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高辐射覆层节能涂料的焦炉应用

文档作者：王晓婷刘成雷严文福周慧敏孙传胜文档来源： 1．安徽工业大学，2．济南钢铁公司焦化厂3．山东慧敏科技开发有限公司		点击数：	更新时间： 2021年11月01日
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冶金能源
ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY
V01．3l No．6
Nov．20l2
高辐射覆层节能涂料的焦炉应用
王晓婷 刘成雷 严文福 周慧敏。孙传胜。
(1．安徽工业大学，2．济南钢铁公司焦化厂3．山东慧敏科技开发有限公司)
摘要济钢焦化厂8号、9号焦炉为JN60型，8号焦炉为国内首次应用高辐射覆层技术。
对8号、9号焦炉进行了各项热工参数检测，结果表明：8号焦炉比9号焦炉节约焦炉煤气
575．2m3／h
， 节能率达5．2％ ，炉窑统一效率提高4．0％ ，炼焦耗热量降低了121．8 kJ／ks。产
生直接经济效益624．8万：Tr／a，CO2排放量减少3546t／a。
关键词 高辐射覆层节能炼焦耗热量
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 节能涂料的试用
济钢焦化厂8号焦炉为国内首次应用“高
辐射覆层技术”，在焦炉砌筑过程中位于61×32
个立火道内和蓄热室格子砖上部1／3部位涂覆了
高辆射覆层的节能涂料。为了进行对比试验，9
号焦炉没有采用该项技术。
(1)燃烧室部位。8号焦炉高辐射覆层沿立
火道高向四个面进行涂覆。焦炉立火道内煤气燃
烧是典型同轴流扩散燃烧，传热方式是90％热
萤以高温辐射为主，10％热量以对流形式，并以
传导传热方式通过炉墙将热量传人煤料。焦炉立
国家科技支撑计划资助项目(2011BAE12B01)。
收稿日期：2012—06—05
王晓婷(1979一 )，讲师／硕士；243000 安徽省马鞍山市。
火道与炭化室炉墙涂覆高辐射覆层后，由于吸热
快提高了炉墙吸热能力，故增加了蓄热量与传热
量，提高传热推动力。同时两个立火道之间的隔
墙涂覆高辐射覆层后，同样增加了炉墙吸热能
力，由于热量不能够向外传递，会以1—5~,ra的
波长向炉内辐射，故有利于立火道与炭化室的炉
墙吸热。总之，焦炉燃烧室立火道涂覆高辐射覆
层后，强化辐射传热提高燃烧室的表面温度，增
加了燃烧室与炭化室的温度梯度，加强了燃烧室
与炭化室的热传导，可使标准火道温度下降和缩
短结焦时间，从而降低了加热煤气量并提高了产
量，达到节能降耗的目的。
(2)蓄热室格子砖。焦炉蓄热室格子砖内
传热过程是：加热期即下降气流，废气放热给格
子砖蓄热；冷却期即上升气流，格子砖放热给冷
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煤气或空气吸热。格子砖传热上部以辐射为主，
对流为次；中部两者并重；下部以对流为主，辐
射为次。由液压交换机进行蓄热室换向操作，每
隔30min一次。蓄热室格子砖高辐射覆层涂覆在
上部格子砖，使用后强化辐射换热，提高了格子
砖表面温度，增加了格子砖内外温度梯度，加强
了格子砖内部一表面一气体问的热传导。从而使
格子砖在加热期即下降气流时，废气放热速度、
放热量增加；冷却期即上升气流时，冷煤气或空
气吸热速度、吸热量增加。总之可使煤气或空气
预热温度提高、废气排出温度降低，故提高炉窑
统一效率、降低炼焦耗热量。
2 焦炉的热工检测
2．1 测定概况
在2010年1～3月由热工测试组，对8号、
9号焦炉进行了各项热工参数和“杰能王”节能
涂料二次全面有效的对比检测。
以焦炉本体为测定体系。基准条件为
273．15K (O℃)，压力为101325Pa，燃烧发热量
采用低热值。测定过程中要做到二不变、二稳
定、二正常，即：结焦时间和配煤比不变；8号
炉与9号炉加热制度均相对稳定；炼焦生产和配
煤、化产生产均需正常生产。
测试项目(1)物流：湿煤与焦炭、煤气、
各化工产品，漏气率与空气系数等。(2)热流：
