高温红外辐射涂料的节能效果试验研究
赵立英，李雪峰，肖鹏，刘平安
（广东省超硬与电磁功能材料工程技术研究开发中心，广东佛山528216）
摘要：分析了高温红外辐射涂料的节能原理，介绍了研制的KTW高温红外辐射节能涂料在实验室、工业锅炉、工业炉窑上的节能试验效果。该涂料成本低，施工工艺简单，涂层发射率稳定，耐热震稳定性良好，使用寿命长，综合效益明显。
关键词：红外辐射涂料；辐射强化传热；工业炉；节能
中图分类号：TQ637.6文献标识码：A文章编号：1001－6988（2013）05-0053-03
ExperimentStudyonEnergySavingEffectofHighTemperature
InfraredRadiantCoating
ZHAOLi-ying，LIXue-feng，XIAOPeng，LIUPing-an
（TheSuperhardandElectromagneticMaterialsEngineeringandTechnologyResearchCentersof
GuangdongProvince，Foshan528216，China）
Abstract：Theenergysavingmechanismofhightemperatureinfraredradiantcoatingwasanalyzed，
andtheenergysavingexperimentaleffectofthedevelopedKTWhightemperatureinfraredradiationenergy
savingcoatingsintestroom，industrialboilerandindustrialkilnwasintroduced．Thecoatinghaslowcost，
simpleconstructionprocess，stablecoatingemissivity，goodthermalshockresistance，longservicelifeand
obviouscomprehensivebenefit．
Keywords：infraredradiantcoating；radiantheattransferenhancing；industrialfurnace；energysaving
收稿日期：２０１３－０５－０７
基金项目：广东省省部产学研基金资助项目（２０１３０９０１）；粤港关
键领域重点突破基金资助项目（２０１０Ｚ５１０７）．
作者简介：赵立英（１９７８—），男，工学博士，主要从事表面涂层材料
的研究与应用工作．工业炉窑和工业锅炉是生产中能耗量最大的设
备，其能源消耗约占全国工业能源消耗的60％［1－3］。
影响工业炉能耗的因素有很多，但是节能措施一般
都离不开设备改进、余热利用和采用新技术、新工艺
等几个重要方面。
高温红外辐射节能技术是在炉内壁和吸热面涂
覆高温红外辐射涂层材料，强化炉内辐射传热，以提
高工业炉的能源利用率和产能，延长工业窑炉使用
寿命，实现节能减排和降低生产成本的目的［4－5］。国
内早期主要是将多种辐射粉体基料和粘接剂采用简
单的机械混合方式制备红外辐射涂料，实际应用中
出现辐射性能不佳、衰减速度快和涂层脱落等问题，
使其应用和推广受到一定影响［6］。随着材料制备技术和红外辐射机理研究的不断发展，材料设计及其
复合技术给红外辐射材料的研制注入了新的活力，
使红外辐射材料的构成逐步从单种物质或混合物向
复合材料发展［7］。作者以过渡金属氧化物经高温固
相反应形成尖晶石结构的红外陶瓷粉料和堇青石高
温焙烧制备了发射率稳定的复合红外辐射陶瓷粉
料，在2～25μm波段范围内具有高的红外光谱辐射
率，通过掺加堇青石后的烧结材料克服了过渡金属
氧化物烧结料膨胀系数大的缺点，涂层具有良好的
耐热震稳定性。同时开展了该红外辐射涂料节能效
果的试验研究工作和节能机理探讨。
1红外辐射涂料节能机理的定性分析
对于工业锅炉来说，水冷壁管向火面吸收的热
