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        濰耐產品在焦爐實際運行應用中的效果跟測實驗及節能依據 高強度漂珠磚在焦爐上的節能與應用

        2021-01-05 08:40:28

        摘要:

        山東濰耐節能材料有限公司是國內Z早的隔熱耐材企業(原始建于1957年的濰坊耐火材料廠),是五十年代山東省內四大耐材企業(山東一耐、二耐、青耐、濰耐)之一, 濰耐公司是一個有著接近60年隔熱耐火磚研發及生產的老國有企業,并且在焦爐用隔熱耐材方面有著專業、持久、獨特的研究與實踐經驗,應山東鋼鐵集團日照鋼鐵精品基地7.3M焦化搬遷項目指揮部及山東濰焦集團薛城能源有限公司技術中心領導們的邀請,與其聯合對隔熱耐材中的漂珠磚和堇青石爐門襯磚在焦爐砌筑和運行中的實用效果做出產品節能的詳細數據檢測和應用分析報告。主題思想就是測試焦爐砌筑所選用的各種耐材在焦爐日常運行中的優異性能及表現,作出科學判斷的重要依據,以為日后焦爐正常運行、保養及維護打下堅實的基礎。

        降低焦爐外表面的散熱、減輕爐體結構重量、延長爐體壽命,是眾多焦化企業夢寐以求的發展追求,在這方面山東濰焦集團薛城能源有限公司三、四號6.25M焦爐時,采用濰耐公司新型高強度漂珠磚和堇青石磚產品砌筑部分爐體和全部爐門,與一、二號6.25M 焦爐的唐山某隔熱耐材廠的產品做對比試驗。

        經過對比,濰耐公司產品節能效果顯著;經中國耐火材料行業協會焦爐耐材專題會議通過,由副會長單位中鋼集團洛陽耐火材料研究院推薦,山東濰耐節能材料有限公司生產的漂珠磚、堇青石磚可以作為煉焦行業隔熱耐材節能降耗的典范產品,合適時機面向全國及國外耐材市場推廣。

        關鍵詞:焦爐 漂珠磚 爐門襯磚

        焦化行業如何進一步節能是一個老生常談的問題,它牽涉到操作管理、設計改進、日常維護等諸多因素。令人高興的是焦化行業的許多革新與節能的方向基本一致。在煉焦生產過程中,大型焦爐外表面熱損失占總耗熱量的10-12%,為減少爐體外表面的熱損失,新焦爐砌筑時逐漸在爐體外表面采用新興隔熱材料。山東濰焦集團薛城能源有限公司三四號焦爐為JNDX2-6.25-12型,是國內知名設計院在6米搗固焦爐的基礎上進行的技改升級,部分基礎頂板、燃燒室、爐頂、端墻,全部爐門采用濰耐公司的漂珠磚、堇青石磚作為砌筑用隔熱耐材。

        濰耐漂珠磚簡介

        濰耐漂珠磚系采用電廠浮選的中空玻璃球體(漂珠)為主要原料,摻和高溫耐材輔料、復合型高效速凝結合劑,經300T靜音高壓成型,高溫燒制而成。該產品濰耐公司于1986年通過鑒定,經過30年的發展,其技術指標將常溫耐壓強度提高到國家標準2-3倍,導熱系數值縮小了一半,見以下兩表是濰耐漂珠磚與同行業漂珠磚產品比較表。

        1 濰耐漂珠磚與唐山漂珠磚產品抽檢比較表 

         種類 

        技術指標

         

        濰耐漂珠磚 

         

        唐山漂珠磚 

        體積密度g/cm3 

        ≤1.0 

        ±1.56 

        常溫耐壓強度Mpa≥ 

        12.85 

        7.69 

        重燒線變化1250℃×2h≤% 

        1.0 

        3.47 

        長期使用溫度℃ 

        1280 

        1160 

        導熱系數W/mk(350±25 )℃ 

        0.15 

        0.45 

         2 濰耐堇青石爐門襯磚與唐山堇青石爐門襯磚比較表 

         種類 

        技術指標

         

        濰耐爐門襯磚 

         

