1、鞍鋼新5#高爐熱風爐應用高發射率覆層的節能診斷及節能效果研究周惠敏1，蒼大強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. 山東慧敏科技開發有限公司，山東 濟南 250100；2. 北京科技大學冶金與生態工程學院，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#高爐熱風爐（卡魯金式）在2008年6月應用山東慧敏科技開發有限公司研發的專利技術“高輻射覆層技術”。為考察高輻射覆層技術的應用效果，我們對涂有高發射率節能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風爐A（卡魯金式）和未涂節能涂料的相同爐型、尺寸相當的熱風爐B（卡魯金式）進行了節能熱

2、診斷測試和熱工過程定量分析比較，對兩座高爐熱風爐的熱量流向和熱效率及熱能分布情況進行了定量診斷。診斷結果表明，應用高發射率涂層后，有覆層的熱風爐比沒有覆層的熱風爐平均熱風溫度提高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%。關鍵詞：高爐熱風爐，高發射率，高輻射覆層技術1、引言高輻射覆層技術是利用山東慧敏科技開發有限公司經過長期試驗研究開發的高輻射率節能涂料，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的吸收高溫煙氣輻射熱（燃燒期）和釋放格子磚蓄熱量的能力（送風期），使更多的燃燒期煙氣熱量被格子磚吸收和送風期格子磚能向空氣

3、傳輸更多的熱量，提高了高爐風溫，薄薄的一層高輻射節能材料雙向強化了燃燒期和送風期的傳熱效果。高輻射覆層技術應用在高爐熱風爐蓄熱室內，涂覆在蓄熱室900以上高溫段硅質格子磚表面，達到了格子磚高吸收、高輻射、高蓄熱、高放熱的理想效果。高輻射覆層通過強化輻射換熱，提高了格子磚表面溫度，增加了格子磚內外溫度梯度，使格子磚升溫期吸熱速度和吸熱量增加，送風期放熱速度和放熱量也增加了，從而提高熱風溫度。為定量掌握鞍鋼高爐熱風爐在蓄熱室格子磚涂覆高發射率涂層后的熱量使用情況和熱效率變化情況，評價熱風爐的熱工特性，揭示高發射率涂層的應用效果，北京科技大學對涂有節能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風爐A（卡魯金式）和未涂節

4、能涂料爐型相同，尺寸相當的熱風爐B（卡魯金式）進行了熱診斷測試和定量分析，通過對比分析覆層的節能效果。2、熱診斷的對象涂有高發射率節能涂料的鞍鋼新5#高爐熱風爐（卡魯金式）為A、未涂節能涂料的爐型相同、尺寸相當的高爐熱風爐（卡魯金式）為B。3、熱診斷的內容及主要數據（1）測試記錄數據包括：煤氣成分、煤氣耗量；煤氣溫度、壓力；助燃空氣溫度、壓力、流量；冷風溫度、壓力、流量；熱風溫度、壓力；煙氣溫度；（2）煤氣數據均來源于工廠，A煤氣數據為A廠提供的九組數據的平均值，B廠為測試當時煤氣數據，煙氣成分采用Vario Plus工業氣體連續分析儀現場測定；（3）測試數據表中均為現場多次測試的平均值；（4

5、）熱風爐尺寸主要指蓄熱室外形尺寸。表3.1 當天氣象參數項目地點大氣溫度()風速(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3190.00 KJ/ m3B含量23.519.11.60.30.155.4表3.3 煙氣成分測試數據（%）項目O2CO2CONONOXSO2C3H8A0.5826.71.570.00070.000700.0081B4.0025.60.01880.00090.000900.0079表3.4 測試周期內熱風爐燃燒期參數測試煤氣助燃空氣溫度壓力流量總含水量溫度

6、流量壓力KPam3/h%m3/hKPaA19089120052855925014B13415851205173565406表3.5 測試周期內熱風爐送風期參數測試冷風熱風煙氣溫度壓力KPa流量m3/min混風前溫度/壓力KPa溫度/A17336147411210351283B20340048951187393307表3.6 熱風爐爐體溫度數據部位段別散熱表面積（m2）1點（）2點（）3點（）平均（）環境溫度（）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