量主要来自炉墙辐射方式传递的热量，然后以热传
导的方式与水冷壁管内部流动的水进行热量交换。
以前锅炉节能改造主要是强调炉壁耐火材料的绝热
性能等减少热量损失，而忽视了锅炉水冷壁管直接工业炉
IndustrialFurnace第35卷第5期2013年9月Vol.35No.5Sep.201353工业炉
IndustrialFurnace第35卷第5期2013年9月Vol.35No.5Sep.2013
参与炉内传热方面的作用和其表面辐射性能对炉内
传热和热交换的影响。
众所周知，金属材料的红外辐射性能较差，一般
都远低于耐火材料的红外辐射性能，且与表面状况
紧密相关。在相同的炉温条件下，有效地提高炉衬
黑度，可以减少排烟热损失，通过表面辐射传热的强
化将有效地缩短炉子的升温时间，收到良好的节能
效果。红外辐射涂料作为一种表面辐射性能的改性
材料，具有施工简便、成本低廉的优点，很容易使工
业炉的表面辐射性能得到改善和推广应用［8］。
2试验方法
2．1红外辐射涂料辐射强化传热
为了考核研制红外辐射涂料的强化传热性能，
在两个功率相同的盘式电炉上放不锈钢碗，容器内
加水800g，并将其中一个涂覆涂料，另一个不涂。加热时先将电炉预热5min，然后同时将容器置于电炉上。试验装置如图1所示。用温度计进行水温对
比测试，根据达到相同温度的所用时间来分析涂料
的辐射强化传热能力。
图1红外辐射涂层节能实验装置示意图
2．2小型锅炉的辐射强化传热试验
选用常德市林宏锅炉有限公司生产的一台
DZL4－1．25－AⅡ卧式链条炉排蒸汽锅炉产品进行能
效测试。该锅炉的热效率以往通常不超过76％，排
烟温度在230℃以上。根据研制的红外辐射涂料可
同时适应金属基材和耐火材料基体的特点，在炉墙
表面和锅炉水冷壁管向火面进行了涂料涂层施工。
施工后，经湖南省特种设备检验检测院对锅炉的运
行情况进行跟踪，了解涂料的使用效果。
2．3热电锅炉的工业应用
选用金川集团动力厂的BG－75／39－MI煤粉锅
炉，锅炉炉膛内布置有256根Ф60m×4m的水冷
壁管，水平烟道56根过热器管屏逆流布置。锅炉经
过20多年运行后结焦全部位于过热器位置，炉膛吸热能力不足的特征比较突出，导致部分未凝结飞
灰粘附在过热器管壁上，形成结焦。该锅炉原设计
排烟温度为143℃，经过长时间的运行后锅炉的排
烟温度逐年上升，现排烟温度平均在170～200℃之
间。根据研制的红外辐射涂料的特点，在炉墙表面
和锅炉水冷壁管向火面进行了涂料涂层施工，涂层
厚度约80μm。
2．4钢铁行业加热炉的工业应用
在武钢热轧厂3＃步进梁式高温加热炉和唐钢
热轧二厂轧钢加热炉进行节能技术改造，二者均以
高炉煤气为燃料，通过炉子两侧均匀布置的高速烧
嘴对炉子进行加热。其中武钢热轧厂3＃步进梁式高
温加热炉中心火焰温度可达1360℃，存在炉膛吸
热能力不足，废气排烟温度较高的问题。项目改造中
在炉墙和步进梁涂覆红外节能涂料约380m2，厚度
约为1mm。唐钢热轧加热炉炉膛内衬两侧和炉顶
耐火纤维表面施工总面积约300m2，涂层厚度分别
为1mm和0．5mm。
2．5陶瓷行业辊道窑加热炉的工业应用
在上海斯米克建陶P4辊道窑20到38节两侧
内壁及窑顶施工总面积为157．5m2，湖南衡利丰5＃
全自动辊道窑炉高温段两侧内壁及窑顶施工总面积
约为600m2，二者均以天然气为燃料，通过炉子两
侧均匀布置的高速烧嘴对炉膛进行加热。
3试验结果分析与讨论
3．1盘式电炉上的实验结果分析
盘式电炉烧水实验结果表明，涂覆红外辐射节
能涂料后，水温达到100℃所需时间由原来的9
min缩短为5．8min。这是因为不锈钢的发射率为
0．35～0．4，而高温红外辐射涂料在2．5～5μm近红外
区波段平均发射率超过0．88，由传热学斯蒂芬－玻
尔兹曼定律可知，黑体的热能吸收与绝对温度的四
次方成正比，即Eb＝σ0×T4，随着温度和发射率的升
高，辐射传热和吸热能力急剧增强，涂层与介质的温
差增加使热传导能力明显提高。工业锅炉炉膛内水
