高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐的創(chuàng)新應(yīng)用

景鋒

摘 要：為了響應(yīng)國(guó)家“綠色環(huán)保、節(jié)能降耗”的號(hào)召，鋼鐵企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不斷優(yōu)化工藝流程，積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料，旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的既定目標(biāo)。而高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐的應(yīng)用，不僅節(jié)能效果顯著，而且也為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文將著眼于高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐的創(chuàng)新應(yīng)用效果展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：高輻射覆層;節(jié)能技術(shù);高爐熱風(fēng)爐;創(chuàng)新應(yīng)用

由于高爐冶煉溫度都在1000℃以上，使得輻射傳熱速度加快，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，有80%的傳熱量來(lái)自于輻射傳熱，因此，提升高爐熱效率的一條有效路徑是提高輻射傳熱率，而高輻射覆層技術(shù)恰恰是提高材料表面發(fā)射率而實(shí)現(xiàn)輻射傳熱率升高的一種新型節(jié)能技術(shù)。目前，該技術(shù)多用于高爐熱風(fēng)爐以及軋鋼加熱爐等冶煉設(shè)備當(dāng)中，不但能夠降低能源消耗，減少二氧化碳等污染物的排放數(shù)量，同時(shí)，對(duì)延長(zhǎng)高爐的使用壽命也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高輻射覆層節(jié)能技術(shù)原理

1.1 高輻射覆層節(jié)能技術(shù)概述

高輻射覆層節(jié)能技術(shù)始創(chuàng)于2002年，至今已接近二十余年，該技術(shù)可以高爐熱風(fēng)爐表面涂覆一層發(fā)射率高于基體的覆層，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排增效的目的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐中的應(yīng)用，蓄熱量能夠提高10%以上，熱風(fēng)溫度提升10℃以上，送風(fēng)時(shí)間延長(zhǎng)10%以上，煤氣消耗量減少5%以上，二氧化碳排放量減少2kg/t鐵。在高爐熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)之前，首先在熱風(fēng)爐表面涂抹厚度為0.3mm的覆層，為了突顯節(jié)能效果，應(yīng)當(dāng)保證涂抹均勻，以增強(qiáng)蓄熱體的熱輻射能力。即便在爐體降溫期間，這種節(jié)能覆層也會(huì)加快爐體的放熱速度，放熱量也會(huì)大幅提升，進(jìn)而提高了熱風(fēng)爐的工作效率，是目前較為成熟的一種節(jié)能技術(shù)。

1.2 高輻射覆層節(jié)能技術(shù)原理

高爐熱風(fēng)爐在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部溫度在1300℃左右，隨著溫度的急劇上升，輻射換熱量所占據(jù)的比例將也大幅增加，而應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，蓄熱體表面發(fā)射率增大，輻射換熱量的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)也更加明顯。比如以1000℃和1300℃的兩個(gè)溫度值為例，在1000℃時(shí)，有76%的輻射熱量集中在1—5чm波段區(qū)間，在1300℃時(shí)，有85%的輻射熱量集中在1—5чm波段區(qū)間，而對(duì)于普通型的耐火材料來(lái)說(shuō)，在1—5чm波段的發(fā)射率極低，而高輻射覆層涂料在這一波段區(qū)間卻具有較高的發(fā)射率。像普通的耐火材料，在常溫下的發(fā)射率僅為0.6，最大值不會(huì)超過(guò)0.8，而高輻射覆層涂料的發(fā)射率卻能達(dá)到0.9。根據(jù)基爾霍夫定律可知，材料吸收率與發(fā)射率相等。當(dāng)發(fā)射率提高，蓄熱體的吸熱能力也隨之提高。而高輻射覆層技術(shù)在提高發(fā)射率的同時(shí)，蓄熱體的熱轉(zhuǎn)換效率也將得到大幅提升[1]。

2 高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐中的創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)例

2.1在2580m3高爐熱風(fēng)爐中的應(yīng)用效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證高輻射覆層節(jié)能技術(shù)的節(jié)能降耗效果，下面以四座2580m3高爐熱風(fēng)爐為例，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。這四座高爐的編號(hào)分別為2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、8號(hào)，其中，新3號(hào)高爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)后，經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的實(shí)地跟蹤驗(yàn)證，在2015年，高爐的平均風(fēng)溫提高17℃以上，2016年的平均風(fēng)溫提高34℃，到2017年時(shí)，平均風(fēng)溫提高了49℃以上。高輻射覆層技術(shù)在3號(hào)高爐應(yīng)用的風(fēng)溫對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