7、述：圍繞熱風爐每120°為一測試點，其中測試1點為迎風面。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：圍繞熱風爐每120°為一測試點，其中測試2點為向陽面。表3.7 熱風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 熱風爐工況送風制度燃燒時間送風時間換爐時間A熱風爐兩燒一送85min50min15minB熱風爐兩燒一送88min43min10min4、 熱診斷的數據處

8、理4.1 基礎參數的計算（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熱值以及理論燃燒溫度，應該在計算中選取煤氣的濕成分進行計算。本次熱平衡計算根據經驗取煤氣含水蒸氣量為5%（相當于40g/m3煤氣），高爐煤氣濕成分換算后列于表4.1、表4.2中。表4.1 A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4.2 B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

9、的濕煤氣成分Zs（%）22.418.21.50.352.695（2）燃料的低發熱值（4.1）熱風爐使用的氣體燃料，根據煤氣的成分以及可燃成分的熱效應，計算出煤氣的低位發熱值列于表4.3中：表4.3 燃料的低發熱值A爐煤氣（KJ/ m3）B爐煤氣（KJ/ m3）3190.003099.88（3）實際煙氣生成量 （4.2） 理論干空氣量 （4.3）表4.4 理論干空氣量AB理論干空氣量0.57830.5974 理論煙氣生成量 （4.4）表4.5 理論煙氣生成量AB理論煙氣生成量1.45681.4779 空氣系數（4.5）表4.6 空氣系數AB空氣系數0.981.08 干空氣含水量按照環境溫度，查得

10、：（如表4.7）表4.7 干空氣含水量A（6）B（14）干空氣含水量(g/m3)7.4812.9由以上四步及公式（4.2）得到：表4.8 實際煙氣生成量AB實際煙氣生成量1.45051.5360（1） 煙氣濕成分換算（4.6）式中：（4.7）式（4.7）中，b為煙氣不完全燃燒時煙氣的修正系數，采用公式（）和（）計算：當1時：（）當1時： ()換算后煙氣濕成分列表：表4.9 煙氣濕成分（%）項目O2CO2CONONOXSO2C3H8N2H2OA0.5826.71.570.00070.000700.008171.08350.057B3.997925.60.01880.00090.000900.00

11、7970.33940.0534.2 熱收入項目（1）燃料的化學熱量：(4.9) 式（4.9）中：煤氣的低位發熱值。煤氣用量B由測定周期內一座熱風爐的煤氣量與風量之比求出。 （4.10）式（2）中：及為一座熱風爐的燃燒期及送風期的時間；為一座熱風爐的平均煤氣流量；為一座熱風爐的實際熱風流量，（*）式（*）中：為冷風測點處測得的平均冷風流量；為被測熱風爐的風量綜合校正系數，本處選1；為被測熱風爐系統的漏風率，本處取為0。計算得到煤氣用量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根據公式（4.9）得到燃料的化學熱量列于表4.11中：表4.11 化學熱

12、量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）化學熱量1722.601828.93（2）燃料的物理熱量：（4.11）式中：為煤氣的平均溫度；為平均環境溫度；和分別為煤氣在0及間的平均比熱。表4.12 燃料的物理熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）燃料的物理熱量139.8899.97（3）助燃空氣的物理熱量：（4.12）其中：（*）式中：為理論干空氣量；為干空氣含水量；為助燃空氣的平均溫度；為平均環境溫度；和分別為空氣在0及間的平均比熱。表4.13 助燃空氣的物理熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）助燃空氣的物理熱量114.6380.76（4）冷風帶入的熱量：（4.13）式中：為冷風

13、的平均溫度；為平均環境溫度；和分別為空氣在0及間的平均比熱。表4.14 冷風帶入的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）冷風帶入的熱量220.16248.35（5）收入熱量總和：（4.14）表4.15 收入熱量總和A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）收入熱量總和2197.272258.014.3 熱支出項目（1）熱風帶出的熱量：（4.15）式中：為熱風的平均溫度；為平均環境溫度；和分別為空氣在0及間的平均比熱。表4.16 熱風帶出的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）熱風帶出的熱量1750.331710.83（2）煙氣帶出的物理熱量是熱風爐最主要的熱損失：（4.16）式中：為