        唐山爐門襯磚 

        體積密度g/cm3 

        ≤2.0 

        ±2.3 

        導熱系數W/MK(350±25 )℃ 

        0.6 

        1.5 

        Al2O3含量,% 

        50 

        22 

        重燒線變化1250℃×2h≤% 

        1.6 

        2.5 

        熱震穩定性(1100℃水冷)/次 

        15 

        常溫抗壓強度Mpa 

        31.9 

        25 

        長期使用溫度℃ 

        1250 

        1150 

        通以上兩表分析、比較得出:濰耐漂珠磚、堇青石磚具有密度小、強度高、導熱系數低、耐急冷急熱性能好的特點;作為目前國家提倡大容積焦爐的宏觀戰略,濰耐產品不僅可減輕爐體、爐門的重量,并且可以降低爐體散熱,達到節能降耗的目的。

        濰耐漂珠磚、堇青石磚在國內焦爐應用中與同行耐材產品的對比如下: 2.1 爐體表面溫度比較 

        薛城能源三、四號焦爐用濰耐漂珠磚砌筑爐體,一二號焦爐的相同部位采用同行業唐山某耐材廠的產品砌筑爐體,山東濰焦集團技術中心經過3年的跟蹤監測,對焦爐爐體表面溫度進行多次測定,具體數據比較見表3(測溫工具采用點式紅外測溫儀)。

        表3 爐頂、爐端墻、基礎頂板表面溫度對照表 

         

        爐號

        三四號焦爐 

        一二號焦爐 

        項目內容                 

        機側 

        焦側 

        機側 

        焦側 

        標準溫度℃ 

        1280 

        1325 

        1280 

        1335 

        爐頂溫度℃ 

        52 

        54 

        60 

        67 

        爐端墻溫度℃ 

        138 

        148 

        153 

        179 

        爐底溫度℃ 

        54 

        59 

        61 

        65 


        加熱煤氣 

        焦爐煤氣 

        焦爐煤氣 

        結焦時間h 

        18 

        18 

        額定干煤量 噸 

        17.9 

        29.0 

        注:從表3可看出在相同結焦時間下三四號爐(濰耐漂珠磚砌筑部分)相比于一二  號爐(唐山漂珠磚砌筑部分)相同部位的溫度偏低,三部位總平均降低13.3℃。 

         爐門表面溫度比較 

        通過濰耐堇青石磚與唐山堇青石磚理化指標的對照,濰耐堇青石磚具有抗壓強度高、保溫性及熱穩定性好的優點。對比一二號焦爐爐門采用唐山產堇青石爐門襯磚砌筑,以及三四號和一二號焦爐用點式紅外測溫儀對機焦側爐門外表面進行多次全方位的測量, 具體數據比較如下表4

        表4 爐門爐頭溫度對照表 

           爐號 

        項目內容   

        三四號焦爐 

        一二號焦爐 

        機側 

        焦側 

        機側 

        焦側 

        邊爐爐門溫度℃ 

        81 

        84 

        105 

        109 

        邊爐溫度℃ 

        105 

        109 

        132 

        145 

        邊爐爐頭溫度℃ 

        1115 

        1142 

        1083 

        1116 

        爐頭溫度℃ 

        1217 

        1252 

        1182 

        1223 

        標準溫度℃ 

        1280 

        1325 

        1280 

        1335 

        加熱煤氣 

        焦爐煤氣 

        焦爐煤氣 

        結焦時間h 

        18 

        18 

        額定干煤量 噸 

        17.9 

        29.0 

        加熱煤氣流量m3/h 

        理 論 6500 實 際 6000 

        12160 

        從表4可看出在相同結焦時間下三四號爐(濰耐堇青石磚砌筑)相比于一二號爐(唐山堇青石砌筑)相同部位的溫度偏低,爐門外表面溫度總平均降低28℃;保溫性能好; 爐頭溫度平均提高30℃(與堇青石爐門襯磚相比),可以使爐頭焦炭成熟均勻,改善焦炭質量。 

        焦爐結構重量的減輕(以一座63孔焦爐計算) 

