提升焦爐燃燒過程中的傳熱效率。以燃燒室立(li)火道溫(wen)度為(wei)1300℃、焦炭在(zai)推焦時(shi)刻焦餅(bing)中心溫度為1050℃、7米焦爐爐墻厚度為95mm、傳統硅(gui)磚導(dao)熱率為(wei)1.9W·m·k-1, 高導(dao)熱硅磚導(dao)熱率為2.4W·m·k-1為(wei)條(tiao)件(jian), 計(ji)算(suan)兩種硅(gui)磚(zhuan)情(qing)況下(xia)單位面積爐(lu)墻熱(re)(re)流(liu)。根據計(ji)算(suan)可知,在爐(lu)墻結(jie)構一(yi)定的(de)條(tiao)件(jian)下(xia),燃燒室(shi)(shi)火(huo)焰到炭(tan)化(hua)室(shi)(shi)爐(lu)墻的(de)傳熱(re)(re)過程中,硅(gui)磚(zhuan)的(de)導熱(re)(re)性能是傳熱(re)(re)的(de)“瓶頸(jing)”,傳熱(re)(re)系數(shu)的(de)大小,決定了(le)最(zui)終的(de)熱(re)(re)流(liu)量。由于提高(gao)了(le)單位時間(jian)的(de)熱(re)(re)流(liu)量,提高(gao)了(le)傳熱(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv),也提高(gao)了(le)熱(re)(re)利用率(lv),單位體(ti)積的(de)煤氣燃燒放出(chu)的(de)熱(re)(re)量能夠(gou)更(geng)加(jia)有效(xiao)(xiao)地傳遞到炭(tan)化(hua)室(shi)(shi)。
研究顯示,高導(dao)熱硅(gui)磚焦爐焦餅(bing)中心(xin)脫水(shui)時(shi)間在10小時(shi)左右,傳統硅磚焦爐(lu)在12小時左右,高(gao)導熱硅磚焦(jiao)爐脫水時間較傳統焦(jiao)爐縮短(duan)2小時;在結(jie)焦(jiao)(jiao)中后(hou)期,高導熱(re)硅磚焦(jiao)(jiao)爐焦(jiao)(jiao)餅中心溫度升溫速率高于傳統(tong)硅磚焦(jiao)(jiao)爐焦(jiao)(jiao)餅中心溫度升溫速率,說明高導熱硅磚傳熱速度比傳統硅磚快,導熱性能具有優勢。
在相同的工況下,使用高導熱硅磚的一期焦爐與使用傳統硅磚的四期焦爐相比,煉焦耗熱量(含水7%)相近,但高導硅磚焦爐的直行溫度較傳統焦爐直行溫度高11℃,火落時間較傳統焦爐縮短了0.4小時,高導熱硅磚焦爐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焦爐爐溫一致,耗熱量(含水7%)可降低7%。按照結焦時間22小時、年生產時間8760小時計算,50孔x4的高導熱硅磚焦爐較傳統硅磚焦爐每年可節約1.24億立方米的混合煤氣,折合標煤20682噸,節能效果顯著。
降低燃燒過程氮氧化物排放。有關研究表明,焦爐燃燒過程中生成氮氧化物的形成機理有3種類型:溫度熱力型NO、碳氫燃料快速型NO、含N組分燃料型NO,前兩種合稱溫度型NO。焦爐燃燒過程中生成的NO,主要是溫度熱力型的,用含N組分的焦爐煤氣加熱,其生成的NO量所占比例最多不超過5%,而用貧煤氣加熱,則全部是溫度熱力型的NO。
焦爐廢氣中氮氧化物濃度與焦爐燃燒室火道溫度有關(實際是與燃料燃燒溫度有關)。當火道溫度為1200℃~1250℃時,焦爐廢氣中氮氧化物濃度不明顯, 溫度高于1300C時,NOx明顯增加。當火道溫度由1300℃升至1350℃時,溫度±10℃, 則以NO 2計的NOx為±30mg/m3.因此,在保證炭化室內溫度不變的情況下,用高導熱硅磚砌筑的燃燒室內的火焰溫度可以更低一些;降低火道溫度,有利于降低NOx濃度。表3為高導熱硅磚焦爐立火道溫度與煙氣NOx濃度變化關系。
在結焦時(shi)間相同(tong)的條件下,適當降(jiang)低燃燒室火道溫度,有利(li)于降(jiang)低NOx的排放(fang)。對比不同開工(gong)率條件下,高(gao)導(dao)熱硅(gui)磚焦(jiao)(jiao)爐(lu)與傳(chuan)統焦(jiao)(jiao)爐(lu)的氮氧(yang)化物(wu)排放(fang)濃度(du)可見:隨著(zhu)開工(gong)率上開, 高(gao)導(dao)熱硅(gui)磚焦(jiao)(jiao)爐(lu)與傳(chuan)統焦(jiao)(jiao)爐(lu)NOx排(pai)放(fang)濃度也上(shang)升;在高開工率下,高導熱硅磚焦爐NOx排(pai)放低(di)于(yu)傳統硅磚焦(jiao)爐。按照每燃燒1噸標煤(mei)排放7千克當(dang)氧(yang)化物計算,一座(zuo)年產247萬噸焦炭的(de)高(gao)導熱硅磚(zhuan)焦爐與(yu)傳(chuan)統硅磚(zhuan)焦爐相比(bi),每年可減少氮氧化(hua)物排放(fang)430噸,減排效果顯著。
綜上所述,高導熱硅磚全部繼承了傳統焦爐硅磚的優點,在此基礎上進一步突出了高導熱的特性。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,具有可觀的經濟效益和社會效益, 是未來焦爐使用耐材新的技術方向。