冷壁管吸热与烧水试验类似，主要是通过吸收高温
火焰中心的辐射热量使管内水汽化蒸发，通过涂覆
红外辐射节能涂料可增加水冷壁管吸热能力，提高
锅炉的热效率。
3．2小型锅炉的辐射强化传热试验结果
在实验室盘式电炉烧水对比实验的基础上，选材料与施工：高温红外辐射涂料的节能效果试验研究
54工业炉第３５卷第５期２０１３年９月
用自制的KTW高温红外辐射涂料，于2012年6月
在林宏锅炉有限公司生产的一台DZL4－1．25－AⅡ
卧式链条炉排蒸汽锅炉进行能效测试。该锅炉的热
效率以往通常不超过76％，排烟温度在230℃以
上。炉衬和水冷壁管涂覆KTW高温红外辐射涂料
后，在空气系数1．65、蒸发量4089．93kg／h、蒸汽压
力1．2MPa的工况条件下测试，锅炉的热效率为
79．68％，排烟温度为167．7℃。锅炉的热效率提高了
3．68％，排烟温度降低62℃。
3．3热电锅炉的工业应用效果
金川集团动力厂5＃锅炉喷涂前后对比试验，在
保证单台锅炉实验前后各项运行参数基本一致情况
下，对单台锅炉进行喷涂试验前后排烟温度对比分
析，计算排烟温度的差值。
5＃炉水冷壁受热面无喷涂处理数据主要运行参
数为：平均排烟温度171．39℃，平均锅炉负荷74．56
t／h，过热蒸汽平均温度425．88℃，过热蒸汽平均压
力3．57MPa，平均炉膛负压5．31Pa。喷涂KTW高
温红外辐射节能涂料后主要运行参数为：平均排烟
温度157．45℃，平均锅炉负荷73．57t／h，过热蒸汽
平均温度425．46℃，过热蒸汽平均压力3．48MPa，
平均炉膛负压6．45Pa。
5＃锅炉在喷涂前后运行工况基本一致的情况下
其排烟温度降低了13．94℃，达到了预期的节能效
果。按每年供暖期5个月运行时间计算，节能经济
效益超过48万元。停炉后观察发现喷涂KTW高温
红外辐射节能涂料后不仅可以通过强化炉内辐射传
热起到良好的节能效果，锅炉的结焦状况也得到了
明显改善。同时涂层可以保护炉衬和锅炉水冷壁管，
延长了锅炉的使用寿命。
3．4钢铁行业加热炉的工业应用效果
2009年在武钢热轧厂3＃步进梁式高温加热炉
涂覆了KTW高温红外节能涂料后，强化了炉气与
加热钢坯间的辐射传热，提高了钢坯升温速度，降低
了烟气的出炉温度，并有效抑制了煤气燃烧中烟气
对炉衬的腐蚀。进行节能改造后产品的煤气单耗由
原来的平均0．73GJ／t降低到平均0．61GJ／t，能耗
降低约16．4％，取得了良好的节能效果。2011年在
唐钢热轧棒材加热炉炉膛内衬两侧和炉顶耐火纤维
表面施工总面积约300m2。该加热炉改造前产品煤气单耗为76．8m3／t左右，改造后同期煤气单耗为
72．6m3／t，能耗降低约5．7％。
3．5陶瓷行业加热炉的工业应用效果
2011年2月在上海斯米克建陶生产陶瓷地砖
的P4辊道窑炉内进行KTW红外辐射节能涂料喷
涂作业，施工部位在高温段（20~38节）两侧内壁及
窑顶。喷涂后与喷涂前同期相比，产品单位重量天然
气能耗下降了3．23％，而且有效解决了耐火砖掉渣
污染产品的问题，提高了产品质量和窑炉使用寿命。
2011年5月在湖南衡利丰陶瓷公司生产瓷砖的5＃
超长全自动辊道窑炉高温段两侧内壁及窑顶喷涂红
外辐射涂料进行节能项目改造，施工总面积约为
600m2。改造后通过喷涂红外辐射涂料明显提高了
窑炉热能利用率，缩短了窑炉升温时间，提高了产量
并使窑炉温度的均匀性得到改善，经过一年多时间
的使用，该窑炉平均节能4．2％。
4结语
综上所述，通过自制的红外辐射涂料实验室有
无涂层的烧水对比实验及工业加热炉的使用效果证
明，KTW高温红外辐射节能涂料用于锅炉节能改造
切实可行，可实现良好的节能减排效果。该涂料成本
低、施工工艺简单，涂层具有发射率稳定、耐热震稳
定性良好等优点和有效减少结焦、保护炉衬材料和
延长工业加热炉使用寿命等综合效益。
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