论文-火力发电厂保温材料的应用与技术经济分析

华北电力大学成人教育毕业设计(论文)论文题目：火力发电厂保温材料的应用与技术经济分析二○一三年九月毕业设计（论文）评定表学生姓名所在班级设计题目火力发电厂保温材料的应用与技术经济分析设计地点设计起止日期指导教师评语指导教师签字：年月日答辩委员会评语、成绩答辩委员会主任签字：年月日目录摘要…………………………………………………………………………………І前言………………………………………………………………………………Ⅱ第一章保温材料的保温原理和技术要求…………………………………………1第二章我国保温材料的发展现状…………………………………………………21纤维类保温材料…………………………………………………………………22复合型保温结构…………………………………………………………………23硬质保温材料……………………………………………………………………34轻质镁铝辐射绝热材料…………………………………………………………35喷涂保温…………………………………………………………………………36纳米绝热材料……………………………………………………………………47金属反射型保温材料……………………………………………………………4第三章保温材料在目前电厂热力设备与管道保温中的应用情况……………6第四章几种常用保温材料简介和性能比较………………………………………71几种常用保温材料简介…………………………………………………………7(1)硅酸铝纤维…………………………………………………………………7(2)岩棉…………………………………………………………………………8(3)玻璃棉………………………………………………………………………8(4)微孔硅酸钙…………………………………………………………………92几种常用材料性能列表比较……………………………………………………10第五章保温材料技术经济性计算分析…………………………………………121第一种方法：经济厚度法………………………………………………………122第二种方法：表面温度法………………………………………………………133第三种方法：允许散热损失法…………………………………………………15第六章豫北某电厂保温材料的实际使用情况…………………………………18第七章保温材料施工技术简介…………………………………………………21结论………………………………………………………………………………25致谢……………………………………………………………………………26参考文献…………………………………………………………………………27附录………………………………………………………………………………28摘要保温材料在火力发电厂占有重要的地位，它具有节约能源，降低热损失，满足电厂生产工艺要求，确保设备、生产、人身安全，改善环境，提高经济效益等作用，是电厂建设的重要组成部分。多年来随着我国经济的发展，保温材料的生产和应用技术得到了进一步的发展。近几年来，在大型火力发电厂的热力设备与管道保温中，应用较为广泛的保温材料有如下几种：硅酸铝纤维、岩矿棉、玻璃棉、微孔硅酸钙等。本文旨在描述现阶段保温材料的发展和使用情况，对常用的几种保温材料的性能、特点、优势、缺点进行较为详细的描述和比对。确定保温层厚度的计算方法通常有三种：允许散热损失法、表面温度法、经济厚度等。通过三种计算方法的运用，对微孔硅酸钙、硅酸铝纤维、岩棉、玻璃棉硅酸铝-岩棉复合材料等几种材料进行一对一的计算比较，从而得到相应的保温工程造价分析；并在这些计算分析的基础上，以某新建电厂为例，对火电安装工程保温材料进行了一次全面的造价分析。最后简单阐述了现阶段电力行业保温材料施工方面的相关技术。关键词：火电厂；保温材料；应用；技术经济分析І前言电力工业是国民经济的支柱工业，目前我国发电能源构成仍然以火力发电为主，而火力发电以燃煤为主。显而易见，火力发电是我国能源消耗的大户。