加热煤气量与各物流温度、炉体表面温度等。
2．2 物料衡算中主要参数测定
(1)大批量物料煤、焦、煤气等主要物料
以实际计量为主。
(2)小批量物料焦油、粗苯、氨以统计数
据为主。
(3)化合水采用化验分析法。
(4)采用回归计算式核实成焦率 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、 计算式是根据我国煤源特性得到的
一元、二元线性回归式， 计算式是1952年国
际焦炭会议推荐的公式。通过测试，最终成焦率
取K=75．61％
式中： ． 为配煤干基挥发分，％ ；t 为焦饼中
心温度，℃ 。
(5)漏气率采用停止加热法测定。
(6)物料平衡表以1000kg干煤为计算基准
(略)。
2．3 焦炉热量衡算
装煤量计算：G= = ×
= 69．82t／h
式中：g为单孔装煤量，t；．r为结焦时间，h；N
为炉孔数，孔。
热量人方：加热煤气燃烧热与显热、空气显
热、干煤料显热、配煤水显热与不可见耗热量；
热量出方：焦炭显热、净煤气显热、焦油潜显
热、粗苯潜显热、氨的显热、水的潜显热、废气
显热、不完全燃烧热与炉体散热。
热量平衡表(略)。
2．4 焦炉热功评价指标
焦炉二次测试与计算结果，主要参数比较见
表1。
表1 二次测试主要数据分析
3 节能分析与讨论
3．1 主要技术经济指标比较
(1)节能效果和节能率
从现场收集的33组班平均数据中可明显看
到8号焦炉加热煤气用量明显要低于9号焦炉，
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同时煤气主管压力也符合这一规律。
第一次测试：节能量11620．8—11045．6=
575．2nl3／h；节能率575．2／li045．6=5．2％；第
二次测试：节能量12700—12200=500m ／h；节
能率500／12200=4．1％ ；
二次平均值：节能率4．65％
(2)热效率与炼焦耗热量的指标比较
第一次测试：
炉窑统一效率8号焦炉 统=70．4％，9号
焦炉．，，统=66．4％ ，提高了4．0％。
炼焦耗热量8号焦炉9釜=2263．0 kJ／kg达
到特级炉水平；
9号焦炉q釜=2384．8kJ／kg达到二级炉水
平。
8号焦炉比9号焦炉炼焦耗热量降低了
121．8kJ／kg，且提高了二个等级，效果十分明
显。
第二次测试：
炉窑统一效率8号焦炉 统=70．50％ ，9
号焦炉 统=69．5％ ，提高了1．0％。
炼焦耗热量8号焦炉q釜：2282kJ／kg达到
特级炉水平；
9号焦炉g釜=2379kJ／kg达到二级炉水平。
8号焦炉比9号焦炉炼焦耗热量降低了97
kJ／kg，且提高了二个等级，效果同样十分明显。
(3)焦炭质量得到提高
在同样的工艺条件下，对8号、9号焦炉分
别测定了5孔焦饼中心温度和炭化室墙面温度。
焦饼中心温度提高At，=1071—1008=63~C；炭
化室墙面温度提高AtD=1062—1003=59oC；且
两者提高的程度一致。从肉眼也可看到8号焦炉
的焦炭成熟度优于9号焦炉，且肉眼观察炭化室
墙面也较亮，这有利于焦炭质量的提高。
3．2 节能原因分折
(1)高辐射覆层技术是在物体表面涂覆一
层具有高发射率的材料，使物体表面具有很强的
热辐射吸收和辐射能力，使辐射传热的效率提
高。高辐射覆层用于蓄热体，如格子砖表面，利
用高吸收、高蓄热；高发射、高放热的特点。高
辐射覆层通过强化辐射换热，提高了蓄热体表面
温度，增加了蓄热体内外温度梯度，使蓄热体升
温期吸热速度和吸热量增加，降温期放热速度和
放热量也增加，从而提高煤气或空气预热温度。
(2)高辐射覆层用于焦炉立火道与炭化室
隔墙时，利用高吸收的特点，由于吸热快，提高
了隔墙炉壁的吸热能力，增加了燃烧室与炭化室
的温度梯度，加强了燃烧室与炭化室的热传导，
可使标准火道温度下降，且缩短结焦时间。炭化
室的炉墙温度升高，加热煤料的温度升高，使得
焦饼中心温度升高，故有覆层的8号焦炉焦饼中
心温度高。
(3)高辐射覆层技术的应用使得燃烧室内
下降的废气的温度更多被蓄热室内格子砖吸收，
从而降低了小烟道内的废气温度，故有覆层的8
号焦炉废气温度较无覆层的9号焦炉低，另外，