        使用濰耐漂珠磚砌筑,減輕了爐體的結構重量。通過二個供貨廠家產品的對比,濰耐公司的產品體密取樣結果按1.0 g/cm3體密標準測算,明顯低于唐山某耐材企業的產品0.3-0.8g/cm3/塊的結果,該檢測數值對于焦爐爐體意義重大,爐體重量的減輕對于緩解焦爐地基壓力、延長爐體壽命有舉足輕重的好處;濰耐堇青石磚能明顯、有效的減輕爐門重量,有效的降低摘、對門過程中的機械磨損。

         爐體重量的減輕     

        用 濰 耐 漂 珠 磚 砌 筑 , 一 座 焦 爐 可 以 減 重 0.23 × 0.114 × 0.065 ×

        (174210+119562+22960+22420)×(2.0-1.0)= 678噸的重量。

        具體數據:磚型標準尺寸為230×114×65,240×116×59mm,174210、19562、22960、22420分別為基礎頂板、燃燒室、爐頂、端墻用磚塊數;爐體用濰耐漂珠磚密度平均為1.0 噸/m3;唐山漂珠磚重量不均衡,分別是0.3-0.8噸/m3/塊,體密普遍超重,經過二組焦爐對比,砌筑體積部位相同的地方,唐山漂珠磚比濰耐公司漂珠磚重量平均超出0.55噸/m3/塊,合計超重體密(0.3-0.8)平均值:0.55×1.7×1.0×339152塊,合計超出濰耐重量317噸。

        爐門重量的減輕     

        爐門使用濰耐漂珠磚砌筑,機、焦側爐門重量分別為0.82噸和0.95噸;爐門使用唐山堇青石砌筑,機、焦側爐門重量分別為1.4噸和1.75噸。濰耐漂珠磚與唐山堇青石產品的對比,一座焦爐爐門可以減重84×(1.4+1.75-0.82-0.95)=115.92噸。

         焦爐結構重量的減輕     

        同型的一座63孔焦爐,累計減重317+115.92=432.92噸,可以減輕焦爐結構重量400 多噸。

         投資比較 

        三四號焦爐用濰耐漂珠磚砌筑部分爐體、全部爐門,一座焦爐投資為: 2.4.1 濰耐漂珠磚砌筑部分爐體     

        按現行市場價輕質漂珠磚 2500 元/ 噸, 用磚量為 0.23 × 0.114 × 0.065 ×

        (174210+119562+22960+22420)×1.0=678噸,費用678×2500=1695000元。

        2.4.2 唐山漂珠磚砌筑部分爐體     

        近年來,國內以唐山地區為代表的輕質耐材企業,為謀求更高的產品利潤,在焦爐建設用隔熱耐火磚產品,出現了以膨脹珍珠巖代替漂珠、粘土磚代替堇青石磚、高強隔熱磚中沒有硅藻土的,以次充好的不良現象,并且得到部分焦化受損企業的高度關注和重視。按一二號焦爐選用的唐山某耐材廠的產品核算如下:用磚量為0.23×0.114×0.065

        ×(174210+119562+22960+22420)×1.55=1051噸。產品超重原因分析:1、原料低廉因素。2、產品工藝落后。3、生產及燒成設備落后。按設計重量678噸×2000=1356000元, 表面上優惠力度不小,可經過檢測后發現唐山該企業產品沒有漂珠成分,相關指標也遠遠不能達到設計要求,為普通輕質粘土磚產品,如按目前輕質粘土磚市場價格為1000元/ 噸計算,報價2000元/噸的話利潤還是相當豐厚的,但濰耐按漂珠原料市場價格來分析, 漂珠原料是6000元/噸左右,按35-40%的添加比例就是+包裝、稅款、運輸費、管理費等等不會低于2300元左右/噸,低成本≠高品質,是鐵定的規律。高比重隔熱耐材產品不僅增加了爐體重量,對焦炭質量、產量,爐齡等等都隱患很大,該項的詳細數據上面也已經闡述過。

        2.4.3 濰耐堇青石磚砌筑爐門   按現行市場價輕質漂珠爐門襯磚3500元/噸,用磚量為84×(1.9+2.0)×1.05=343.98噸(1.05采購系數),費用3500×343.98=1203930

