热风炉热平衡测试数据表

1、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 250100；2. 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083；3. 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

2、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

3、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

4、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Vario Plus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

5、）热风炉尺寸主要指蓄热室外形尺寸。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A65阴B145晴表3.2 煤气成份（%）成份COCO2H2CH4O2N2备注A含量23.718.91.9-55.5未提供CH4、O2，热值平均3190.00 KJ/ 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

6、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/A17336147411210351283B20340048951187393307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

7、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

8、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4.1 A煤气湿成分A煤气成分COCO2H2CH4N2干煤气成分Zg（%）23.718.91.9-55.5100.0换算后的湿煤气成分Zs（%）22.518.01.8-52.795.0表4.2 B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

9、的湿煤气成分Zs（%）22.418.21.50.352.695（2）燃料的低发热值（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）3190.003099.88（3）实际烟气生成量 （4.2） 理论干空气量 （4.3）表4.4 理论干空气量AB理论干空气量0.57830.5974 理论烟气生成量 （4.4）表4.5 理论烟气生成量AB理论烟气生成量1.45681.4779 空气系数（4.5）表4.6 空气系数AB空气系数0.981.08 干空气含水量按照环境温度，查得

10、：（如表4.7）表4.7 干空气含水量A（6）B（14）干空气含水量(g/m3)7.4812.9由以上四步及公式（4.2）得到：表4.8 实际烟气生成量AB实际烟气生成量1.45051.5360（1） 烟气湿成分换算（4.6）式中：（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（）和（）计算：当1时：（）当1时： ()换算后烟气湿成分列表：表4.9 烟气湿成分（%）项目O2CO2CONONOXSO2C3H8N2H2OA0.5826.71.570.00070.000700.008171.08350.057B3.997925.60.01880.00090.000900.00

11、7970.33940.0534.2 热收入项目（1）燃料的化学热量：(4.9) 式（4.9）中：煤气的低位发热值。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。 （4.10）式（2）中：及为一座热风炉的燃烧期及送风期的时间；为一座热风炉的平均煤气流量；为一座热风炉的实际热风流量，（*）式（*）中：为冷风测点处测得的平均冷风流量；为被测热风炉的风量综合校正系数，本处选1；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列于表4.11中：表4.11 化学热

12、量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）化学热量1722.601828.93（2）燃料的物理热量：（4.11）式中：为煤气的平均温度；为平均环境温度；和分别为煤气在0及间的平均比热。表4.12 燃料的物理热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）燃料的物理热量139.8899.97（3）助燃空气的物理热量：（4.12）其中：（*）式中：为理论干空气量；为干空气含水量；为助燃空气的平均温度；为平均环境温度；和分别为空气在0及间的平均比热。表4.13 助燃空气的物理热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）助燃空气的物理热量114.6380.76（4）冷风带入的热量：（4.13）式中：为冷风

13、的平均温度；为平均环境温度；和分别为空气在0及间的平均比热。表4.14 冷风带入的热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）冷风带入的热量220.16248.35（5）收入热量总和：（4.14）表4.15 收入热量总和A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）收入热量总和2197.272258.014.3 热支出项目（1）热风带出的热量：（4.15）式中：为热风的平均温度；为平均环境温度；和分别为空气在0及间的平均比热。表4.16 热风带出的热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）热风带出的热量1750.331710.83（2）烟气带出的物理热量是热风炉最主要的热损失：（4.16）式中：为

14、烟气的平均温度；为平均环境温度；和分别为烟气在0及间的平均比热。表4.17 烟气带出的物理热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）烟气带出的物理热量313.24383.27（3）化学不完全燃烧损失的热量是烟气中未燃烧的气体可燃物随烟气排走而损失的热量：（4.17）表4.18 化学不完全燃烧损失热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）化学不完全燃烧损失热量150.419.50（4）煤气中机械水吸收的热量：（4.18）表4.19 煤气中机械水吸收的热量A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）煤气中机械水吸收的热量7.7216.24（5）炉体表面散热量：（4.19）式中：为某部分炉体的表面热

15、流。，可用代替。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13.1226.23（6）热诊断差值：（4.20）表4.21 热诊断差值A炉（KJ/ m3）B炉（KJ/ m3）热诊断差值-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%。（4.21）A炉：= 1.71%B炉：= 4.96%可以看出，两座热风炉热平衡计算的相对误差均小于5%，计算结果有效。表4.22为热诊断表。4.5 热风炉系统热效率热效率有两种表征，不包含

16、管路及炉体散热等热损失的本体热效率及包含热损失的。其计算公式分别为式（4.22）和（4.23），本例计算热风炉系统热效率，计算结果见表4.23。（4.22）（4.23）表4.22 热诊断收入热量支出热量符号项目KJ/m3%符号项目KJ/m3%燃料的化学热量1722.601828.9378.4079.99热风带出热量1750.331710.8379.6675.77燃料的物理热量139.8899.976.374.43烟气带出的物理热量313.24383.2714.2616.97助燃空气的物理热量114.6380.765.223.58化学不完全燃烧损失热量150.419.506.840.42冷风带入

17、热量220.16248.3510.0111.00煤气机械水吸收热量7.7216.240.350.72炉体表面散热量13.1226.230.601.16热平衡差值-37.55111.94-1.714.96总收入热量2197.272258.01100.00100.00总支出热量2197.272258.01100.00100.00注：粗体为A炉数据。表4.23 热风炉系统热效率A炉B炉热风炉系统热效率，%77.3972.774、 热诊断的结果分析从表4.22中，使用节能涂料的A热风炉与未涂节能材料的B热风炉比较，热风带出的热量由75.77%提高到79.66%，烟气带出的热量从16.97%下降到14.

18、26%，热量分配更合理，有效利用的热量增加，热量损失减少。比较表4.23中数据，涂有节能材料的A炉系统热效率为77.39%，未涂节能涂料的B炉系统热效率为72.77%。A炉热效率高出B炉4.62%。（1）热风温度提高在本次热平衡测定中，涂有节能材料的A热风炉的热风平均温度（这里指混风前温度）为1210，未涂节能材料的B热风炉的热风平均温度为1187。涂覆节能涂料的A炉比未涂覆涂料的B炉风温有明显的增加，提高了23；由于热风温度的升高，使得热风带出热量在整个炉体的热量支出中的比例大幅度提高，从75.77%提高到79.66%，提高了3.89%，使得有效热量的利用率有较大幅度的增加。（2）烟气温度降低在本次热平衡测定中，A热风炉的烟气平均温度为283，B热风炉的烟气平均温度为307，A炉比B炉烟气温度平均降低24；涂覆节能涂料后，由烟气带走的物理热量由16.97%降低至14.26%，使得热量损失降低了2.71%。说明节能涂料加强了蓄热体的蓄热能力，提高了蓄热体在燃烧期的蓄热量，使得烟气温度降低。5、结论（1）涂有节能覆层的鞍钢新5#高炉热风炉A的热风温度比未涂节能覆层的炉型相同，尺寸相当的高炉热风炉B的平均风温高23，有效热量利用率提高3.89%。（2）涂