熱風(fēng)爐熱平衡測(cè)試數(shù)據(jù)表

1、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(zhuān)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

2、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

3、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)

4、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Vario Plus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

5、）熱風(fēng)爐尺寸主要指蓄熱室外形尺寸。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3190.00 KJ/ 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

6、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/A17336147411210351283B20340048951187393307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

7、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

8、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4.1 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(fā)熱值（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）3190.003099.88（3）實(shí)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(shù)（4.5）表4.6 空氣系數(shù)AB空氣系數(shù)0.981.08 干空氣含水量按照環(huán)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(shí)際煙氣生成量AB實(shí)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(shí)煙氣的修正系數(shù)，采用公式（）和（）計(jì)算：當(dāng)1時(shí)：（）當(dāng)1時(shí)： ()換算后煙氣濕成分列表：表4.9 煙氣濕成分（%）項(xiàng)目O2CO2CONONOXSO2C3H8N2H2OA0.5826.71.570.00070.000700.008171.08350.057B3.997925.60.01880.00090.000900.00

11、7970.33940.0534.2 熱收入項(xiàng)目（1）燃料的化學(xué)熱量：(4.9) 式（4.9）中：煤氣的低位發(fā)熱值。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。 （4.10）式（2）中：及為一座熱風(fēng)爐的燃燒期及送風(fēng)期的時(shí)間；為一座熱風(fēng)爐的平均煤氣流量；為一座熱風(fēng)爐的實(shí)際熱風(fēng)流量，（*）式（*）中：為冷風(fēng)測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的平均冷風(fēng)流量；為被測(cè)熱風(fēng)爐的風(fēng)量綜合校正系數(shù)，本處選1；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)熱量列于表4.11中：表4.11 化學(xué)熱

12、量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）化學(xué)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(huán)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(huán)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(fēng)帶入的熱量：（4.13）式中：為冷風(fēng)

13、的平均溫度；為平均環(huán)境溫度；和分別為空氣在0及間的平均比熱。表4.14 冷風(fēng)帶入的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）冷風(fēng)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(xiàng)目（1）熱風(fēng)帶出的熱量：（4.15）式中：為熱風(fēng)的平均溫度；為平均環(huán)境溫度；和分別為空氣在0及間的平均比熱。表4.16 熱風(fēng)帶出的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）熱風(fēng)帶出的熱量1750.331710.83（2）煙氣帶出的物理熱量是熱風(fēng)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(huán)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(xué)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(xué)不完全燃燒損失熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）化學(xué)不完全燃燒損失熱量150.419.50（4）煤氣中機(jī)械水吸收的熱量：（4.18）表4.19 煤氣中機(jī)械水吸收的熱量A爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）煤氣中機(jī)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(chǔ)爐（KJ/ m3）B爐（KJ/ m3）熱診斷差值-37.55111.944.4 熱診斷根據(jù)上述的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱診斷計(jì)算。在進(jìn)行熱診斷前應(yīng)先核算相對(duì)誤差，根據(jù)公式(4.21)計(jì)算相對(duì)誤差。熱平衡允許的相對(duì)差值規(guī)定為±5%。（4.21）A爐：= 1.71%B爐：= 4.96%可以看出，兩座熱風(fēng)爐熱平衡計(jì)算的相對(duì)誤差均小于5%，計(jì)算結(jié)果有效。表4.22為熱診斷表。4.5 熱風(fēng)爐系統(tǒng)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(jì)算公式分別為式（4.22）和（4.23），本例計(jì)算熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.23。（4.22）（4.23）表4.22 熱診斷收入熱量支出熱量符號(hào)項(xiàng)目KJ/m3%符號(hào)項(xiàng)目KJ/m3%燃料的化學(xué)熱量1722.601828.9378.4079.99熱風(fēng)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(xué)不完全燃燒損失熱量150.419.506.840.42冷風(fēng)帶入

17、熱量220.16248.3510.0111.00煤氣機(jī)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(shù)據(jù)。表4.23 熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率A爐B爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率，%77.3972.774、 熱診斷的結(jié)果分析從表4.22中，使用節(jié)能涂料的A熱風(fēng)爐與未涂節(jié)能材料的B熱風(fēng)爐比較，熱風(fēng)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(shù)據(jù)，涂有節(jié)能材料的A爐系統(tǒng)熱效率為77.39%，未涂節(jié)能涂料的B爐系統(tǒng)熱效率為72.77%。A爐熱效率高出B爐4.62%。（1）熱風(fēng)溫度提高在本次熱平衡測(cè)定中，涂有節(jié)能材料的A熱風(fēng)爐的熱風(fēng)平均溫度（這里指混風(fēng)前溫度）為1210，未涂節(jié)能材料的B熱風(fēng)爐的熱風(fēng)平均溫度為1187。涂覆節(jié)能涂料的A爐比未涂覆涂料的B爐風(fēng)溫有明顯的增加，提高了23；由于熱風(fēng)溫度的升高，使得熱風(fēng)帶出熱量在整個(gè)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(cè)定中，A熱風(fēng)爐的煙氣平均溫度為283，B熱風(fēng)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(jié)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(shuō)明節(jié)能涂料加強(qiáng)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(jié)論（1）涂有節(jié)能覆層的鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)爐A的熱風(fēng)溫度比未涂節(jié)能覆層的爐型相同，尺寸相當(dāng)?shù)母郀t熱風(fēng)爐B的平均風(fēng)溫高23，有效熱量利用率提高3.89%。（2）涂