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高輻射覆層節(jié)能涂料的焦爐應用

文檔作者：王曉婷劉成雷嚴文福周慧敏孫傳勝文檔來源： 1．安徽工業(yè)大學，2．濟南鋼鐵公司焦化廠3．山東慧敏科技開發(fā)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月01日
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冶金能源
ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY
V01．3l No．6
Nov．20l2
高輻射覆層節(jié)能涂料的焦爐應用
王曉婷 劉成雷 嚴文福 周慧敏。孫傳勝。
(1．安徽工業(yè)大學，2．濟南鋼鐵公司焦化廠3．山東慧敏科技開發(fā)有限公司)
摘要濟鋼焦化廠8號、9號焦爐為JN60型，8號焦爐為國內(nèi)首次應用高輻射覆層技術。
對8號、9號焦爐進行了各項熱工參數(shù)檢測，結果表明：8號焦爐比9號焦爐節(jié)約焦爐煤氣
575．2m3／h
， 節(jié)能率達5．2％ ，爐窯統(tǒng)一效率提高4．0％ ，煉焦耗熱量降低了121．8 kJ／ks。產(chǎn)
生直接經(jīng)濟效益624．8萬：Tr／a，CO2排放量減少3546t／a。
關鍵詞 高輻射覆層節(jié)能煉焦耗熱量
Coke oven application of coating high radiative energy—-saving dope
Wang Xiaoting Liu ChengleiZ Yah Wenfu Zhou Huimin Sun Chuansheng
(1．Anhui University of Technology，2．Coking plant of Jinan Iron and Steel Company，
3．Shandong Huimin Science and Technology Co．，Ltd．)
Abstract The eighth and ninth coke ovel~ of Jinan iron and steel are JN60 type．The eighth coke OV—
en is first appHed the hish radiative coating technology．The various thermal parameters and energy—
saving dope were detected．Test results indicate that the eishth coke oven saves 575．2 m ／h coke gas
than the ninth coke overl，energy saving rate is 5．2％ ，and the furnace unified eficiency is improved
for 4．O％ ．Th e coking heat consumption is decreased for 121．8kJ／kg．Direct economic benefits is
6．248 lnil】ion／a，and CO2 emissions reduction is 3546t／a．
Keywords higll radiative coating technology energy saving coking heat consumption
1 節(jié)能涂料的試用
濟鋼焦化廠8號焦爐為國內(nèi)首次應用“高
輻射覆層技術”，在焦爐砌筑過程中位于61×32
個立火道內(nèi)和蓄熱室格子磚上部1／3部位涂覆了
高輛射覆層的節(jié)能涂料。為了進行對比試驗，9
號焦爐沒有采用該項技術。
(1)燃燒室部位。8號焦爐高輻射覆層沿立
火道高向四個面進行涂覆。焦爐立火道內(nèi)煤氣燃
燒是典型同軸流擴散燃燒，傳熱方式是90％熱
螢以高溫輻射為主，10％熱量以對流形式，并以
傳導傳熱方式通過爐墻將熱量傳人煤料。焦爐立
國家科技支撐計劃資助項目(2011BAE12B01)。
收稿日期：2012—06—05
王曉婷(1979一 )，講師／碩士；243000 安徽省馬鞍山市。
火道與炭化室爐墻涂覆高輻射覆層后，由于吸熱
快提高了爐墻吸熱能力，故增加了蓄熱量與傳熱
量，提高傳熱推動力。同時兩個立火道之間的隔
墻涂覆高輻射覆層后，同樣增加了爐墻吸熱能
力，由于熱量不能夠向外傳遞，會以1—5~,ra的
波長向爐內(nèi)輻射，故有利于立火道與炭化室的爐
墻吸熱?？傊範t燃燒室立火道涂覆高輻射覆
層后，強化輻射傳熱提高燃燒室的表面溫度，增
加了燃燒室與炭化室的溫度梯度，加強了燃燒室
與炭化室的熱傳導，可使標準火道溫度下降和縮
短結焦時間，從而降低了加熱煤氣量并提高了產(chǎn)
量，達到節(jié)能降耗的目的。
(2)蓄熱室格子磚。焦爐蓄熱室格子磚內(nèi)
傳熱過程是：加熱期即下降氣流，廢氣放熱給格
子磚蓄熱；冷卻期即上升氣流，格子磚放熱給冷
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冶金能源
ENERGY FOR METAI上URGICAL INDUS ntY 39
煤氣或空氣吸熱。格子磚傳熱上部以輻射為主，
對流為次；中部兩者并重；下部以對流為主，輻
射為次。由液壓交換機進行蓄熱室換向操作，每
隔30min一次。蓄熱室格子磚高輻射覆層涂覆在
上部格子磚，使用后強化輻射換熱，提高了格子
磚表面溫度，增加了格子磚內(nèi)外溫度梯度，加強
了格子磚內(nèi)部一表面一氣體問的熱傳導。從而使
格子磚在加熱期即下降氣流時，廢氣放熱速度、
放熱量增加；冷卻期即上升氣流時，冷煤氣或空
氣吸熱速度、吸熱量增加?？傊墒姑簹饣蚩諝?