14、煙氣的平均溫度；為平均環境溫度；和分別為煙氣在0及間的平均比熱。表4.17 煙氣帶出的物理熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）煙氣帶出的物理熱量313.24383.27（3）化學不完全燃燒損失的熱量是煙氣中未燃燒的氣體可燃物隨煙氣排走而損失的熱量：（4.17）表4.18 化學不完全燃燒損失熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）化學不完全燃燒損失熱量150.419.50（4）煤氣中機械水吸收的熱量：（4.18）表4.19 煤氣中機械水吸收的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）煤氣中機械水吸收的熱量7.7216.24（5）爐體表面散熱量：（4.19）式中：為某部分爐體的表面熱

15、流。，可用代替。表4.20 爐體表面散熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）爐體表面散熱量13.1226.23（6）熱診斷差值：（4.20）表4.21 熱診斷差值A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）熱診斷差值-37.55111.944.4 熱診斷根據上述的計算過程進行熱風爐系統的熱診斷計算。在進行熱診斷前應先核算相對誤差，根據公式(4.21)計算相對誤差。熱平衡允許的相對差值規定為±5%。（4.21）A爐：= 1.71%B爐：= 4.96%可以看出，兩座熱風爐熱平衡計算的相對誤差均小于5%，計算結果有效。表4.22為熱診斷表。4.5 熱風爐系統熱效率熱效率有兩種表征，不包含

16、管路及爐體散熱等熱損失的本體熱效率及包含熱損失的。其計算公式分別為式（4.22）和（4.23），本例計算熱風爐系統熱效率，計算結果見表4.23。（4.22）（4.23）表4.22 熱診斷收入熱量支出熱量符號項目KJ/m3%符號項目KJ/m3%燃料的化學熱量1722.601828.9378.4079.99熱風帶出熱量1750.331710.8379.6675.77燃料的物理熱量139.8899.976.374.43煙氣帶出的物理熱量313.24383.2714.2616.97助燃空氣的物理熱量114.6380.765.223.58化學不完全燃燒損失熱量150.419.506.840.42冷風帶入

17、熱量220.16248.3510.0111.00煤氣機械水吸收熱量7.7216.240.350.72爐體表面散熱量13.1226.230.601.16熱平衡差值-37.55111.94-1.714.96總收入熱量2197.272258.01100.00100.00總支出熱量2197.272258.01100.00100.00注：粗體為A爐數據。表4.23 熱風爐系統熱效率A爐B爐熱風爐系統熱效率，%77.3972.774、 熱診斷的結果分析從表4.22中，使用節能涂料的A熱風爐與未涂節能材料的B熱風爐比較，熱風帶出的熱量由75.77%提高到79.66%，煙氣帶出的熱量從16.97%下降到14.

18、26%，熱量分配更合理，有效利用的熱量增加，熱量損失減少。比較表4.23中數據，涂有節能材料的A爐系統熱效率為77.39%，未涂節能涂料的B爐系統熱效率為72.77%。A爐熱效率高出B爐4.62%。（1）熱風溫度提高在本次熱平衡測定中，涂有節能材料的A熱風爐的熱風平均溫度（這里指混風前溫度）為1210，未涂節能材料的B熱風爐的熱風平均溫度為1187。涂覆節能涂料的A爐比未涂覆涂料的B爐風溫有明顯的增加，提高了23；由于熱風溫度的升高，使得熱風帶出熱量在整個爐體的熱量支出中的比例大幅度提高，從75.77%提高到79.66%，提高了3.89%，使得有效熱量的利用率有較大幅度的增加。（2）煙氣溫度降低在本次熱平衡測定中，A熱風爐的煙氣平均溫度為283，B熱風爐的煙氣平均溫度為307，A爐比B爐煙氣溫度平均降低24；涂覆節能涂料后，由煙氣帶走的物理熱量由16.97%降低至14.26%，使得熱量損失降低了2.71%。說明節能涂料加強了蓄熱體的蓄熱能力，提高了蓄熱體在燃燒期的蓄熱量，使得煙氣溫度降低。5、結論（1）涂有節能覆層的鞍鋼新5#高爐熱風爐A的熱風溫度比未涂節能覆層的爐型相同，尺寸相當的高爐熱風爐B的平均風溫高23，有效熱量利用率提高3.89%。（2）涂