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高輻射覆層技術(shù)的應(yīng)用及考核指標(biāo)

發(fā)布時(shí)間：2017-12-07 發(fā)布人：admin

高輻射覆層技術(shù)是通過在蓄熱體表面涂覆一層具有高發(fā)射率的高溫紅外節(jié)能涂料，強(qiáng)化蓄熱體的熱交換能力，使蓄熱體在燃燒期吸熱速度提高和蓄熱量增加，在送風(fēng)期放出更多的熱量。同時(shí)，高溫紅外節(jié)能涂料可改善耐材的理化性能，降低熱震和熱應(yīng)力對耐材的損傷，從而延長其使用壽命。

1高輻射覆層技術(shù)原理

根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼熱力學(xué)定律： E = e0 C 0T 4 ，輻射能 E 與物質(zhì)的黑度（發(fā)射率）ε0 以及溫度 T 的 4 次方成正比。在相同溫度條件下，物質(zhì)的黑度 ε0 決定著輻射能 E 的大小，所以提高物質(zhì)的黑度 ε0 對于提高輻射換熱效率具有重要意義。而物體的黑度是由其材料表面決定的。所以，耐材表面發(fā)射率是決定輻射傳熱效率的核心因素。

高輻射覆層技術(shù)通過在耐材基體表面涂覆一層高發(fā)射率的材料，形成厚度約 0.3mm 的均勻覆層，提高基體表面發(fā)射率。根據(jù)基爾霍夫定律，材料的吸收率（又稱黑度）與發(fā)射率相等。當(dāng)基體表面的發(fā)射率提高后，它吸收熱量的能力也相應(yīng)提高。所以，高輻射覆層技術(shù)顯著提高了耐材基體的熱吸收和輻射能力。

高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用于高爐熱風(fēng)爐，可強(qiáng)化其輻射換熱，提高格子磚蓄熱能力，使格子磚在燃燒期吸熱速度和吸熱量增加，在送風(fēng)期放出更多的熱量。

2國內(nèi)外應(yīng)用方面取得新進(jìn)展

2005 年應(yīng)用以來，高輻射覆層技術(shù)已在國內(nèi)寶鋼湛江、首鋼京唐、鞍鋼等 70 余家鋼鐵企業(yè)和國外 ArcelorMittal 的兩家鋼鐵公司、浦項(xiàng)制鐵公司的近 500 座高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t上應(yīng)用。應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，熱風(fēng)爐可提高蓄熱量 10％以上，同等條件下或降低煤氣消耗 5%以上，或延長送風(fēng)時(shí)間 5%以上，或提高風(fēng)溫 10℃以上，核算噸鐵效益 3 元左右；焦?fàn)t降低煤氣消耗 3%以上，同時(shí)減少漏氣率，縮短結(jié)焦時(shí)間，提高焦炭質(zhì)量。

2.1 寶鋼湛江鋼鐵公司3號(hào)5050m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2015 年，寶鋼湛江項(xiàng)目 2 號(hào) 5050m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)。2017 年 1 月~3 月生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示：與未應(yīng)用技術(shù)、同樣配置的 1 號(hào)高爐熱風(fēng)爐相比較，2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐噸鐵煤氣消耗量和單位煤氣消耗量分別降低 6.08% 和 5.37%，廢氣平均溫度降低 7.23℃，熱效率提高；運(yùn)行更平穩(wěn)，風(fēng)溫波動(dòng)小；各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有改善。

2.2 韓國浦項(xiàng)制鐵公司3號(hào)5050m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

浦項(xiàng)制鐵公司 3 號(hào)高爐檢修，高爐容積由 4350m3 增至 5600m3，熱風(fēng)爐相應(yīng)增加風(fēng)量，這就要求熱風(fēng)爐必須擁有足夠的蓄熱能力，增加輸出熱量，從而保證為高爐提供平穩(wěn)的高風(fēng)溫。浦項(xiàng)制鐵決定在 3 號(hào)高爐 4 座熱風(fēng)爐上采用高輻射覆層技術(shù)，以解決熱風(fēng)爐蓄熱面積不足的難題。2016 年 6 月 3 日，3 號(hào)高爐 4 座熱風(fēng)爐涂覆施工圓滿結(jié)束，并順利通過了竣工驗(yàn)收。這是繼 ArcelorMittal 加拿大 DOFASCO 項(xiàng)目和波蘭 SA 克拉科夫項(xiàng)目之后，高輻射覆層技術(shù)在國際市場推廣應(yīng)用的又一個(gè)里程碑。