預熱溫度提高、廢氣排出溫度降低，故提高爐窯
統(tǒng)一效率、降低煉焦耗熱量。
2 焦爐的熱工檢測
2．1 測定概況
在2010年1～3月由熱工測試組，對8號、
9號焦爐進行了各項熱工參數(shù)和“杰能王”節(jié)能
涂料二次全面有效的對比檢測。
以焦爐本體為測定體系。基準條件為
273．15K (O℃)，壓力為101325Pa，燃燒發(fā)熱量
采用低熱值。測定過程中要做到二不變、二穩(wěn)
定、二正常，即：結焦時間和配煤比不變；8號
爐與9號爐加熱制度均相對穩(wěn)定；煉焦生產(chǎn)和配
煤、化產(chǎn)生產(chǎn)均需正常生產(chǎn)。
測試項目(1)物流：濕煤與焦炭、煤氣、
各化工產(chǎn)品，漏氣率與空氣系數(shù)等。(2)熱流：
加熱煤氣量與各物流溫度、爐體表面溫度等。
2．2 物料衡算中主要參數(shù)測定
(1)大批量物料煤、焦、煤氣等主要物料
以實際計量為主。
(2)小批量物料焦油、粗苯、氨以統(tǒng)計數(shù)
據(jù)為主。
(3)化合水采用化驗分析法。
(4)采用回歸計算式核實成焦率 J：
：94．884 —0．7015
．
d：94．884 —0．7015 X
27．49=75．60％
=98．947 —0．7159
．
d一0：0032tI=98．947 —
0．7159×27．49—0．0032×lo7l=75．83％
= 103．19 — 0．75
．
d一0．oo67 = lo3．19 —
0．75×27．49—0．0067×1071=75．4％
其中墨、 計算式是根據(jù)我國煤源特性得到的
一元、二元線性回歸式， 計算式是1952年國
際焦炭會議推薦的公式。通過測試，最終成焦率
取K=75．61％
式中： ． 為配煤干基揮發(fā)分，％ ；t 為焦餅中
心溫度，℃ 。
(5)漏氣率采用停止加熱法測定。
(6)物料平衡表以1000kg干煤為計算基準
(略)。
2．3 焦爐熱量衡算
裝煤量計算：G= = ×
= 69．82t／h
式中：g為單孔裝煤量，t；．r為結焦時間，h；N
為爐孔數(shù)，孔。
熱量人方：加熱煤氣燃燒熱與顯熱、空氣顯
熱、干煤料顯熱、配煤水顯熱與不可見耗熱量；
熱量出方：焦炭顯熱、凈煤氣顯熱、焦油潛顯
熱、粗苯潛顯熱、氨的顯熱、水的潛顯熱、廢氣
顯熱、不完全燃燒熱與爐體散熱。
熱量平衡表(略)。
2．4 焦爐熱功評價指標
焦爐二次測試與計算結果，主要參數(shù)比較見
表1。
表1 二次測試主要數(shù)據(jù)分析
3 節(jié)能分析與討論
3．1 主要技術經(jīng)濟指標比較
(1)節(jié)能效果和節(jié)能率
從現(xiàn)場收集的33組班平均數(shù)據(jù)中可明顯看
到8號焦爐加熱煤氣用量明顯要低于9號焦爐，
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同時煤氣主管壓力也符合這一規(guī)律。
第一次測試：節(jié)能量11620．8—11045．6=
575．2nl3／h；節(jié)能率575．2／li045．6=5．2％；第
二次測試：節(jié)能量12700—12200=500m ／h；節(jié)
能率500／12200=4．1％ ；
二次平均值：節(jié)能率4．65％
(2)熱效率與煉焦耗熱量的指標比較
第一次測試：
爐窯統(tǒng)一效率8號焦爐 統(tǒng)=70．4％，9號