由于提高了煤气和空气预热温度，可以使两者充
分燃烧，降低了空气系数，提高了热功效率。
(4)由于燃烧室和蓄热室内墙体使用涂料，
使得墙体间的密封性更好，气体从此部位泄漏的
可能性减小，使得焦炉的漏气率减小，故使用高
辐射覆层技术8号焦炉漏气率要小于9号焦炉，
另外加上煤气和空气充分燃烧，效率高，减少了
煤气的使用量，故8号焦炉煤气用量要少。
(5)热工指标中，有覆层的焦炉使得炉内
气体的温度更多储存在炉内，如格子砖内，故炉
体表面的散热量少，此时热工效率高，统一效率
高，从而炼焦耗热量低，表中有覆层的8号焦炉
和没有覆层的9号焦炉的这些数据符合要求。
3．3 进一步降低炼焦耗热量途经
(1)降低焦饼中心温度
按照炼焦行业协会规定焦饼中心温度1000
±50℃为宜，从8号焦炉实测和目测数据看，焦
饼中心温度偏高，可节能如下：
aq，=756．1 X 1．42 × (1071— 1000) =
76230kJ／t=76．2 kJ／kg
(2)降低空气系数
通常焦炉煤气加热的适宜空气系数0：=1．20
— 1．25，目前Ot为1．98—2．16，明显偏高，主
要是因为焦炉生产处于调试阶段，尚未稳定，没
有达到设计生产能力。若 降低到1．25，可节
约能量如下：
aq =177070 kJ／t=177．1 kJ／kg
(3)结焦时间
标定时根据公司的能源平衡，当时的结焦时
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间偏长，若焦炉达到设计能力17—18h时，可进
一步降低炼焦耗热量。
总之，采取上述措施后，还可以进一步降低
加热煤气用量。
4 效益估算
(1)直接经济效益
节能量l1620．8—11045．6=575．2m ／h，煤
气价格按照天然气比价进行计算
煤气价格=天然气价格× ×o．8
= 3．29× 1 1 x0． 8=1．24 m
年经济效益575．2 x 24×365×1．24=
6248052．48元=624．8万元
该项目总投资为300万元，因此采用“杰
能王”节能涂料后焦炉的投资回收期为一年之
内。
(2)间接经济效益
由于焦炭质量的提高，因此高炉的焦比下
降，利用系数提高。
(3)降低CO：排放量
由燃烧反应可知：lm 焦炉煤气燃烧产生
CO2 0．359m。
， CO2密度1．96kg／m
8号焦炉比9号焦炉每小时CO：排放量减少
575．2 x0．359=206．5m。／h
， 则一年CO2排放量
减少206．5×1．96 x24×365／1000=3546t／a
5 结论
(1)通过检测，8号焦炉比9号焦炉节约焦
炉煤气量575．2m ／h，在焦饼中心温度提高63~C
的情况下，节能率达到5．2％ ，产生直接经济效
益624．8万元／a，CO2排放量减少3546t／a。
(2)有高辐射覆层的8号焦炉的炉窑统一
效率比没有高辐射覆层的9号焦炉提高了
4．0％；炼焦耗热量降低了121．8．kJ／kg，且提
高了二个等级，效果十分明显。
(3)通过分析提出了进一步降低炼焦耗热
量的途径。
参考文献
[1]严文福，郑明东．焦炉加热调节与节能[M]．合
肥：合肥工业出版社出版，2005．
’ 万雷编辑
(上接第37页)
(4)优化二次供风位置的。磁化焙烧回转
窑需严格控制窑内的还原气氛，尽管目前能够满
足生产的需要，但窑内温度场分布及气氛场分布
尚有较大的距离，需找寻窑的最佳二次供风位置
及二次供风量。
(5)降低高温带的温度。回转窑还原磁化
焙烧过程中，若温度过高易发生过还原，产生
FeO，易于碱金属和粉煤灰及硅的氧化物形成低
熔点物质，造成结圈。可以通过调整窑头配煤
量、燃烧天然气量，及二次风量等参数来控制高
温带温度的目的。
参考文献
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烧技术研究[J]．金属矿山，2004，(10)：28—35．
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焙烧工艺技术研究[C】．第八届中国钢铁年会论
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