高導熱硅磚應用在焦爐上節能減排效果顯著

焦爐是焦炭生產的主要設備，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，那么所需的燃料量必然降低，起到了節約能源的作用;同時，排放到大氣中的NOX氣體必然會減少。因此，高導熱硅磚在節能的同時也起到了環保的作用.

1高導熱硅磚的理化性能及顯微結構

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的焦爐硅磚而達到低碳、節能的目的。

1.2顯微結構

圖1為所取磚樣的顯微結構照片。由圖1可知，普通硅磚內部孔隙分布不均勻，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，結構較為均勻致密的高導熱硅磚比普通硅磚的熱導率高。

2燃燒室內火焰溫度下降的計算

為了計算方便，假設焦側與機側的溫度相等，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，所以燃燒室內各火道向炭化室內傳遞熱量的過程可近似為平壁穩態一維導熱。

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，假設燃燒室火道的溫度為1320℃，炭化室的溫度為1100℃，其單位時間內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，從而起到節能減排的效果。

3高導熱硅磚的實際應用效果

在寶鋼7m新型焦爐中進行實際應用顯示：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焦爐爐溫一致時，耗熱量可降低7%。按照結焦時間22h，年生產時間8760h計算，高導熱硅磚在4座50孔的焦爐上使用后每年可節約1.24億m3的混合煤氣，折合標煤20682t，節能效果顯著。

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結語

高導熱硅磚不但具備普通焦爐硅磚的優點，還在此基礎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，具有可觀的經濟效益和社會效益，是未來焦爐用耐火材料新的技術方向。