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鞍钢新5~# 高炉热风炉应用高发射率覆层的节能诊断及节能效果研究.doc

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鞍钢新5~# 高炉热风炉应用高发射率覆层的节能诊断及节能效果研究.doc

2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集鞍钢新5高炉热风炉应用高发射率覆层的节能诊断及节能效果研究周惠敏1,苍大强2,尚策3,张洪宇3,王志君3,孟凡双3,孙传胜1,何立松1,翟延飞1(1.山东慧敏科技开发有限公司,山东济南2501002.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京1000833.鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114021)摘要鞍钢炼铁总厂新5高炉热风炉(卡鲁金式)在2008年6月应用山东慧敏科技开发有限公司研发的专利技术高辐射覆层技术。为考察高辐射覆层技术的应用效果,我们对涂有高发射率节能涂料的鞍钢新5高炉热风炉A(卡鲁金式)和未涂节能涂料的相同炉型、尺寸相当的热风炉B(卡鲁金式)进行了节能热诊断测试和热工过程定量分析比较,对两座高炉热风炉的热量流向和热效率及热能分布情况进行了定量诊断。诊断结果表明,应用高发射率涂层后,有覆层的热风炉比没有覆层的热风炉平均热风温度提高23℃,有效热量利用提高3.89,平均烟气温度降低24℃,热量损失减少2.71,热效率提高4.62。关键词高炉热风炉,高发射率,高辐射覆层技术1、引言高辐射覆层技术是利用山东慧敏科技开发有限公司经过长期试验研究开发的高辐射率节能涂料,将其涂覆在格子砖的表面,使蓄热和放热主体格子砖的表面具有很强的吸收高温烟气辐射热(燃烧期)和释放格子砖蓄热量的能力(送风期),使更多的燃烧期烟气热量被格子砖吸收和送风期格子砖能向空气传输更多的热量,提高了高炉风温,薄薄的一层高辐射节能材料双向强化了燃烧期和送风期的传热效果。高辐射覆层技术应用在高炉热风炉蓄热室内,涂覆在蓄热室900℃以上高温段硅质格子砖表面,达到了格子砖高吸收、高辐射、高蓄热、高放热的理想效果。高辐射覆层通过强化辐射换热,提高了格子砖表面温度,增加了格子砖内外温度梯度,使格子砖升温期吸热速度和吸热量增加,送风期放热速度和放热量也增加了,从而提高热风温度。为定量掌握鞍钢高炉热风炉在蓄热室格子砖涂覆高发射率涂层后的热量使用情况和热效率变化情况,评价热风炉的热工特性,揭示高发射率涂层的应用效果,北京科技大学对涂有节能涂料的鞍钢新5高炉热风炉A(卡鲁金式)和未涂节能涂料炉型相同,尺寸相当的热风炉B(卡鲁金式)进行了热诊断测试和定量分析,通过对比分析覆层的节能效果。2、热诊断的对象涂有高发射率节能涂料的鞍钢新5高炉热风炉(卡鲁金式)为A、未涂节能涂料的炉型相同、尺寸相当的高炉热风炉(卡鲁金式)为B。3、热诊断的内容及主要数据(1)测试记录数据包括煤气成分、煤气耗量煤气温度、压力助燃空气温度、压力、流量冷风温度、压力、流量热风温度、压力烟气温度(2)煤气数据均来源于工厂,A煤气数据为A厂提供的九组数据的平均值,B厂为测试当时煤气数据,烟气成分采用VarioPlus工业气体连续分析仪现场测定(3)测试数据表中均为现场多次测试的平均值(4)热风炉尺寸主要指蓄热室外形尺寸。2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集表3.1当天气象参数项目地点大气温度℃风速m/s天气状况A6﹤5阴B14﹤5晴表3.2煤气成份()成份COCO2H2CH4O2N2备注A含量23.718.91.955.5未提供CH4、O2,热值平均3190.00KJ/m3B含量23.519.11.60.30.155.4表3.3烟气成分测试数据()项目O2CO2CONONOXSO2C3H8A0.5826.71.570.00070.000700.0081B4.0025.60.01880.00090.000900.0079表3.4测试周期内热风炉燃烧期参数测试煤气助燃空气温度压力流量总含水量温度流量压力℃KPam3/h℃m3/hKPaA19089120052855925014B13415851205173565406表3.5测试周期内热风炉送风期参数测试冷风热风烟气温度℃压力KPa流量m3/min混风前温度/℃压力KPa温度/℃A17336147411210351283B203400489511873933072011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集表3.6热风炉炉体温度数据部位段别散热表面积(m2)1点(℃)2点(℃)3点(℃)平均(℃)环境温度(℃)A蓄热室第一段第二段第三段第四段第五段159.73159.73159.73159.73159.7339312116154338313228433836322642363027236情况描述围绕热风炉每120°为一测试点,其中测试1点为迎风面。