        元。

        2.4.4 唐山堇青石磚砌筑爐門   按現行市場價堇青石爐門襯磚3170元/噸,實際用磚量為84×(2.1+2.3)×1.05=388.08噸(1.05采購系數),超重44.1噸,按設計重量計算費用3170×343.98=1090416元。

        2.4.5  二者投資表面比較 1203930-1090416=113514元,濰耐堇青石漂單價高于

        唐山供貨廠家,一座焦爐增加投資113514元。但唐山廠家供貨產品經山東濰焦集團技術中心送樣檢測為純粘土磚指標,達不到爐門磚的技術標準和基本使用要求。

         經濟效益分析(以一座63孔焦爐計算)

         爐體部分   濰耐漂珠磚砌筑爐體,雖然爐體各部位的溫度隨時都在變化,但隨著每個炭化室的裝煤、出焦應為周期性變化,將爐體看做一個點,可近似為穩定散熱,根據表面散熱公式,Q=aOS(t2-t1)KJ/h

        式中:aO=132.9KJ/m2.h.℃(爐體表面總散熱系數);S=2000m2(三號爐除爐門、爐框部位外);

        t1=28℃(大氣溫度); 3號爐表面溫度整體平均t1=(52+54+138+148+54+59)

        /6=84.2℃,一號爐表面溫度整體平均t2=(60+67+153+179+61+65)/6=97.5℃。

        減少爐體散熱量為1號、3號散熱量之差:Q=132.9×2000×〔(97.5-28)-(81.2-28)〕

        =4332540KJ/h。

        三號爐一年節約煤氣量(煤氣熱值為16466KJ/m3):F=Q/16466×24×365=2304934m3,每m3煤氣按0.30元計(內部價),一年節約0.30×F=691480.2元。

         爐門部分   濰耐堇青石爐門磚導熱系數僅為唐山所謂堇青石磚的60%,爐頭溫度平均提高月30℃,可以有效降低煤氣用量,見表4,降低為500m3/h,年節約煤氣量為500×24×356=4380000m3,每m3煤氣按0.30元計(內部價),一年可節約0.30× 4380000=1314000元。

         增加裝煤部分 濰耐借鑒濟鋼經驗把爐門襯磚由原來的400mm厚減為

        375mm,一個炭化室有效容積增加0.09m3,周轉時間T=18h,入爐煤堆比重g=0.75×

        103Kg/m3,成交率0.78,年增加焦炭產量為62.5×24/18×0.09×0.75×365×0.78=1476

        噸,一噸焦炭按內部價計算利潤為200元/噸,一年可增收200×1476=295200元。  2.5.4  累計 以上三項累計為691480+1314000+295200=2300680元,即一座6.25m、

        63孔焦爐使用濰耐漂珠磚、堇青石磚砌筑部分爐體、全部爐門年可創效益為230萬元。 此外提高爐頭溫度,改善焦炭質量,無法量化;濰耐堇青石磚耐急冷急熱性能較好,

        磚本身不易因溫度變化而損壞,延長了爐門襯磚的使用壽命;減輕了爐門重量,可以降低摘、對門時的機械負荷,減少維修的次數,降低勞動強度。

         增加企業效益

        使用濰耐漂珠磚、堇青石磚砌筑部分爐體、全部爐門,可以節約能源,減少廢氣排放量,保護環境。

        結論

        3.1 濰耐公司生產及供貨的山東濰焦集團薛城能源有限公司三、四號焦爐漂珠磚、堇青石磚,比唐山某耐材企業供貨的一、二號焦爐砌筑焦爐爐體的成本對比,從表面成本來看雖然一座焦爐一次性多投入爐體部分33.9萬元+爐門部分11.35萬元=45.25萬元。但按周轉時間18小時,每年可以創效益230余萬元;對于增加的投資,經濟效益顯著;可以作為煉焦行業節能降耗的一個有效途徑。

        3.2 三、四號焦爐較一、二號焦爐改善了爐頭溫度,降低了爐門和爐體外表溫度, 減少熱量損失,降低煉焦耗熱量,改善了操作環境,可以延長爐門及護爐鐵件的使用壽命。


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