鞍鋼新5~# 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高發(fā)射率覆層的節(jié)能診斷及節(jié)能效果研究.doc

2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高發(fā)射率覆層的節(jié)能診斷及節(jié)能效果研究周惠敏1，蒼大強(qiáng)2，尚策3，張洪宇3，王志君3，孟凡雙3，孫傳勝1，何立松1，翟延飛1（1.山東慧敏科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東濟(jì)南250100；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083；3.鞍鋼股份有限公司，遼寧鞍山114021）摘要：鞍鋼煉鐵總廠新5#高爐熱風(fēng)爐（卡魯金式）在2008年6月應(yīng)用山東慧敏科技開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)的專利技術(shù)“高輻射覆層技術(shù)”。為考察高輻射覆層技術(shù)的應(yīng)用效果，我們對(duì)涂有高發(fā)射率節(jié)能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)爐A（卡魯金式）和未涂節(jié)能涂料的相同爐型、尺寸相當(dāng)?shù)臒犸L(fēng)爐B（卡魯金式）進(jìn)行了節(jié)能熱診斷測(cè)試和熱工過(guò)程定量分析比較，對(duì)兩座高爐熱風(fēng)爐的熱量流向和熱效率及熱能分布情況進(jìn)行了定量診斷。診斷結(jié)果表明，應(yīng)用高發(fā)射率涂層后，有覆層的熱風(fēng)爐比沒(méi)有覆層的熱風(fēng)爐平均熱風(fēng)溫度提高23，有效熱量利用提高3.89%，平均煙氣溫度降低24，熱量損失減少2.71%，熱效率提高4.62%。關(guān)鍵詞：高爐熱風(fēng)爐，高發(fā)射率，高輻射覆層技術(shù)1、引言高輻射覆層技術(shù)是利用山東慧敏科技開(kāi)發(fā)有限公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究開(kāi)發(fā)的高輻射率節(jié)能涂料，將其涂覆在格子磚的表面，使蓄熱和放熱主體-格子磚的表面具有很強(qiáng)的吸收高溫?zé)煔廨椛錈幔ㄈ紵冢┖歪尫鸥褡哟u蓄熱量的能力（送風(fēng)期），使更多的燃燒期煙氣熱量被格子磚吸收和送風(fēng)期格子磚能向空氣傳輸更多的熱量，提高了高爐風(fēng)溫，薄薄的一層高輻射節(jié)能材料雙向強(qiáng)化了燃燒期和送風(fēng)期的傳熱效果。高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用在高爐熱風(fēng)爐蓄熱室內(nèi)，涂覆在蓄熱室900以上高溫段硅質(zhì)格子磚表面，達(dá)到了格子磚高吸收、高輻射、高蓄熱、高放熱的理想效果。高輻射覆層通過(guò)強(qiáng)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，使格子磚升溫期吸熱速度和吸熱量增加，送風(fēng)期放熱速度和放熱量也增加了，從而提高熱風(fēng)溫度。為定量掌握鞍鋼高爐熱風(fēng)爐在蓄熱室格子磚涂覆高發(fā)射率涂層后的熱量使用情況和熱效率變化情況，評(píng)價(jià)熱風(fēng)爐的熱工特性，揭示高發(fā)射率涂層的應(yīng)用效果，北京科技大學(xué)對(duì)涂有節(jié)能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)爐A（卡魯金式）和未涂節(jié)能涂料爐型相同，尺寸相當(dāng)?shù)臒犸L(fēng)爐B（卡魯金式）進(jìn)行了熱診斷測(cè)試和定量分析，通過(guò)對(duì)比分析覆層的節(jié)能效果。2、熱診斷的對(duì)象涂有高發(fā)射率節(jié)能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)爐（卡魯金式）為A、未涂節(jié)能涂料的爐型相同、尺寸相當(dāng)?shù)母郀t熱風(fēng)爐（卡魯金式）為B。3、熱診斷的內(nèi)容及主要數(shù)據(jù)（1）測(cè)試記錄數(shù)據(jù)包括：煤氣成分、煤氣耗量；煤氣溫度、壓力；助燃空氣溫度、壓力、流量；冷風(fēng)溫度、壓力、流量；熱風(fēng)溫度、壓力；煙氣溫度；（2）煤氣數(shù)據(jù)均來(lái)源于工廠，A煤氣數(shù)據(jù)為A廠提供的九組數(shù)據(jù)的平均值，B廠為測(cè)試當(dāng)時(shí)煤氣數(shù)據(jù)，煙氣成分采用VarioPlus工業(yè)氣體連續(xù)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定；（3）測(cè)試數(shù)據(jù)表中均為現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試的平均值；（4）熱風(fēng)爐尺寸主要指蓄熱室外形尺寸。