2.3 山鋼日照精品基地5100m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2017 年山鋼日照精品基地新建 2 座 5100m3 高爐 8 座熱風(fēng)爐應(yīng)用本技術(shù)，蓄熱量測試提高 14.08%，已完成 1 座高爐 4 座熱風(fēng)爐的施工。

2.4 首鋼曹妃甸2號(hào)5500m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2009 年，首鋼京唐曹妃甸 2 號(hào) 5500m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)。2010 年通過熱平衡診斷測定，2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐比 1 號(hào)高爐熱風(fēng)爐節(jié)約煤氣 7%；2014 年~2015 年的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐比 1 號(hào)高爐熱風(fēng)爐節(jié)約煤氣量達(dá) 7.45%

2.5 沙鋼5800m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2009 年沙鋼 5800 m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)，蓄熱量提高 13.35%。之后沙鋼兩座 1080m³高爐 6 座熱風(fēng)爐和 2500m³高爐新增的熱風(fēng)爐都采用了高輻射覆層技術(shù)，都取得了良好的應(yīng)用效果。

2.6 鞍鋼新5號(hào)高爐熱風(fēng)爐和新10號(hào)高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2008 年新 5 號(hào) 2580m³高爐熱風(fēng)爐采用了高輻射覆層技術(shù)，對比了 2011 年~2014 年的 4 年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，風(fēng)溫平均提高 33℃且運(yùn)行穩(wěn)定。2012 年新 10 號(hào)高爐熱風(fēng)爐再次采用高輻射覆層技術(shù)，對比檢測結(jié)果顯示，風(fēng)溫提高 14.3℃。

2.7 攀鋼西鋼釩3號(hào)1750m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2011 年攀鋼西鋼釩 3 號(hào) 1750m³高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，平均風(fēng)溫提高 14.4℃

2.8 石橫特鋼1080m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2007 年，石橫特鋼 1080m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)，分別于 2008 年和 2014 年進(jìn)行了節(jié)能診斷，平均風(fēng)溫提高 20℃以上，廢氣溫度降低 15℃，運(yùn)行 6 年時(shí)間，節(jié)能效果穩(wěn)定不衰減。

2.9 石鋼高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

石鋼于 2010 年在 1080m³高爐 1 號(hào)和 2 號(hào)熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，3 號(hào)熱風(fēng)爐未應(yīng)用。2016 年 10 月份對高爐系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析，對比 3 號(hào)熱風(fēng)爐，1 號(hào)和 2 號(hào)熱風(fēng)爐單位體積送風(fēng)量所耗煤氣量分別減少 5.08%和 5.47%；同時(shí)熱風(fēng)溫度分別提高 13℃和 11℃。

2.10 濟(jì)鋼1750m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2005 年濟(jì)鋼 2 號(hào) 1750m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，跟蹤檢測十年，始終保持著蓄熱能力增強(qiáng)，蓄放熱速度加快的狀態(tài)。

2.11 日鋼高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2010 年日鋼 5 號(hào)高爐球式熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，達(dá)到了節(jié)約煤氣量 6.91%的效果，隨后在全廠64 座高爐熱風(fēng)爐全部采用，現(xiàn)已累計(jì)應(yīng)用 135 座次，實(shí)現(xiàn)年節(jié)能效益 6000 萬元以上。同時(shí)高輻射覆層可以改善蓄熱球的物理力學(xué)性能，延緩渣化，平均延長蓄熱體的使用壽命一年。

3考核指標(biāo)

高輻射覆層技術(shù)是強(qiáng)化工業(yè)爐窯輻射傳熱的節(jié)能新技術(shù)，對其功效的判定有熱平衡對比測試、工業(yè)數(shù)據(jù)對比和蓄熱量測定幾種方法。前兩種方法因必須有未應(yīng)用該技術(shù)的相同爐況的爐窯作為對比對象，不容易實(shí)現(xiàn)。尤其對于高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)，出于對比的目的，有的熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，有的未應(yīng)用，會(huì)造成操作不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生“短板”現(xiàn)象，為生產(chǎn)帶來不必要的麻煩和損失。

蓄熱量測定的方法解決了這一問題。蓄熱量是定義蓄熱體工作狀況好壞的主要指標(biāo)。高輻射覆層技術(shù)將具有高發(fā)射率的覆層材料涂覆于蓄熱體表面，強(qiáng)化輻射傳熱，提高其蓄放熱能力。經(jīng)多年工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)驗(yàn)證，高輻射覆層蓄熱量測定與爐窯節(jié)能存在明顯的對應(yīng)關(guān)系：蓄熱體蓄熱能力提高率達(dá)到 10% 以上時(shí)，高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t節(jié)能分別達(dá)到 5%和 3%以上。

