《高辐射覆层技术》PPT课件.ppt

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1、用于钢铁行业的高效节能技术 纳微米高辐射覆层技术,山东慧敏科技开发有限公司 2011年10月20日,目 录,概述高辐射覆层技术的应用及原理高辐射覆层技术应用案例结语,高辐射覆层技术是一项利用提高材料表面发射率，提高辐射传热效率的高效节能新技术。由于冶金炉窑工作温度在1000以上，辐射传热占总传热量80%以上，所以提高辐射传热的效率可以极大的提高炉窑的 热效率。这项技术可应用于高炉热风炉、焦炉、轧钢加热炉等各种工业炉窑，提高炉窑的工作效率和热效率，延长工业炉窑的寿命，降低能耗，减少CO2排放，可为企业的节能减排做出极大的贡献。,概 述,自2004年，高辐射覆层技术已应用在50多家钢铁企业的207

2、座300m35800m3高炉热风炉，济钢、酒钢、石横特钢的3座焦炉。世界最大的钢铁企业ArcelorMittal加拿大Dofasco厂在2座高炉热风炉上采用本技术，现已投产。,概 述,高辐射覆层技术（High Radiative Coating Tech）是在物体表面涂覆一层具有高发射率的材料，使物体表面具有很强的热辐射吸收和辐射能力，使辐射传热的效率提高。,高辐射覆层技术介绍,斯蒂芬-玻尔兹曼定律高温下以辐射传热为主。热风炉温度可高达1300，辐射传热量占85%以上。温度升高，辐射换热量占总换热量的比例急剧增加。因此，增强高温下的辐射换热量对于提高工业炉窑的工作效率和热效率有极大的现实意义。

3、采用高辐射覆层技术后，基体表面发射率增大，辐射换热量相应大幅增加。,高辐射覆层技术原理简介,高温辐射能量大多数集中在15m波段，比如1000和1300时，分别有76%和85%的辐射能量集中在这一波段内，一般的耐火材料在这一波段的发射率很低，而高发射率涂料在1 15 m 波谱范围却具有很高的发射率。,高辐射覆层技术原理简介,常温下耐火材料的发射率一般为0.60.8，随着温度的升高，会大幅度下降，而高发射率涂料能一直保持较高的发射率0.9。,高辐射覆层技术原理简介,高辐射覆层技术原理简介,根据基尔霍夫定律，材料的吸收率（又称黑度）与发射率相等。当物体表面的发射率提高后，它的吸收热量的能力也相应提高

4、。,2 高辐射覆层技术的应用及机理,高辐射覆层的作用机理是非常奇妙的，在不同部位的应用，其作用机理是不同的。,高辐射覆层技术在高炉热风炉上的应用,应用部位：蓄热室上部20%格子砖,格子砖表面覆层作用机理：高吸收、高蓄热；高发射、高放热 高辐射覆层通过强化辐射换热，提高了格子砖表面温度，增加了格子砖内外温度梯度，使格子砖在燃烧期吸热速度和吸热量增加，送风期放热速度和放热量也增加，从而提高热风温度。HM-HRC,燃烧期 E1 T C ter 送风期 E2=C（TC ter _ T B）送风温度 T B（terminus）,HM-HRC 技术的原理,高辐射覆层技术在焦炉上的应用部位,焦炉断面图,蓄热

5、室上部1/4格子砖表面,立火道表面,高辐射覆层用于焦炉立火道与炭化室隔墙时，由于吸热快，提高了隔墙炉壁的吸热能力，增加了立火道与炭化室的温度梯度，加强了立火道与炭化室的热传导，可使标准火道温度下降，节约能源，也可缩短结焦时间。作用机理：高吸收，高传热。高辐射覆层用于立火道与立火道的隔墙时，由于大量吸收的热量无法向外传递，表面吸收的热量以15m的波长辐射到立火道内部，15m波长的能量极易被立火道与炭化室的隔墙吸收，提高了立火道向炭化室的传热。作用机理：高吸收，高发射。,高辐射覆层在焦炉燃烧室的作用机理,炭化室,燃烧室,炭化室内炉墙对煤料传导传热,燃烧室内高温气体对炉墙辐射传热,：气体、固体壁面的

