高導熱硅磚應(yīng)用在焦爐上節(jié)能減排效果顯著

焦爐是焦炭生產(chǎn)的主要設(shè)備，砌筑焦爐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，硅磚是己知的焦爐炭化室爐墻最合適的耐火材料。

焦爐的節(jié)能有兩種措施：

1) 減薄炭化室爐墻厚度。因炭化室爐墻是強度比較薄弱的部位，同時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率。

焦爐燃燒室的熱量通過硅磚砌筑的爐墻傳導到炭化室中，在相同觸煤面積、相同時間、燃燒室溫度不變的情況下，高導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，排放到大氣中的NOX氣體必然會減少。因此，高導熱硅磚在節(jié)能的同時也起到了環(huán)保的作用.

1高導熱硅磚的理化性能及顯微結(jié)構(gòu)

1.1理化性能

表1示出了高導熱硅磚與普通硅磚的理化性能。由表1可以看出，高導熱硅磚的熱導率較普通硅磚的高。而其他性能指標與普通焦爐硅磚的基本一致。因此，高導熱硅磚完全可以替代傳統(tǒng)的焦爐硅磚而達到低碳、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，氣孔簇團局部集中情況突出。高導熱硅磚內(nèi)部孔隙分布相對均勻，且孔徑較小。

熱量通過材料實體和孔隙兩部分進行傳遞。相對而言，固體的熱導率要比氣體的高。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，則導熱能力越強。所以，結(jié)構(gòu)較為均勻致密的高導熱硅磚比普通硅磚的熱導率高。

2燃燒室內(nèi)火焰溫度下降的計算

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

或中，Q為單位時間通過一定面積的熱量，J;λ為熱導率，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。

當普通硅磚的熱導率為1.90W.m-1.K-1時，假設(shè)燃燒室火道的溫度為1320℃，炭化室的溫度為1100℃，其單位時間內(nèi)通過一定面積的熱量Q=(1.9/δ)*(1320-1100)A.

由此可知，高導熱硅磚的使用從理論上確實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高導熱硅磚的實際應(yīng)用效果

在寶鋼7m新型焦爐中進行實際應(yīng)用顯示：使用高導熱硅磚的焦爐，焦餅中心脫水時間約10h;使用普通硅磚時脫水時間約12h;在結(jié)焦中后期，高導熱硅磚焦爐焦餅中心溫度的升溫速率高于普通硅磚焦爐的，說明高導熱硅磚傳熱速度比普通硅磚的快，導熱性能具有優(yōu)勢。表2為寶鋼一期、四期焦爐在炭化時間、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，使用高導熱硅磚的一期焦爐與使用普通硅磚的四期焦爐相比，煉焦耗熱量相近，但高導熱硅磚焦爐的直行溫度較普通硅磚的高11℃，火落時間較普通硅磚焦爐的縮短了0.4h，因此，高導熱硅磚焦爐燃燒室具有較大的降溫空間。如果高導熱硅磚焦爐爐溫降低到與傳統(tǒng)焦爐爐溫一致時，耗熱量可降低7%。按照結(jié)焦時間22h，年生產(chǎn)時間8760h計算，高導熱硅磚在4座50孔的焦爐上使用后每年可節(jié)約1.24億m3的混合煤氣，折合標煤20682t，節(jié)能效果顯著。

按照每燃燒1t標煤排放7kg氮氧化物計算，一座采用高導熱硅磚砌筑的年產(chǎn)247萬t焦炭的焦爐與普通硅磚砌筑的焦爐相比，每年可減少氮氧化物排放430，減排效果顯著。

4結(jié)語

高導熱硅磚不但具備普通焦爐硅磚的優(yōu)點，還在此基礎(chǔ)上進一步突出了高導熱特性。高導熱硅磚的使用，減少了焦爐的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，是未來焦爐用耐火材料新的技術(shù)方向。