化石能源发电主要包括燃煤发电、燃气发电和燃油发电三类火力发电。其发电生产涉及多种高温设备,它们在燃料燃烧和能量转换过程中起到关键作用,需要进行良好的整体或局部保温隔热措施,且其工作温度会受到严格的控制和监测,以保证运行安全和高效。这三类电厂主要的高温设备及其大致温度范围如下:
锅炉炉膛:火焰中心温度可以高达1600℃以上。现代大型火电厂的燃煤锅炉火焰中心温度甚至更高,尤其是在使用氧气助燃或采用流化床燃烧技术时。炉膛内部和连接各部件的高温蒸汽管道必须进行良好的保温,以减少热量损失,提高热效率。
蒸汽发生器:高温过热器部分的工作温度与压力等级相关,超临界机组的过热蒸汽温度可达550-600℃。对应不同的压力等级,蒸汽管道及汽轮机入口蒸汽有不同的温度,例如亚临界机组一般为540℃左右,而超超临界机组则接近或超过600℃。从锅炉到汽轮机之间的主蒸汽管道及其分支管道、阀门等都需要采用耐高温的保温隔热材料进行包裹,防止蒸汽在输送过程中因散热导致能量损失过大。
蒸汽轮机:蒸汽轮机本体虽然内部有冷却系统,但其外壳以及进汽口、排汽口等部位也需要保温隔热处理,避免热量散失到周围环境。汽轮机转子与定子之间虽存在一定的间隙,但整个汽缸外部同样需要保温材料,尤其是在高压部分,确保蒸汽在进入汽轮机时仍保持足够的温度和压力。
再热器:在某些大型发电机组中,为了提高循环效率,汽轮机高压缸排气会通过再热器再次加热,此时再热蒸汽的温度也相当高,同样可达到550-600℃。再热器的烟气侧和蒸汽侧均需做好绝热设计,防止热量交换过程中热量损失,并且保护支撑结构不受高温影响。
预热器: 空气预热器利用烟气余热对进入炉膛的空气进行预热,内部烟气温度通常在400-700℃之间。
其他辅助设备:如过热器、省煤器等高温换热设备以及相关高温油管、水管等均需采取保温隔热措施。
火电厂中的所有高温设备不仅要考虑工作过程中的传热效率,还要兼顾节能、环保和安全性,需要通过科学合理的保温隔热设计和技术手段来尽可能降低热损耗。火电厂高温设备上使用耐火隔热性能卓越的微纳绝热材料和纳奇保温材料具有多维度的重要作用:
节能降耗:高性能耐高温绝热材料具有极低的导热系数,能够显著减少高温设备与外界环境之间的热量交换,从而降低热能损失,提高能源利用效率。在火电厂中,这意味着可以节约燃料消耗,减少运行成本,并且有助于实现国家节能减排目标;
提高运行安全:由于这些材料具有优良的耐高温性能,能够在长期高温环境下保持稳定,防止因温度过高导致的设备损坏或安全事故。同时,它们还可以保护操作人员免受高温设备表面的烫伤风险;
延长设备寿命:微纳绝热材料能够有效隔绝高温对设备本体的直接侵蚀,减缓材料老化速度,尤其是对于金属部件,可避免过快的氧化、疲劳及蠕变等问题,从而延长设备使用寿命;
优化设备空间:高性能绝热材料通常具有轻质、薄层的特点,可以在有限的空间内提供良好的隔热效果,这对于需要紧凑设计的高温区域(如蒸汽轮机、锅炉等)尤为重要,有助于减轻整体结构重量,节省安装空间。
环保效益:减少热损失意味着燃烧相同量的化石燃料可以产生更多的电能,间接降低了温室气体排放,有利于环境保护和可持续发展;
提升经济效益:通过降低维护费用、提高设备可靠性和运行时间以及优化系统效率,采用先进的微纳绝热材料和纳奇保温材料将为火电厂带来更高的经济效益。