6、黑度：气体、固体壁面的温度：气体在壁面温度的吸收率：立火道侧墙面平均温度：炉墙的热导率：炉墙的厚度：炭化室侧墙面平均温度：传热面积：煤料温度,高辐射覆层在焦炉燃烧室的作用原理,蓄热室格子砖表面覆层作用机理：高吸收、高蓄热；高发射、高放热 高辐射覆层用于蓄热室格子砖表面，通过强化辐射换热，提高了格子砖表面温度，增加了格子砖内外温度梯度，使格子砖蓄热量增加。,高辐射覆层在焦炉蓄热室的作用机理,加热期（辐射传热）E1 TC ter冷却期（对流传热）E2=C（TC ter _ TB）煤气或空气预热温度 TB（terminus）,E1加热期格子砖吸收的来自加热气体的辐射热量；solid格子砖的发射率；A

7、传热面积；Agas烟气吸收率 C0波尔兹曼常数；TC ter加热期结束时格子砖的最终温度；E2冷却期格子砖传递给鼓入蓄热室的冷煤气或空气的对流换热量；C对流传热系数；TB鼓入蓄热室的冷煤气或空气温度；TB(terminus)煤气或空气预热温度,高辐射覆层在焦炉蓄热室的作用原理,高辐射覆层在轧钢加热炉上的应用,钢 坯,高辐射覆层涂覆在炉衬表面,炉衬表面覆层作用机理：高吸收、高发射 轧钢加热炉炉衬采用高辐射覆层后，炉衬吸热量增加，大量不能通过炉壁向外及时传递的热量会改变为 15 m波长的热量向炉膛内辐射。15m波长的热量极易被钢坯吸收，因此炉窑的热效率提高。,吹风清灰,喷前处理胶,浸蘸涂料（23秒

8、）,晾干 或 烘炉时烧结固化,蓄热体高辐射覆层施工工艺流程,、界面理论，在覆层材料制备过程中采用了前处理技术，前处理胶改变了基体的表面张力，使表面张力减小，提高了基体吸附涂料的能力。,、超细粉技术，涂料的纳微米级颗粒渗透到基体的开口气孔中，形成了涂料与砖体的渗态结合。,保证覆层不脱落！,3、涂料内含有特制高温胶，增加了涂料的高温粘结性，有效解决了涂料附着力的问题，保证覆层在高温下不开裂。,高辐射覆层的组织结构,覆层与基体间有明显的过渡区，这是由于涂覆后涂料向基体内部渗透，从而形成浅绿色的过渡区。渗透区的厚度约为3mm。,高辐射覆层的组织结构,渗透深度约 3 mm,覆层厚度约 300m,涂料填充

9、到基体的开口气孔中，形成涂料聚集区，并在显微结构图中呈现为黑色颗粒。表明涂料未与基体发生化学反应，未形成低熔点相。,格子砖覆层截面的显微结构,高辐射覆层的组织结构,硅质格子砖表面形态(25)硅质格子砖覆层表面形态(25),致密覆层可以防止格子砖渣化,高辐射覆层的组织结构,高辐射覆层对耐材物理性能的影响,公司自主知识产权,高辐射覆层技术已在涂料的制备方法、施工工艺、覆层蓄热体结构和应用等方面获得国家发明专利4项、实用新型专利1项，并已申报美、日、德、俄、韩、印等6个国家的专利，俄罗斯专利已授权，其它国家专利进入审查阶段。,公司自主知识产权,【带覆层的热交换器】（ZL 2005 1 0043838

10、.X），权利要求：热交换器，包括蓄热体，其特征在于蓄热体表面的一面或多面涂有一层高辐射材料覆层，所述高辐射材料的发射率高于蓄热体基体材料的发射率。【一种提高焦炉燃烧室传热效率的方法】（ZL 2009 1 0014936.9），权利要求：在燃烧室立火道内壁涂覆高发射材料覆层，所述高辐射材料的发射率高于蓄热体基体材料的发射率。,高温远红外涂料及其制备方法 专利号：ZL 2003 1 0114515.9,一种高温炉窑内壁、水冷壁表面喷刷涂料的施工工艺专利号：ZL 2003 1 0114616.3,高效节能热交换器专利号：ZL 2005 2 0084197.8,一种提高焦炉燃烧室传热效率的方法专利号：