2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集表3.1當(dāng)天氣象參數(shù)項(xiàng)目地點(diǎn)大氣溫度()風(fēng)速(m/s)天氣狀況A65陰B145晴表3.2煤氣成份（%）成份COCO2H2CH4O2N2備注A含量23.718.91.9-55.5未提供CH4、O2，熱值平均3190.00KJ/m3B含量23.519.11.60.30.155.4表3.3煙氣成分測(cè)試數(shù)據(jù)（%）項(xiàng)目O2CO2CONONOXSO2C3H8A0.5826.71.570.00070.000700.0081B4.0025.60.01880.00090.000900.0079表3.4測(cè)試周期內(nèi)熱風(fēng)爐燃燒期參數(shù)測(cè)試煤氣助燃空氣溫度壓力流量總含水量溫度流量壓力KPam3/h%m3/hKPaA19089120052855925014B13415851205173565406表3.5測(cè)試周期內(nèi)熱風(fēng)爐送風(fēng)期參數(shù)測(cè)試?yán)滹L(fēng)熱風(fēng)煙氣溫度壓力KPa流量m3/min混風(fēng)前溫度/壓力KPa溫度/A17336147411210351283B203400489511873933072011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集表3.6熱風(fēng)爐爐體溫度數(shù)據(jù)部位段別散熱表面積（m2）1點(diǎn)（）2點(diǎn)（）3點(diǎn)（）平均（）環(huán)境溫度（）A蓄熱室第一段第二段第三段第四段第五段159.73159.73159.73159.73159.7339312116154338313228433836322642363027236情況描述：圍繞熱風(fēng)爐每120為一測(cè)試點(diǎn)，其中測(cè)試1點(diǎn)為迎風(fēng)面。B蓄熱室第一段第二段第三段第四段第五段155.82155.82155.82155.82155.82615749434059575146436254484542615650454214情況描述：圍繞熱風(fēng)爐每120為一測(cè)試點(diǎn)，其中測(cè)試2點(diǎn)為向陽(yáng)面。表3.7熱風(fēng)爐外形尺寸形狀直徑（m）高度（m）A蓄熱室圓柱10.3924.48B蓄熱室圓柱10.3923.88表3.8熱風(fēng)爐工況送風(fēng)制度燃燒時(shí)間送風(fēng)時(shí)間換爐時(shí)間A熱風(fēng)爐兩燒一送85min50min15minB熱風(fēng)爐兩燒一送88min43min10min4、熱診斷的數(shù)據(jù)處理4.1基礎(chǔ)參數(shù)的計(jì)算（1）高爐煤氣濕成分的換算由于高爐煤氣在濕法除塵后都含水，而含水量影響煤氣發(fā)熱值以及理論燃燒溫度，應(yīng)該在計(jì)算中選取煤氣的濕成分進(jìn)行計(jì)算。本次熱平衡計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取煤氣含水蒸氣量為5%（相當(dāng)于40g/m3煤氣），高爐煤氣濕成分換算后列于表4.1、表4.2中。表4.1A煤氣濕成分A煤氣成分COCO2H2CH4N2干煤氣成分Zg（%）23.718.91.9-55.5100.0換算后的濕煤氣成分Zs（%）22.518.01.8-52.795.0表4.2B煤氣濕成分B煤氣成分COCO2H2CH4N2換算后的干煤氣成分Zg（%）23.619.21.60.355.3100.0換算后的濕煤氣成分Zs（%）22.418.21.50.352.6952011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集（2）燃料的低發(fā)熱值DWQ42358.81CH107.85H126.36CODWQ（4.1）熱風(fēng)爐使用的氣體燃料，根據(jù)煤氣的成分以及可燃成分的熱效應(yīng)，計(jì)算出煤氣的低位發(fā)熱值DWQ列于表4.3中：表4.3燃料的低發(fā)熱值A(chǔ)爐煤氣（KJ/m3）B爐煤氣（KJ/m3）DWQ3190.003099.88（3）實(shí)際煙氣生成量gokosnLgVV1)00124.01(（4.2）理論干空氣量goLs4ss20.0952CH)CO0.0238(HgoL（4.3）表4.4理論干空氣量AB理論干空氣量goL0.57830.5974理論煙氣生成量oVgos2s2s2s2s4s0.79L)OHNHCO3CH(CO0.01oV（4.4）表4.5理論煙氣生成量AB理論煙氣生成量oV1.45681.4779空氣系數(shù)ssnmsssgggsgggggmSHHCCHCOCO)CHCORO(NNCH2H5.0CO5.0O7921212424222422（4.5）表4.6空氣系數(shù)AB空氣系數(shù)0.981.08oVDWQgoL2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集干空氣含水量kg按照環(huán)境溫度，查得kg：（如表4.7）表4.7干空氣含水量kgA（6）B（14）干空氣含水量kg(g/m3)7.4812.9由以上四步及公式（4.2）得到：表4.8實(shí)際煙氣生成量snVAB實(shí)際煙氣生成量snV1.45051.5360（1）煙氣濕成分sZ換算2100OH100gssZZ（4.6）式中：sngoksssnmsssVbLgn00124.0)OHSHHC5.0HCH2(01.0OH22242（4.7）式（4.7）中，b為煙氣不完全燃燒時(shí)煙氣的修正系數(shù)，采用公式（4.8.1）和（4.8.2）計(jì)算：當(dāng)1時(shí)：2H5.0CO5.0100100ggb（4.8.1）當(dāng)1時(shí)：242762.452.988.188.1100100ggggOCHHCOb(4.8.2)換算后煙氣濕成分列表：表4.9煙氣濕成分（%）項(xiàng)目O2CO2CONONOXSO2C3H8N2H2OA0.5826.71.570.00070.000700.008171.08350.057B3.997925.60.01880.00090.000900.007970.33940.0534.2熱收入項(xiàng)目（1）燃料的化學(xué)熱量1Q：DWQBQ1(4.9)2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集式（4.9）中：煤氣的低位發(fā)熱值DWQ。