國家標(biāo)準(zhǔn)《高輻射覆層蓄熱量的測定與計(jì)算方法》規(guī)定了高輻射覆層技術(shù)對于耐材基體蓄熱量改進(jìn)效果的測試方法。按本方法測量的蓄熱量成為鋼鐵企業(yè)簽訂高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目合同時(shí)的考核指標(biāo)。

3.1 方法原理

將同一批次涂高輻射覆層與未涂高輻射覆層的兩塊相同材質(zhì)、相同形狀、相同尺寸的蓄熱體試樣，在同等條件下加熱，再利用量熱器測量和計(jì)算兩個(gè)試樣的蓄熱量，進(jìn)一步得出有覆層試樣比無覆層試樣蓄熱量提高的百分比。

由于不同蓄熱體、不同廠家生產(chǎn)的相同材質(zhì)蓄熱體比熱容值不盡相同，考慮到計(jì)算的易操作性，以水的吸熱量來代替蓄熱體試樣的吸熱量。

3.2 試驗(yàn)方法

（1）用量杯或量筒分別量出 1200mL 水加入兩個(gè)量熱器內(nèi)。兩個(gè)量熱器應(yīng)置于同一環(huán)境中，測出水的初始溫度 tc；

（2）在試驗(yàn)用高溫爐升溫前先標(biāo)定試樣放置位置，試樣放置位置相隔不小于 100mm，應(yīng)與爐后壁平行，左右對稱，并做好標(biāo)記；

（3）將高溫爐的爐溫升至 1200℃，恒溫 15min；

（4）將一對比組的試樣 A（有覆層試樣）和試樣 B（無覆層試樣）按標(biāo)記同時(shí)放入高溫爐內(nèi)，關(guān)閉好爐門后，秒表開始計(jì)時(shí)，加熱時(shí)間為 180s；

（5）加熱 180s 后，將 2 個(gè)試樣同時(shí)取出，并快速分別浸沒于盛水的量熱器中。每隔 60s 分別記錄一次量熱器內(nèi)水的溫度，直到同一個(gè)量熱器三次記錄的水溫相同（溫差絕對值不大于 0.5℃）時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束；

（6）試驗(yàn)分兩次進(jìn)行。兩次試驗(yàn)過程相同，在第二次試驗(yàn)時(shí)兩個(gè)試樣在高溫爐中的擺放位置與第一次試驗(yàn)位置調(diào)換。

3.3 蓄熱量提高效果統(tǒng)計(jì)

表 1 高輻射覆層蓄熱量檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

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4列入國家節(jié)能技術(shù)推廣目錄

2017 年 1 月 19 日，《國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2016 年本，節(jié)能部分）》發(fā)布，高輻射覆層技術(shù)作為重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)在目錄的 119 項(xiàng)。目錄指出：鋼鐵工業(yè)是我國的能耗大戶，其中高爐和焦系統(tǒng)約占全總耗的70%左右，節(jié)能減排潛力巨大。高輻射覆層技術(shù)通過在高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t和加熱爐等蓄熱體的表面涂覆一層發(fā)射率高于基體的覆層，可以提高蓄熱體熱吸收及熱輻射效率，節(jié)約燃料消耗，減少加熱時(shí)間和降低排煙溫度，在高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用實(shí)現(xiàn)噸鐵平均效益 3 元。

國家發(fā)改委 2017 年第 1 號(hào)公告發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》（2016 版），引導(dǎo)全社會(huì)資源投向，涉及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 5 大領(lǐng)域 8 個(gè)產(chǎn)業(yè)(相關(guān)服務(wù)業(yè)單獨(dú)列出)、40 個(gè)重點(diǎn)方向下的 174 個(gè)子方向，近 4000 項(xiàng)細(xì)分產(chǎn)品和服務(wù)。其中高輻射覆層技術(shù)產(chǎn)品所屬功能型涂料位列其中。

5結(jié) 語

高輻射覆層技術(shù)在越來越多的鋼鐵企業(yè)的高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t上得到應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果。高輻射覆層技術(shù)利用高吸收高輻射的技術(shù)優(yōu)勢，提高了耐材基體的吸放熱速率，增加了熱風(fēng)爐蓄熱體在燃燒期的吸熱量和送風(fēng)期的放熱量，提高了其熱轉(zhuǎn)換能力，從而達(dá)到提高送風(fēng)風(fēng)溫、延長送風(fēng)時(shí)間、或節(jié)約煤氣的效果。
轉(zhuǎn)載注明：內(nèi)容轉(zhuǎn)自2017年鋼鐵年會(huì)論文，高輻射覆層技術(shù)是山東慧敏科技開發(fā)有限公司自主研發(fā)擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。