11、ZL 2009 1 0014936.9,带覆层的热交换器专利号：ZL 2005 1 0043838.X,公司自主知识产权,3.高辐射覆层技术应用案例,高辐射覆层技术在首钢京唐（曹妃甸）2#高炉热风炉的应用,2009年，首钢京唐（曹妃甸）2#5500m高炉的4座热风炉和2座预热炉上应用高辐射覆层技术，为检验应用效果，相同炉型的1#5500m高炉热风炉的4座热风炉及2座预热炉未采用该技术。,2011年3月，经北京科技大学热平衡诊断测试，1300风温段，在送风温度几乎一样的情况下（相差1）下，与1#高炉热风炉相比，应用高辐射覆层的2#高炉热风炉：（1）有效热量利用率提高了3.14%；（2）烟气带走热

12、量减少了2.47%；（3）热效率提高了2.84%；（4）单位体积送风量所耗煤气减少了8.62，考虑煤气热值的情况下，煤气消耗减少了7.07%。,涂覆上部,预热炉上部25层格子砖涂覆涂料后使用2年的砖样,未涂覆涂料格子砖使用2年的砖样,涂覆下部,曹妃甸预热炉格子砖应用两年后效果对比,热风炉外形尺寸,高辐射覆层技术在鞍钢新5号高炉热风炉的应用,采用高辐射覆层的鞍钢A热风炉热风温度比没有覆层的B热风炉热风温度提高 23，烟气温度降低 24，系统热效率提高 4.62%。,1#热风炉无覆层，格子砖温度曲线起伏小，吞吐的热量少,2#热风炉有覆层，格子砖温度曲线起伏大，吞吐的热量多,2005年5月 投产一个

13、月时过渡区格子砖温度曲线图,济钢 2号 1750m3高炉2#热风炉,2005年投产初期燃烧期过渡区格子砖终点温度平均值：1#热风炉（无覆层）：947.332#热风炉（有覆层）：998.87过渡区格子砖温差平均值：1#热风炉（无覆层）：137.082#热风炉（有覆层）：223.752#热风炉格子砖温度高，说明高辐射覆层提高了2#热风炉格子砖的蓄热量、放热量，风温也得到提高。,提高51.54,提高86.67,济钢 2号 1750m3高炉2#热风炉,2009年4月 1#、2#热风炉投产4年后过渡区格子砖温度曲线图,无 覆 层,有 覆 层,济钢 2号 1750m3高炉2#热风炉,济钢 2号1750m3

14、高炉2#热风炉,2010年燃烧期过渡区格子砖终点温度平均值：1#热风炉（无覆层）：850.132#热风炉（有覆层）：962.36过渡区格子砖温差平均值：1#热风炉（无覆层）：58.802#热风炉（有覆层）：198.79,提高 112.23,提高139.99,济钢 2号1750m3高炉2#热风炉,与2005年投产初期相比：（过渡区格子砖终点温度）2005年 2010年 1#热风炉(无覆层)：947.33 850.13 五年降低 97.20 2#热风炉(有覆层)：998.87 962.36 五年 降低 36.51,济钢 2号1750m3高炉2#热风炉,2011年4月 1#、2#热风炉投产6年后过渡

15、区格子砖温度曲线图,无 覆 层,有 覆 层,济钢 2号1750m3高炉2#热风炉,高辐射覆层技术在济钢2#1750m3高炉2#热风炉上应用6年后，格子砖的热交换效率依然提高明显，保持着吸放热速度快的特点，且整体提高热风炉格子砖的温度。生产数据说明长期使用“杰能王”高辐射覆层技术无不良影响，高辐射覆层技术具有长期安全性和有效性。,混前热风温度平均值使用1年后：1号高炉热风炉（无覆层）：1192.2 3号 高炉热风炉（有覆层）：1221.3使用2年后：1号 高炉热风炉（无覆层）：1190 3号 高炉热风炉（有覆层）：1215.3,提高29.1,提高25.3,3号1750m3高炉3座热风炉（全部采用

