃。

表2 异形件气凝胶保温前后表面温度对比

火电厂的锅炉三级过热器出口集箱在进行气凝胶改造后，表面温度成功由83.8℃降到51.3℃，达到国家标准要求。管道部分进行气凝胶改造后主蒸汽管道表面平均温度降至42.7℃，五抽至小机进汽管道表面平均温度降至40.1℃，小机支管表面平均温度降至41.4℃，全部达到了标准要求。异形件改造后各个设备接口也成功将表面平均温度降至50℃以下。

3.2 保温设计方案保温前后散热损失对比

锅炉三级过热器出口集箱各部分改造前后表面散热损失比较：过热蒸汽集箱顶部（22×4.5）。改造前表面散热损失382.9W/m2k，改造后表面散热损失198.9W/m2k，降低散热损失184.0W/m2k，节能率48.1%；过热蒸汽集箱左侧部（8.6×4.5）。改造前表面散热损失603.8W/m2k），改造后表面散热损失308.6W/m2k，降低散热损失295.2W/m2k，节能率48.9%；过热蒸汽集箱前侧部（22×8.6）。改造前表面散热损失585.6W/m2k，改造后表面散热损失256.6W/m2k，降低散热损失329.0W/m2k，节能率56.2%；过热蒸汽集箱底部（22×4.5）。改造前表面散热损失644.5W/m2k，改造后表面散热损失517.6W/m2k，降低散热损失126.9W/m2k，节能率19.7%。

锅炉三级过热器出口集箱改造前后表面散热损失比较：改造前散热损失554.2W/m2k，改造后散热损失321.1W/m2k，降低散热损失233.1W/m2k。

管道部分气凝胶改造前后散热损失值：五抽至小机进汽管道。位置15米平台，长度12米，改造前散热损失328.8W/m2k，改造后散热损失100.1W/m2k，降低散热损失228.7W/m2k；小机低压进汽支管。位置15米平台，长度3米，改造前散热损失369.1W/m2k，改造后散热损失114.0W/m2k，降低散热损失255.1W/m2k；主蒸汽管道。位置15米平台，长度10米，改造前散热损失273.9W/m2k，改造后散热损失182.4W/m2k，降低散热损失91.5W/m2k。

表3 异形件气凝胶保温前后散热损失对比

气凝胶改造前后节能效率汇总：五抽至小机进汽管道69.6%，小机低压进汽支管69.1%，主蒸汽管道33.4%，锅炉三级过热器出口集箱42.1%。纳米孔气凝胶毡复合保温改造完成后各大集箱部件和管道的散热损失大为降低，节能效率有了显著的提升。

4 结果分析

通过保温设计方案保温前后的表面温度以及散热损失对比分析可知，采用纳米气凝胶保温材料将热力管道及设备的表面温度降低16.6℃以上，有效解决了超温点的超温状况。并且在运用新型纳米气凝胶保温材料后设备管道的保温厚度也有了明显减薄，保温外表面积大幅减小，从而较大幅度降低表面散热损失，设备和管道的热损失减少达33.4%以上[5]。

5 结语

新型纳米气凝胶材料运用于火电厂机组保温超温改造降低热力设备管道表面温度和表面热损失，达到了预期效果，具有一定的示范效应。为了更加有效的开展保温提效工程，以下几点可供相关从业人员借鉴：不断的优化和深化保温结构设计，最大可能提升企业保温能效水平；在进行保温改造时，根据企业所在地区环境情况合理选择综合性能最佳的保温材料。同时关注使用环境的防火要求，尤其是在附近有重要设备或电缆通过的场合需选用防火等级较高的保温材料[6]；对保温材料进行严格出厂和入厂把关，做好出厂检验和现场抽查，同时选用经验丰富的施工团队；在保温改造中需要特别关注重点设备以及特殊环境；关注异形件的保温验收，确保施工质量；在保温设计选型时需大胆创新，敢于采用新型材料及施工工艺，从根本上提升保温技术水平，提高企业的综合经济效益。