B蓄热室第一段第二段第三段第四段第五段155.82155.82155.82155.82155.82615749434059575146436254484542615650454214情况描述围绕热风炉每120°为一测试点,其中测试2点为向阳面。表3.7热风炉外形尺寸形状直径(m)高度(m)A蓄热室圆柱10.3924.48B蓄热室圆柱10.3923.88表3.8热风炉工况送风制度燃烧时间送风时间换炉时间A热风炉两烧一送85min50min15minB热风炉两烧一送88min43min10min4、热诊断的数据处理4.1基础参数的计算(1)高炉煤气湿成分的换算由于高炉煤气在湿法除尘后都含水,而含水量影响煤气发热值以及理论燃烧温度,应该在计算中选取煤气的湿成分进行计算。本次热平衡计算根据经验取煤气含水蒸气量为5(相当于40g/m3煤气),高炉煤气湿成分换算后列于表4.1、表4.2中。表4.1A煤气湿成分A煤气成分COCO2H2CH4N2∑干煤气成分Zg()23.718.91.955.5100.0换算后的湿煤气成分Zs()22.518.01.852.795.0表4.2B煤气湿成分B煤气成分COCO2H2CH4N2∑换算后的干煤气成分Zg()23.619.21.60.355.3100.0换算后的湿煤气成分Zs()22.418.21.50.352.6952011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集(2)燃料的低发热值DWQ42358.81CH107.85H126.36CODWQ(4.1)热风炉使用的气体燃料,根据煤气的成分以及可燃成分的热效应,计算出煤气的低位发热值DWQ列于表4.3中表4.3燃料的低发热值A炉煤气(KJ/m3)B炉煤气(KJ/m3)DWQ3190.003099.88(3)实际烟气生成量gokosnLgVV100124.01(4.2)①理论干空气量goLs4ss20.0952CHCO0.0238HgoL(4.3)表4.4理论干空气量AB理论干空气量goL0.57830.5974②理论烟气生成量oVgos2s2s2s2s4s0.79LOHNHCO3CHCO0.01oV(4.4)表4.5理论烟气生成量AB理论烟气生成量oV1.45681.4779③空气系数ssnmsssgggsgggggmSHHCCHCOCOCHCORONNCH2H5.0CO5.0O7921212424222422(4.5)表4.6空气系数AB空气系数0.981.08oVDWQgoL2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集④干空气含水量kg按照环境温度,查得kg(如表4.7)表4.7干空气含水量kgA(6℃)B(14℃)干空气含水量kgg/m37.4812.9由以上四步及公式(4.2)得到表4.8实际烟气生成量snVAB实际烟气生成量snV1.45051.5360(1)烟气湿成分sZ换算2100OH100gssZZ(4.6)式中sngoksssnmsssVbLgn00124.0OHSHHC5.0HCH201.0OH22242(4.7)式(4.7)中,b为烟气不完全燃烧时烟气的修正系数,采用公式(4.8.1)和(4.8.2)计算当≥1时2H5.0CO5.0100100ggb(4.8.1)当<1时242762.452.988.188.1100100ggggOCHHCOb4.8.2换算后烟气湿成分列表表4.9烟气湿成分()项目O2CO2CONONOXSO2C3H8N2H2OA0.5826.71.570.00070.000700.008171.08350.057B3.997925.60.01880.00090.000900.007970.33940.0534.2热收入项目(1)燃料的化学热量1QDWQBQ14.92011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集式(4.9)中煤气的低位发热值DWQ。煤气用量B由测定周期内一座热风炉的煤气量与风量之比求出。ffrmVVB(4.10)式(2)中r及f为一座热风炉的燃烧期及送风期的时间mV为一座热风炉的平均煤气流量fV为一座热风炉的实际热风流量,11fffflVBV()式()中1fV为冷风测点处测得的平均冷风流量fB为被测热风炉的风量综合校正系数,本处选1fl为被测热风炉系统的漏风率,本处取为0。