通過(guò)在3號(hào)高爐熱風(fēng)爐上的實(shí)際應(yīng)用，年平均節(jié)焦達(dá)到5921.1噸，平均年的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到924.88萬(wàn)元，二氧化碳排放量減少14210.6噸，截至到2017年4月，總節(jié)焦量達(dá)到19717.30噸，合計(jì)人民幣3079.84萬(wàn)元，二氧化碳總排放量減少47321.52噸。由此可以看出，高輻射覆層技術(shù)不僅具有良好的節(jié)能效應(yīng)，而且也經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2 在5800m3高爐熱風(fēng)爐中的應(yīng)用效果

下面以三座5800m3高爐熱風(fēng)爐為例，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。這三座高爐的編號(hào)分別為1號(hào)、3號(hào)、7號(hào)，與應(yīng)用案例1不同的是，這三座高爐熱風(fēng)爐均采用了高輻射覆層節(jié)能技術(shù)。當(dāng)高爐投產(chǎn)以后，相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)高爐熱風(fēng)爐的蓄熱量進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，涂刷節(jié)能覆層的格子磚試樣蓄熱量比沒(méi)有覆層的格子磚提高了13.35%。測(cè)定的煤氣量節(jié)約率為5.12%，由此可以計(jì)算出每年可以節(jié)省煤氣18810.04萬(wàn)立方米，年經(jīng)濟(jì)收益達(dá)到1767.54萬(wàn)元。如果按照投產(chǎn)三年的時(shí)間計(jì)算，煤氣總節(jié)約量達(dá)到56430.12萬(wàn)立方米，經(jīng)濟(jì)效益總量為5302.62萬(wàn)元。由此可以看出，高輻射覆層技術(shù)無(wú)論在中型高爐還是大型高爐中，都能夠收到理想的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)促進(jìn)鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升大有裨益[2]。

3 衡量應(yīng)用效果的檢測(cè)方法

3.1 熱診斷檢測(cè)法

熱診斷檢測(cè)需要以數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間、高爐熱風(fēng)爐的操作制度以及在試驗(yàn)期間的操作溫度作為基準(zhǔn)檢測(cè)依據(jù)。檢測(cè)的內(nèi)容涉及煤氣成分、煙氣含量、助燃空氣、熱風(fēng)溫度、煙氣溫度等參數(shù)。在熱診斷計(jì)算過(guò)程中，技術(shù)人員需要結(jié)合入爐燃料的化學(xué)熱量值、物理熱量值、助燃空氣的物理熱量值與冷風(fēng)帶熱量值。而熱量支出向則涵蓋熱風(fēng)帶出的熱量值、隨煙氣帶出的熱量值、燃料在燃燒過(guò)程中損失的熱量值、被冷卻水帶出的熱量值以及熱風(fēng)爐爐體表面散發(fā)的熱量值，通過(guò)這些已知量可以快速計(jì)算出最終的檢測(cè)結(jié)果。

3.2 蓄熱量試驗(yàn)

在分析高輻射覆層技術(shù)的節(jié)能率時(shí)，也可以采用蓄熱量試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)的主要依據(jù)是，當(dāng)高爐熱風(fēng)爐在加熱到1200℃后，持續(xù)保持加熱狀態(tài)3分鐘的時(shí)間，可以計(jì)算出爐體的蓄熱量升高值達(dá)到18.30%，由此可以確定蓄熱量試驗(yàn)的可行性。首先將對(duì)格子磚進(jìn)行切割取樣，在表面涂抹一層厚度為3mm左右的節(jié)能覆層，然后將兩塊大小相同的試樣放在同一電爐中進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到1200℃時(shí)，將試樣冷卻，當(dāng)放熱量與吸熱量趨于平衡后，測(cè)定水溫的變化范圍，由此就可以計(jì)算出試樣的不同吸收量值，最后通過(guò)計(jì)算過(guò)程，得出最終的節(jié)能效率，即蓄熱體的總蓄熱量提高16℃以上。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)高輻射覆層節(jié)能技術(shù)在2580m3高爐熱風(fēng)爐才及5800 m3中實(shí)際應(yīng)用效果可以得出結(jié)論，該技術(shù)不但具有超強(qiáng)的節(jié)能作用，而且二氧化碳等有害氣體的排放量也大幅減少，這就減少了對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，高輻射覆層節(jié)能技術(shù)較比普通節(jié)能技術(shù)相比，經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)出指數(shù)級(jí)上升態(tài)勢(shì)。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)大力推廣使用新型的高輻射覆層節(jié)能技術(shù)，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，促進(jìn)企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]田鳳軍，孫傳勝，劉常富等.高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].冶金能源，2017，36（z2）：20-22.

[2] 周惠敏，劉常富，楊秀青， 等.高輻射覆層技術(shù)研究與應(yīng)用的最新進(jìn)展[C].//中國(guó)金屬學(xué)會(huì).第十屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)暨第六屆寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2015：1-8.