楊銳（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

我國(guó)人均資源占有率低，節(jié)能降耗是企業(yè)生存之本，也是我國(guó)發(fā)展的重要措施。紅外輻射涂料正是適應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的要求。紅外輻射涂料是一種在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的節(jié)能涂料，主要應(yīng)用于加熱爐。在強(qiáng)化傳熱的過程中通過其紅外輻射傳熱的特點(diǎn)，可以有效的提高傳熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 紅外輻射涂料的原理

熱量傳遞方式包括傳導(dǎo)型熱傳遞、對(duì)流型熱傳遞、輻射型熱傳遞3種。在高溫環(huán)境中，如加熱爐爐窯內(nèi)，熱傳遞方式主要是輻射型熱傳遞和對(duì)流型熱傳遞[1-2]。輻射型熱傳遞過程中，環(huán)境溫度變化對(duì)輻射型熱傳遞所起的作用有明顯影響，隨著溫度的升高，所起的作用也增大。從紅外輻射涂料工作機(jī)理上講，加熱爐內(nèi)熱傳遞以輻射型傳遞為主，其波長(zhǎng)與被加熱物體的吸收波長(zhǎng)差距較大時(shí)，不利于被加熱物體對(duì)紅外能的吸收，當(dāng)波長(zhǎng)一致的時(shí)候，會(huì)促進(jìn)吸收，有可能會(huì)改變分子運(yùn)動(dòng)，使離子能態(tài)級(jí)發(fā)生能級(jí)躍遷，增加被加熱物體的熱量吸收能力[3]。這時(shí)輻射的紅外波具有較強(qiáng)的穿透力，通過大量實(shí)踐得出，被紅外輻射穿透到的部位溫度會(huì)比其他部位升溫速度快。紅外輻射涂料噴涂于加熱爐爐窯，其熱量利用率明顯提高，升溫速度快，減少能耗損失。在對(duì)流型熱傳遞過程中，傳統(tǒng)加熱爐通過增加阻熱材料厚度，而將紅外輻射涂料涂覆在爐體內(nèi)襯，可將爐內(nèi)輻射出來的熱量反射到爐內(nèi)受熱體上，起到節(jié)能作用[4-5]。爐體噴涂紅外輻射涂料后受熱示意圖見圖1。

圖1 爐體噴涂紅外輻射涂料后受熱示意圖

2 紅外輻射涂料的研究進(jìn)展

紅外輻射涂料由粘結(jié)劑和起紅外作用的基料兩部分組成，應(yīng)用于高溫環(huán)境，熱穩(wěn)定性較好。研究初期階段，基料主要成分是鋯英砂、碳化硅、氧化鋯等，組成方式可以是其中一種或某幾種混合而成[6]。目前基料發(fā)展趨勢(shì)是碳化物和金屬氧化物粉料的混合發(fā)展。金屬氧化物粉料包括CuO、CoO、SiO2、Fe2O3等，碳化物主要是石墨。隨著復(fù)合領(lǐng)域的發(fā)展，紅外輻射涂料組成范圍也在擴(kuò)大，紅外輻射率也在提高。

近年來，紅外輻射涂料基料開始選用紅外輻射能力較強(qiáng)的過渡金屬氧化物材料，如Cr2O3、Ce2O3，800℃時(shí)，常見過渡金屬氧化物紅外輻射率見表1。

表1 800℃時(shí)部分過渡金屬氧化物紅外輻射率

表2 加熱爐紅外輻射涂料技改測(cè)試數(shù)據(jù)

通過大量實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)紅外輻射涂料基料選用過渡金屬氧化物時(shí)，具有較高的紅外輻射率，而且不同比例的過渡金屬氧化物混合物的紅外輻射率比單一過渡金屬氧化物的紅外輻射率高，如Cr2O3、CuO、Fe2O3、MnO2按1∶1∶2∶6比例混合時(shí)，混合后涂料的紅外輻射率達(dá)到0.88。Cr2O3、Fe2O3、MnO2、Al2O3、SiO2、董青石、釉粉按比重12%、10%、10%、10%、10%、10%、5%混合，剩余33%為Co2O3、CuO、鈦鐵礦混合，混合后涂料的紅外輻射率達(dá)到0.9以上。

3 紅外輻射涂料現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為了分析、評(píng)價(jià)紅外輻射涂料應(yīng)用效果，某油田現(xiàn)場(chǎng)選取了7臺(tái)加熱爐，對(duì)加熱爐應(yīng)用紅外輻射涂料前后期現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試，應(yīng)用的紅外輻射涂料主要成分為 Cr2O3、Fe2O3、MnO2、Al2O3、SiO2、董青石、釉粉等。測(cè)試前后工期工況符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，測(cè)試儀器儀表在檢定合格周期內(nèi)。按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

通過測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出：應(yīng)用前，加熱爐平均過?？諝庀禂?shù)為2.26；加熱爐平均排煙溫度為203.14℃；加熱爐平均熱效率為77.21%。

應(yīng)用后，加熱爐平均過剩空氣系數(shù)為2.21；加熱爐平均排煙溫度為183.43℃；加熱爐平均熱效率為81.47%；應(yīng)用紅外輻射涂料后，加熱爐熱效率增加4.26%，節(jié)氣率增加6.90%。

4 結(jié)論

1）紅外輻射涂料增強(qiáng)了加熱爐受熱面的輻射吸收率，提高升溫速度，提高加熱爐效率。

2）紅外輻射涂料可以提高節(jié)氣率，平均節(jié)氣率達(dá)6.90%，節(jié)約能源，減少能耗。

3）紅外輻射涂料提高了加熱爐熱效率，由77.21%提高到81.47%。

[1]李賢揚(yáng)，王世峰，徐東芝，等.NiO對(duì)紅外輻射涂料中MgAlCrO4晶石產(chǎn)生的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2015，34（2）：401-404.

[2]趙洪彬，李國(guó)林，米淑云.遠(yuǎn)紅外輻射涂料節(jié)能原理與應(yīng)[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2006（7）：46-48.

[3]夏德宏，吳永紅，吳祥宇，等.熱輻射涂料在陶瓷輥道窯中的：宵能機(jī)理與應(yīng)用[J].中國(guó)陶瓷工業(yè)，2004（5）：20-23.

[4]陸洪彬，陳建華.隔熱涂料的隔熱機(jī)理及其研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2005，19（4）：71-73.

[5]武曉燕，于宏兵，耿麗娟.紅外輻射陶瓷的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2013，32（2）：280-282.

[6]駱瓊宇，侯林熙，胡富陶，等.隔熱保溫涂料的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)剛[J].廣東化工，2010，37（1）：60-69.