根据二氧化硅气凝胶内的气孔直径小于 70nm，产生“零对流效应”， 使得固体热传导的能力下降到接近最低极限的原理，在稠油蒸汽吞吐热采中，为了减少锅炉外表面热损失，采用气凝胶节能技术。实际应用到锅炉后，炉体表面温度平均降低了 39.0℃，能达到安全标准，使用前热效率为 79.7%，使用后热效率为 81.9%，节能 2.2%。

稠油蒸汽吞吐热采，蒸汽驱以及 SAGD 开采项目是一种高投入、高成本的开发工艺，其核心设备是注汽锅炉。注汽锅炉在正常运行的条件下，其热损耗主要表现在三个方面：一是排烟热损失，二是炉体散热损失，三是未完全燃烧热损失。但是当锅炉投产运行时间长时，造成炉内保温层老化，保温效果差，热损失加大，锅炉保温性能下降，炉体外表面温度升高，一般能达到 100-130℃左右，有的甚至能达到 180℃。锅炉外表面温度升高，不仅增大了热损失，而且还存在一定的安全隐患。为解决上述问题，主要从气凝胶炉体降温技术降低锅炉表面温度入手，减少锅炉热损失，节约能源。

气凝胶炉体降温技术原理

对于保温材料而言，热传导主要由保温材料中的固体部分来完成；热对流则主要由保温材料中的气体来完成；热辐射的传递不需要任何介质。因此，要实现超级绝热材料所要求达到的保温隔热目的，

一是在保证足够机械强度的同时，大幅降低材料的体积密度；

二是要将空气的对流减弱到极限；

三是要通过近于无穷多的界面和通过材料的改性热辐射经反射、散射和吸收而降到最低。气凝胶是在保持凝胶骨架结构完整的情况下，将凝胶内溶剂干燥后的产物，因此具有纳米多孔结构、低密度、高孔隙率、高比表面积等结构特点。

气凝胶属于一种固体，但这种物质 99%是由气体构成，这使得它外观看起来像云一样。

当气凝胶材料中的气孔直径小于 70nm 时，气孔内的空气分子就失去自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状态，即产生“零对流效应”。由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多”，对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限。

由于近乎无穷多纳米孔的存在，热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限。基于以上特性，再加上在热辐射吸收方面对材料进行进一步改性，还可以阻隔热辐射。

这三方面共同作用，几乎阻断了热传递的所有途径，使气凝胶达到其他材料无法比拟的绝热效果，甚至远低于常温下静态空气 0.025w/m·K 的导热系数，达到0.013w/m·K 以下。因其具有纳米多孔结构(1～100nm)、低密度(1～500kg/m3)、低介电常数（1.1～2.5）、低导热系数（0.013～.025w/(m·k)）、高孔隙率(80～99.8％)、高比表面积(200～1000m2/g)等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、石油、化工、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用前景，被称为“改变世界的神奇材料”。如图 1 是不同温度下二氧化硅气凝胶与传统材料导热系数对比图。而应用于生产中时，将低密度纤维和二氧化硅气凝胶复合成二氧化硅气凝胶毡，再将其铺设在锅炉炉体表面。

气凝胶炉体降温技术现场实施情况

施工前通过现场勘查对辐射段、过渡段、炉体后端板表面温度检测做综合评价，根据检测温度高低确定保温层厚度。如过渡段前段最低点 130℃，最高点 180℃，对温度特高点用双层气凝胶保温以达到降温效果。接下来测量并记录炉体外部各项尺寸，并确定采用型号为FMA400 的气凝胶绝热毡进行保温，最后测量炉体槽钢制定四面搭接型材的尺寸。

在锅炉停炉具备施工条件后进行现场施工，清理炉体表面，对辐射段、过渡段、炉体后端板根据测量尺寸裁剪气凝胶。然后，炉体表面敷设气凝胶，用铁丝扎紧，搭接处应用气凝胶胶带粘接，敷设完毕后待搭接处达到密封要求后方可进行下一步。最后，气凝胶表面采用金属氟碳漆 0.5mm 钢板铆接，辐射段槽钢采用金属氟碳漆 0.5mm 钢板四面搭接型材。

铺设后对锅炉进行了各方面的数据测试如表 1。

注：工况1为未应用注汽锅炉炉体降温技术的原太工况

工况2为应用注汽锅炉炉体降温技术的节态工况

节能效果分析

注汽锅炉应用气凝胶炉体降温技术后，在锅炉表面选取 29 个测试点，每个测试点测试三次后取平均值，如表 2 所示。

注：括号内的是铺设二氧化硅气凝胶毡后的温度

将 29 个测试点分为辐射段、过渡段前段、过渡段后段和后炉门计算平均温度后得到：

（1）辐射段由 60℃降低到 40℃；

（2）过渡段前段由 148℃ 降低到 89℃；

（3）过渡段后段由 103℃降低到 74℃；

（4）后炉门由 84 ℃降低到 35℃ 。

通过对比应用前后的测试数据，炉体表面温度平均降低了 39.0℃，使用前热效率为79.7%，使用后热效率为 81.9%，节能 2.2%。

经济效益计算及总结

通过上述各个项目的实施，锅炉热效率平均提高 2.2%，一台锅炉一年的注汽量为 4 万方，单耗按 79.6 立方米/方计算，故锅炉安装该装置后可节省天然气量为：

注汽锅炉用的天然气以市场价 1.98 元/方计算，安装该装置后，去除铺设气凝胶成本6.8 万元，可创经济效益为：

70048× 1.98-68000 = 70695.04（元）

总结

（1）提升炉内温度，提高了锅炉热效率。

（2）经济效益比较可观，回收周期短。

（3）该项技术使炉体表面温度降低，能达到安全标准。