高導(dǎo)熱硅磚應(yīng)用在焦?fàn)t上節(jié)能減排效果顯著

焦?fàn)t是焦炭生產(chǎn)的主要設(shè)備，砌筑焦?fàn)t所用的耐火材料以硅磚為主，約占全部耐火材料總量的70%。目前，硅磚是己知的焦?fàn)t炭化室爐墻最合適的耐火材料。

焦?fàn)t的節(jié)能有兩種措施：

1) 減薄炭化室爐墻厚度。因炭化室爐墻是強(qiáng)度比較薄弱的部位，同時(shí)爐墻本身也有蓄熱作用，所以一般不采用此方法。

2)提高炭化室爐墻用硅磚的熱導(dǎo)率。

焦?fàn)t燃燒室的熱量通過(guò)硅磚砌筑的爐墻傳導(dǎo)到炭化室中，在相同觸煤面積、相同時(shí)間、燃燒室溫度不變的情況下，高導(dǎo)熱硅磚傳遞的熱量比普通硅磚的要多。所以，在保證炭化室內(nèi)溫度不變的情況下，用高導(dǎo)熱硅磚砌筑的燃燒室內(nèi)的火焰溫度可以更低一些，那么所需的燃料量必然降低，起到了節(jié)約能源的作用;同時(shí)，排放到大氣中的NOX氣體必然會(huì)減少。因此，高導(dǎo)熱硅磚在節(jié)能的同時(shí)也起到了環(huán)保的作用.

1高導(dǎo)熱硅磚的理化性能及顯微結(jié)構(gòu)

1.1理化性能

表1示出了高導(dǎo)熱硅磚與普通硅磚的理化性能。由表1可以看出，高導(dǎo)熱硅磚的熱導(dǎo)率較普通硅磚的高。而其他性能指標(biāo)與普通焦?fàn)t硅磚的基本一致。因此，高導(dǎo)熱硅磚完全可以替代傳統(tǒng)的焦?fàn)t硅磚而達(dá)到低碳、節(jié)能的目的。

1.2顯微結(jié)構(gòu)

圖1為所取磚樣的顯微結(jié)構(gòu)照片。由圖1可知，普通硅磚內(nèi)部孔隙分布不均勻，氣孔簇團(tuán)局部集中情況突出。高導(dǎo)熱硅磚內(nèi)部孔隙分布相對(duì)均勻，且孔徑較小。

熱量通過(guò)材料實(shí)體和孔隙兩部分進(jìn)行傳遞。相對(duì)而言，固體的熱導(dǎo)率要比氣體的高。在一定溫度下，相同材質(zhì)的耐火材料，其顯氣孔率越小，材料越致密，則導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。所以，結(jié)構(gòu)較為均勻致密的高導(dǎo)熱硅磚比普通硅磚的熱導(dǎo)率高。

2燃燒室內(nèi)火焰溫度下降的計(jì)算

為了計(jì)算方便，假設(shè)焦側(cè)與機(jī)側(cè)的溫度相等，忽略了因爐頭散熱對(duì)炭化室溫度的影響。由于爐墻長(zhǎng)度與高度遠(yuǎn)大于厚度，所以燃燒室內(nèi)各火道向炭化室內(nèi)傳遞熱量的過(guò)程可近似為平壁穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱。

或中，Q為單位時(shí)間通過(guò)一定面積的熱量，J;λ為熱導(dǎo)率，δ為爐墻厚度，ι1為燃燒室火道溫度，ι2為炭化室溫度;A為角煤面面積。

當(dāng)普通硅磚的熱導(dǎo)率為1.90W.m-1.K-1時(shí)，假設(shè)燃燒室火道的溫度為1320℃，炭化室的溫度為1100℃，其單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一定面積的熱量Q=(1.9/δ)*(1320-1100)A.

由此可知，高導(dǎo)熱硅磚的使用從理論上確實(shí)可以降低燃燒室火焰的溫度，有利于降低燃料消耗，從而起到節(jié)能減排的效果。

3高導(dǎo)熱硅磚的實(shí)際應(yīng)用效果

在寶鋼7m新型焦?fàn)t中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用顯示：使用高導(dǎo)熱硅磚的焦?fàn)t，焦餅中心脫水時(shí)間約10h;使用普通硅磚時(shí)脫水時(shí)間約12h;在結(jié)焦中后期，高導(dǎo)熱硅磚焦?fàn)t焦餅中心溫度的升溫速率高于普通硅磚焦?fàn)t的，說(shuō)明高導(dǎo)熱硅磚傳熱速度比普通硅磚的快，導(dǎo)熱性能具有優(yōu)勢(shì)。表2為寶鋼一期、四期焦?fàn)t在炭化時(shí)間、裝入煤水分、裝煤量和加熱方式相近情況下的比較。

從表2可以看出：在相同的工況條件下，使用高導(dǎo)熱硅磚的一期焦?fàn)t與使用普通硅磚的四期焦?fàn)t相比，煉焦耗熱量相近，但高導(dǎo)熱硅磚焦?fàn)t的直行溫度較普通硅磚的高11℃，火落時(shí)間較普通硅磚焦?fàn)t的縮短了0.4h，因此，高導(dǎo)熱硅磚焦?fàn)t燃燒室具有較大的降溫空間。如果高導(dǎo)熱硅磚焦?fàn)t爐溫降低到與傳統(tǒng)焦?fàn)t爐溫一致時(shí)，耗熱量可降低7%。按照結(jié)焦時(shí)間22h，年生產(chǎn)時(shí)間8760h計(jì)算，高導(dǎo)熱硅磚在4座50孔的焦?fàn)t上使用后每年可節(jié)約1.24億m3的混合煤氣，折合標(biāo)煤20682t，節(jié)能效果顯著。

按照每燃燒1t標(biāo)煤排放7kg氮氧化物計(jì)算，一座采用高導(dǎo)熱硅磚砌筑的年產(chǎn)247萬(wàn)t焦炭的焦?fàn)t與普通硅磚砌筑的焦?fàn)t相比，每年可減少氮氧化物排放430，減排效果顯著。

4結(jié)語(yǔ)

高導(dǎo)熱硅磚不但具備普通焦?fàn)t硅磚的優(yōu)點(diǎn)，還在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步突出了高導(dǎo)熱特性。高導(dǎo)熱硅磚的使用，減少了焦?fàn)t的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是未來(lái)焦?fàn)t用耐火材料新的技術(shù)方向。