在今年四月一日刚开始实施的国家节约能源法中明确规定“国家实施节约与开发并重、把节约放在首位的能源发展战略”，多年来的实践告诉我们，由于保温工程有它特有的“应用上涉及面广，技术上容易实现，资金上投入不多，经济上见效较快”的特点，是节能领域中不可缺少的重要组成部分。由于目前火力发电机组普遍采用高参数、大容量，对于发电系统来讲，尽力减少它们的散热损失，就可以提高整个火力发电厂的热效率和发电能力，从而节省大量的燃料，实现节能的目的。据了解，我国有部分火力发电厂的设备和管道由于保温不良所造成的散热损失是巨大的。因保温结构外表面温度过高，引起保温结构散热密度超标，在一定程度上降低了电厂运行的经济性。以引进型300WM机组为例，主蒸汽温度降低1℃，汽轮机热耗率增加0.28%，再热蒸汽温度降低1℃，热耗率增加0.2%。保温不良最直接的表现是保温结构外表面温度超标，电厂设备或管道保温因设计问题、施工问题或材料问题导致设备或管道表面温度超标的现象时有发生。另外，在火力发电厂中保温还起到保持生产能力、保证人身安全的作用。因此保温材料的选择和使用在大型火力发电厂施工中的作用极为重要。可见保温在电力行业尤其是热力发电厂如火力发电厂占有重要的地位，它具有节约能源，降低热损失，满足电厂生产工艺要求，确保设备、生产、人身安全，改善环境，提高经济效益等作用，是电厂建设的重要组成部分。火力发电厂保温工作使用了大量的保温材料，这些保温材料保障了机组的安全稳定运行，保障了机组运行的热经济性。伴随着保温材料生产工艺的逐步发展，在确保保温效果的前提下，许多材料发生了生产工艺、生产成本、施工成本的变化，本文旨在描述现阶段保温材料的发展和使用情况，并通过对保温材料的经济性分析，来印证保温材料现状的必然性。ⅡXX电力大学成人教育毕业设计（论文）1第一章保温材料的保温原理和技术要求一般来讲，热导率小于0.174W/(m.K)、对热流具有显著阻抗的材料被视为保温材料。保温材料普遍具备质轻、疏松、保温、保冷、隔热、吸声和消声等作用。评价保温材料的第一标准是其绝热能力，即热导率，它决定了该种保温材料保温性能的优劣，热导率越小，保温性能越好；但这不是唯一的决定因素，衡量保温材料的优劣还要看它们的安全使用温度、物理化学性能、使用寿命、施工性能及价格等综合因素。保温材料按其状态一般可分为纤维状、微孔状、气泡状等几种；按其化学性质可分为无机非金属、有机高分子材料和金属材料等几种；保温材料的品种多种多样，但不论哪一形式，其保温原理都是一样的。材料本身较小的热导率，在材料内部有大量细小且基本不发生对流的空气间隙，由于空气的热导率非常小[常温常压下仅为0.0257W/(m.K)]，使得保温材料具有较低的热导率。保温材料的热导率不是固定的数值，它会随着温度变化而产生变化，并且不同保温材料热导率随温度变化的情况也是不同的。按照《火力发电厂保温油漆设计规程》，在火力发电厂，具备下列情况之一的设备、管道及其附件必须按照不同要求予以保温。1外表面温度高于50℃且需要减少散热损失者；2要求防冻、防凝露或延迟介质凝结者；3工艺生产中不需保温的，其外表面温度超过60℃，而又无法采取其它措施防止烫伤人员的部位。4在需要防止烫伤人员的部位设置防烫伤保温。XX电力大学成人教育毕业设计（论文）2第二章我国保温材料的发展现状近年来随着我国经济的发展，保温材料的生产和应用技术得到了进一步的发展，尤其是工业用保温材料向低密度、低导热率、多功能发展，以改善保温性能，现介绍常见的几种形式。1纤维类保温材料纤维类保温材料包含岩棉、矿渣棉、玻璃棉、硅酸铝棉等类型。是将原材料经高温熔化、纤维化而制成的一种无机质纤维材料，保温材料的制品品种有毡、毯、板和管壳等几种形式。对于纤维类保温材料在减小纤维直径、增加纤维长度、降低渣球含量、提高使用温度方面，有关生产企业和科技部门做了大量工作。