煤氣用量B由測(cè)定周期內(nèi)一座熱風(fēng)爐的煤氣量與風(fēng)量之比求出。ffrmVVB（4.10）式（2）中：r及f為一座熱風(fēng)爐的燃燒期及送風(fēng)期的時(shí)間；mV為一座熱風(fēng)爐的平均煤氣流量；fV為一座熱風(fēng)爐的實(shí)際熱風(fēng)流量，)1(1fffflVBV（*）式（*）中：1fV為冷風(fēng)測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的平均冷風(fēng)流量；fB為被測(cè)熱風(fēng)爐的風(fēng)量綜合校正系數(shù)，本處選1；fl為被測(cè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)的漏風(fēng)率，本處取為0。計(jì)算得到煤氣用量B列于表4.10中：表4.10煤氣用量BA爐煤氣用量B爐煤氣用量煤氣用量B0.540.59根據(jù)公式（4.9）得到燃料的化學(xué)熱量1Q列于表4.11中：表4.11化學(xué)熱量1QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）化學(xué)熱量1Q1722.601828.93（2）燃料的物理熱量2Q：)(2cmcmmtctcBQ（4.11）式中：mt為煤氣的平均溫度；ct為平均環(huán)境溫度；mc和mcc分別為煤氣在0mt及ct間的平均比熱。表4.12燃料的物理熱量2QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）燃料的物理熱量2Q139.8899.972011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集（3）助燃空氣的物理熱量3Q：)(3ekekksotctcLBQ（4.12）其中：)00124.01(kgosogLL（*）式中：goL為理論干空氣量；kg為干空氣含水量；kt為助燃空氣的平均溫度；ket為平均環(huán)境溫度；kc和kec分別為空氣在0kt及ket間的平均比熱。表4.13助燃空氣的物理熱量3QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）助燃空氣的物理熱量3Q114.6380.76（4）冷風(fēng)帶入的熱量4Q：fefefftctcQ114（4.13）式中：1ft為冷風(fēng)的平均溫度；fet為平均環(huán)境溫度；1fc和fec分別為空氣在01ft及fet間的平均比熱。表4.14冷風(fēng)帶入的熱量4QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）冷風(fēng)帶入的熱量4Q220.16248.35（5）收入熱量總和Q：4321QQQQQ（4.14）表4.15收入熱量總和Q2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集A爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）收入熱量總和Q2197.272258.014.3熱支出項(xiàng)目（1）熱風(fēng)帶出的熱量1Q：efefftctcQ221（4.15）式中：2ft為熱風(fēng)的平均溫度；et為平均環(huán)境溫度；2fc和fec分別為空氣在01ft及fet間的平均比熱。表4.16熱風(fēng)帶出的熱量1QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）熱風(fēng)帶出的熱量1Q1750.331710.83（2）煙氣帶出的物理熱量2Q是熱風(fēng)爐最主要的熱損失：)(222eyeyysntctcBbVQ（4.16）式中：2yt為煙氣的平均溫度；et為平均環(huán)境溫度；2yc和fec分別為煙氣在02yt及et間的平均比熱。表4.17煙氣帶出的物理熱量2QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）煙氣帶出的物理熱量2Q313.24383.27（3）化學(xué)不完全燃燒損失的熱量3Q是煙氣中未燃燒的氣體可燃物隨煙氣排走而損失的熱量：)HC81.931CH81.358H85.107CO36.126(83423sssssnBbVQ（4.17）表4.18化學(xué)不完全燃燒損失熱量3QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）化學(xué)不完全燃燒損失熱量3Q150.419.502011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集（4）煤氣中機(jī)械水吸收的熱量4Q：3122410)(244.1mqyqmjtctcBgQ（4.18）表4.19煤氣中機(jī)械水吸收的熱量4QA爐（KJ/m3）B爐（KJ/m3）煤氣中機(jī)械水吸收的熱量4Q7.7216.24（5）爐體表面散熱量5Q：iiffAqVQ5（4.19）式中：iq為某部分爐體的