计算得到煤气用量B列于表4.10中表4.10煤气用量BA炉煤气用量B炉煤气用量煤气用量B0.540.59根据公式(4.9)得到燃料的化学热量1Q列于表4.11中表4.11化学热量1QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)化学热量1Q1722.601828.93(2)燃料的物理热量2Q2cmcmmtctcBQ(4.11)式中mt为煤气的平均温度ct为平均环境温度mc和mcc分别为煤气在0mt及ct间的平均比热。表4.12燃料的物理热量2QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)燃料的物理热量2Q139.8899.972011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集(3)助燃空气的物理热量3Q3ekekksotctcLBQ(4.12)其中00124.01kgosogLL()式中goL为理论干空气量kg为干空气含水量kt为助燃空气的平均温度ket为平均环境温度kc和kec分别为空气在0kt及ket间的平均比热。表4.13助燃空气的物理热量3QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)助燃空气的物理热量3Q114.6380.76(4)冷风带入的热量4QfefefftctcQ114(4.13)式中1ft为冷风的平均温度fet为平均环境温度1fc和fec分别为空气在01ft及fet间的平均比热。表4.14冷风带入的热量4QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)冷风带入的热量4Q220.16248.35(5)收入热量总和Q4321QQQQQ(4.14)表4.15收入热量总和Q2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集A炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)收入热量总和Q2197.272258.014.3热支出项目(1)热风带出的热量1QefefftctcQ221(4.15)式中2ft为热风的平均温度et为平均环境温度2fc和fec分别为空气在01ft及fet间的平均比热。表4.16热风带出的热量1QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)热风带出的热量1Q1750.331710.83(2)烟气带出的物理热量2Q是热风炉最主要的热损失222eyeyysntctcBbVQ(4.16)式中2yt为烟气的平均温度et为平均环境温度2yc和fec分别为烟气在02yt及et间的平均比热。表4.17烟气带出的物理热量2QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)烟气带出的物理热量2Q313.24383.27(3)化学不完全燃烧损失的热量3Q是烟气中未燃烧的气体可燃物随烟气排走而损失的热量HC81.931CH81.358H85.107CO36.12683423sssssnBbVQ(4.17)表4.18化学不完全燃烧损失热量3QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)化学不完全燃烧损失热量3Q150.419.502011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集(4)煤气中机械水吸收的热量4Q3122410244.1mqyqmjtctcBgQ(4.18)表4.19煤气中机械水吸收的热量4QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)煤气中机械水吸收的热量4Q7.7216.24(5)炉体表面散热量5QiiffAqVQ5(4.19)式中iq为某部分炉体的表面热流。iq,可用iKt代替。表4.20炉体表面散热量A炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)炉体表面散热量5Q13.1226.23(6)热诊断差值Q54321QQQQQQQ(4.20)表4.21热诊断差值QA炉(KJ/m3)B炉(KJ/m3)热诊断差值Q37.55111.944.4热诊断根据上述的计算过程进行热风炉系统的热诊断计算。在进行热诊断前应先核算相对误差,根据公式4.21计算相对误差。热平衡允许的相对差值规定为±5。100QQ(4.21)A炉100QQ10027.219755.371.715Q

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