焦爐．，，統(tǒng)=66．4％ ，提高了4．0％。
煉焦耗熱量8號焦爐9釜=2263．0 kJ／kg達
到特級爐水平；
9號焦爐q釜=2384．8kJ／kg達到二級爐水
平。
8號焦爐比9號焦爐煉焦耗熱量降低了
121．8kJ／kg，且提高了二個等級，效果十分明
顯。
第二次測試：
爐窯統(tǒng)一效率8號焦爐 統(tǒng)=70．50％ ，9
號焦爐 統(tǒng)=69．5％ ，提高了1．0％。
煉焦耗熱量8號焦爐q釜：2282kJ／kg達到
特級爐水平；
9號焦爐g釜=2379kJ／kg達到二級爐水平。
8號焦爐比9號焦爐煉焦耗熱量降低了97
kJ／kg，且提高了二個等級，效果同樣十分明顯。
(3)焦炭質量得到提高
在同樣的工藝條件下，對8號、9號焦爐分
別測定了5孔焦餅中心溫度和炭化室墻面溫度。
焦餅中心溫度提高At，=1071—1008=63~C；炭
化室墻面溫度提高AtD=1062—1003=59oC；且
兩者提高的程度一致。從肉眼也可看到8號焦爐
的焦炭成熟度優(yōu)于9號焦爐，且肉眼觀察炭化室
墻面也較亮，這有利于焦炭質量的提高。
3．2 節(jié)能原因分折
(1)高輻射覆層技術是在物體表面涂覆一
層具有高發(fā)射率的材料，使物體表面具有很強的
熱輻射吸收和輻射能力，使輻射傳熱的效率提
高。高輻射覆層用于蓄熱體，如格子磚表面，利
用高吸收、高蓄熱；高發(fā)射、高放熱的特點。高
輻射覆層通過強化輻射換熱，提高了蓄熱體表面
溫度，增加了蓄熱體內(nèi)外溫度梯度，使蓄熱體升
溫期吸熱速度和吸熱量增加，降溫期放熱速度和
放熱量也增加，從而提高煤氣或空氣預熱溫度。
(2)高輻射覆層用于焦爐立火道與炭化室
隔墻時，利用高吸收的特點，由于吸熱快，提高
了隔墻爐壁的吸熱能力，增加了燃燒室與炭化室
的溫度梯度，加強了燃燒室與炭化室的熱傳導，
可使標準火道溫度下降，且縮短結焦時間。炭化
室的爐墻溫度升高，加熱煤料的溫度升高，使得
焦餅中心溫度升高，故有覆層的8號焦爐焦餅中
心溫度高。
(3)高輻射覆層技術的應用使得燃燒室內(nèi)
下降的廢氣的溫度更多被蓄熱室內(nèi)格子磚吸收，
從而降低了小煙道內(nèi)的廢氣溫度，故有覆層的8
號焦爐廢氣溫度較無覆層的9號焦爐低，另外，
由于提高了煤氣和空氣預熱溫度，可以使兩者充
分燃燒，降低了空氣系數(shù)，提高了熱功效率。
(4)由于燃燒室和蓄熱室內(nèi)墻體使用涂料，
使得墻體間的密封性更好，氣體從此部位泄漏的
可能性減小，使得焦爐的漏氣率減小，故使用高
輻射覆層技術8號焦爐漏氣率要小于9號焦爐，
另外加上煤氣和空氣充分燃燒，效率高，減少了
煤氣的使用量，故8號焦爐煤氣用量要少。
(5)熱工指標中，有覆層的焦爐使得爐內(nèi)
氣體的溫度更多儲存在爐內(nèi)，如格子磚內(nèi)，故爐
體表面的散熱量少，此時熱工效率高，統(tǒng)一效率
高，從而煉焦耗熱量低，表中有覆層的8號焦爐
和沒有覆層的9號焦爐的這些數(shù)據(jù)符合要求。
3．3 進一步降低煉焦耗熱量途經(jīng)
(1)降低焦餅中心溫度
按照煉焦行業(yè)協(xié)會規(guī)定焦餅中心溫度1000
±50℃為宜，從8號焦爐實測和目測數(shù)據(jù)看，焦
餅中心溫度偏高，可節(jié)能如下：
aq，=756．1 X 1．42 × (1071— 1000) =
76230kJ／t=76．2 kJ／kg