因渣球含量对高温下的导热系数影响很大，如岩、矿棉标准渣球含量现行国家标准要求不大于10％（电力行业标准不大于12%）；而硅酸铝棉渣球含量现行国家标准要求不大于20％（电力行业标准规定干法不大于12％、湿法不大于15％），从目前看来指标偏高应当修订，玻璃棉的国家标准和电力行业标准是一致的，最大不得超过4%。减小纤维直径、增加纤维长度又可进一步改善纤维材料的保温性能和使用性能，如离心法生产的硅酸铝锦纤维长度较长，能制成4～5cm厚的毡应用于管道保温。使用温度的提高对于纤维材料扩大使用范围非常有利，材料的使用温度主要是由原材料、固化剂类型等决定的。一般来讲如上几种纤维类材料的使用温度范围如下表：表2-1纤维类材料使用温度范围序号材料种类使用温度范围（℃）1岩棉、矿渣棉350以下2玻璃棉350以下3硅酸铝棉1000以下近年来欧文斯·科宁公司、北京依素维尔公司，为提高玻璃棉及制品的使用温度，改进配方和粘结剂及加入量，生产耐温500℃的玻璃棉及450℃的制品，其性能为：纤维长度15～20cm，纤维直径小于5m，无渣球，导热系数：0.024＋0.00022tmW/(m·K)，使用温度450℃。该产品1997年进入电力工程中应用，并在300MW、600MW机组锅炉炉墙、热风道、电除尘器作主保温层，在540℃主蒸汽道作复合保温层等。在电力工程中实际使用表明，耐高温玻璃棉制品应用效果是好的，其保温性能好于硅酸铝棉制品，能在350℃的设备管道上作主保温层，但有机物的含量不应超过5％，密度不宜太小，施工时应有5％～10％的压缩量。但是玻璃棉的产品价格要比硅酸铝、岩棉的价格高很多。2复合型保温结构XX电力大学成人教育毕业设计（论文）3复合的型式主要有硅酸铝棉－岩矿锦、硅酸铝棉-泡沫石锦、硅酸铝棉－玻璃棉制品、硅酸铝棉－硅酸钙绝热制品，及硅酸盐复合毡与岩棉、玻璃棉制品的复合结构。采用这些复合结构充分考虑到使用温度和经济的合理性能。根据设计规程规定，当热面温度超过350℃，应采用耐高温的保温材料，即不宜使用岩棉、玻璃棉、泡沫石锦制品。因此，在设计的热设备温度大于350℃时，内层选用硅酸铝棉和硅酸盐复合毡作高温层保温，外层使用岩矿棉、玻璃棉，这种保温结构导热系数不大，较经济合理，能满足工程的要求。在目前火电厂的高温管道保温，除硅酸钙绝热制品以外，采用这种保温结构较多。3硬质保温材料硬质材料主要包括硅酸钙绝热制品、珍珠岩制品等。硅酸钙保温材料是以氧化硅（石英砂粉、硅藻土等），氧化钙（也有用消石灰、电石渣等）和增强纤维（如石棉、玻璃纤维等）为主要原料，经过搅拌、加热、凝胶、成型、蒸压硬化、干燥等工序制成的保温材料。该材料在我国从70年代开始生产使用，在成型上，由浇注发展到压制成型；从材质上，由有石棉硅酸钙发展到了无石棉硅酸钙；从性能上由一般硅酸钙发展到超轻硅酸钙和高强度硅酸钙。特点是保温性能优越、耐高温、材料强度高，以往主要适用与高温（介质温度超过350℃）设备和管道保温。由于该材料原材料成本高，导致材料价格高、生产周期长、使用灵活性差等特点，近几年在火电施工领域，微孔硅酸钙保温材料已经很少使用。膨胀珍珠岩是一种多孔的粒状物料,是以珍珠岩矿石为原料,经过破碎、分级、预热、高温焙烧瞬时急剧加热膨胀而成的一种轻质、多功能保温材料。膨胀珍珠岩的密度小（70-250kg/m3），热导率低（0.047-0.072W/(m.K)），化学稳定性好，使用温度范围宽（-200-800℃），吸湿能力小，无毒、无味、不腐、不燃、吸音等。膨胀珍珠岩大量应用与建筑保温，在火电机组安装范围内使用有限。4轻质镁铝辐射绝热材料该材料对辐射热屏蔽能力高达50％～60％（岩棉只有36.2％）。同时具有对辐射、传导、对流3种传热形式的屏蔽功能，常温导热系数0.032W/(m·K)，使用温度-60～1250℃，尤其是高温导热系数较低，350℃时的导热系数为0.064W/(m·K)，比硅酸铝棉和硅酸钙绝热制品低得多。这种材料属于新型材料工艺，保温机理尚需进一步研究。5喷涂保温喷涂保温是射流技术在绝热工程中的应用，它是20世纪70年代初发展起来的一项新技术，在国内冶金、石化、建筑、电力行业均有