(2)降低空氣系數(shù)
通常焦爐煤氣加熱的適宜空氣系數(shù)0：=1．20
— 1．25，目前Ot為1．98—2．16，明顯偏高，主
要是因為焦爐生產(chǎn)處于調試階段，尚未穩(wěn)定，沒
有達到設計生產(chǎn)能力。若 降低到1．25，可節(jié)
約能量如下：
aq =177070 kJ／t=177．1 kJ／kg
(3)結焦時間
標定時根據(jù)公司的能源平衡，當時的結焦時
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冶金能源
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間偏長，若焦爐達到設計能力17—18h時，可進
一步降低煉焦耗熱量。
總之，采取上述措施后，還可以進一步降低
加熱煤氣用量。
4 效益估算
(1)直接經(jīng)濟效益
節(jié)能量l1620．8—11045．6=575．2m ／h，煤
氣價格按照天然氣比價進行計算
煤氣價格=天然氣價格× ×o．8
= 3．29× 1 1 x0． 8=1．24 m
年經(jīng)濟效益575．2 x 24×365×1．24=
6248052．48元=624．8萬元
該項目總投資為300萬元，因此采用“杰
能王”節(jié)能涂料后焦爐的投資回收期為一年之
內(nèi)。
(2)間接經(jīng)濟效益
由于焦炭質量的提高，因此高爐的焦比下
降，利用系數(shù)提高。
(3)降低CO：排放量
由燃燒反應可知：lm 焦爐煤氣燃燒產(chǎn)生
CO2 0．359m。
， CO2密度1．96kg／m
8號焦爐比9號焦爐每小時CO：排放量減少
575．2 x0．359=206．5m。／h
， 則一年CO2排放量
減少206．5×1．96 x24×365／1000=3546t／a
5 結論
(1)通過檢測，8號焦爐比9號焦爐節(jié)約焦
爐煤氣量575．2m ／h，在焦餅中心溫度提高63~C
的情況下，節(jié)能率達到5．2％ ，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效
益624．8萬元／a，CO2排放量減少3546t／a。
(2)有高輻射覆層的8號焦爐的爐窯統(tǒng)一
效率比沒有高輻射覆層的9號焦爐提高了
4．0％；煉焦耗熱量降低了121．8．kJ／kg，且提
高了二個等級，效果十分明顯。
(3)通過分析提出了進一步降低煉焦耗熱
量的途徑。
參考文獻
[1]嚴文福，鄭明東．焦爐加熱調節(jié)與節(jié)能[M]．合
肥：合肥工業(yè)出版社出版，2005．
’ 萬雷編輯
(上接第37頁)
(4)優(yōu)化二次供風位置的。磁化焙燒回轉
窯需嚴格控制窯內(nèi)的還原氣氛，盡管目前能夠滿
足生產(chǎn)的需要，但窯內(nèi)溫度場分布及氣氛場分布
尚有較大的距離，需找尋窯的最佳二次供風位置
及二次供風量。
(5)降低高溫帶的溫度。回轉窯還原磁化
焙燒過程中，若溫度過高易發(fā)生過還原，產(chǎn)生
FeO，易于堿金屬和粉煤灰及硅的氧化物形成低
熔點物質，造成結圈?？梢酝ㄟ^調整窯頭配煤
量、燃燒天然氣量，及二次風量等參數(shù)來控制高
溫帶溫度的目的。
參考文獻
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