16、高辐射覆层技术）与1号1750m3高炉热风炉（未采用高辐射覆层技术）的混前热风温度对比。,济钢 3号1750m3高炉热风炉,混前热风温度平均值使用3年后：1号高炉热风炉（无覆层）：1200.7 3号 高炉热风炉（有覆层）：1221.4使用4年后：1号 高炉热风炉（无覆层）：1201.5 3号高炉热风炉（有覆层）：1220.7,提高20.7,提高19.2,济钢 3号1750m3高炉热风炉,增产节焦效益应用4年后，3号高炉混前风温比1号高炉平均每年提高23.6。3号高炉的利用系数平均2.5，按年360生产日计，年产157.5万吨铁。计算如下：提高风温23.6可节约焦炭4.72kg/吨铁，增产0.7

17、08%，增加喷煤9.44kg/吨铁。（山东冶金焦炭：约为1600元/吨，喷吹煤：900950元/吨，按每增产1吨铁利润200元计算，没有管理成本）。,济钢 3号1750m3高炉热风炉,年节约焦炭 4.72kg/吨铁157.5万吨/年=7434 吨/年 每年节省资金：1600元/吨7434吨=1189.44 万元 年增产效益 157.5万吨0.708%=11151 吨 每年增产效益：200元/吨11151吨=223.02万元 年喷煤效益 每年增加喷煤用量：9.44kg/吨铁157.5万吨/年=14868吨/年 增加喷煤代替焦炭的节省效益：(16000.8-925)元/吨 14868吨/年=527

18、.814万元/年,济钢 3号1750m3高炉热风炉,年节能增产效益 三项合计，1189.44 万元+223.02万元+527.814万元=1940.274万元 降低CO2排放量 每减少1吨焦炭可减少排放2.4吨CO2 年减少CO2排放量=年节焦量2.4=7434 吨/年2.4=1.78万吨,济钢 3号1750m3高炉热风炉,2号1750m3高炉2#热风炉比1#热风炉燃烧期过渡区格子砖燃烧期终点温度提高112.23，格子砖的温度比投产初期还要高。使用4年后，3号1750m3高炉热风炉效果稳定，混风前风温比1号1750m3仍提高19.2。3号1750m3高炉比1号1750m3综合年节能增产经济效益

19、1940.274万元，年节省燃料7434吨/年，年CO2排放量减少1.78万吨。热风炉格子砖采用高辐射覆层技术，涂层附着力强，有良好的渗透性，并能提高格子砖的抗压强度等物理性能，提高热风炉一代寿命。,济钢 1750m3高炉热风炉应用情况小结,两座热风炉格子砖有覆层风温高，送风时间长,一座热风炉格子砖无覆层风温低，送风时间短,无覆层的热风炉废气带走热量多（峰宽）,有覆层的热风炉废气带走热量少（峰窄）,在拱顶温度没有明显升高的情况下，蓄热量增加，使得送风温度提高，废气温度下降。,高辐射覆层技术在石横1080m3高炉热风炉的应用,热风炉本体热效率,1#炉：,=,3#炉：,=,热风炉热效率,1#炉：,

20、=,3#炉：,=,=73.28%,=81.26%,=76.03%,=78.32%,有高辐射覆层的热风炉的热风温度比无覆层的热风炉的平均风温高25，平均烟气温度低13，能耗降低3%。,热效率提高5%,高辐射覆层技术在石横1080m3高炉热风炉的应用,AM Dofasco施工现场图片,高辐射覆层技术在球式热风炉上的应用,日钢12座球式热风炉，石横特钢4座球式热风炉、西林钢铁的1座球式热风炉在节能改造中应用了高辐射覆层技术。日钢计划在今年换球的所有热风炉上应用高辐射覆层技术进行节能改造，下半年相继在11号16号高炉24座球式热风炉上应用。高辐射覆层技术在球式热风炉节能改造中的应用，在其比表面积大的情

21、况下，进一步提高蓄热能力和风温，达到延长送风时间，节约煤气，延长使用寿命的目的。,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,济钢焦化厂8#、9#焦炉于2009年12月投产，炉型为JN60型260孔，8#焦炉为国内首次应用山东慧敏科技开发有限公司开发的专利技术：“高辐射覆层技术”，由产（济钢焦化厂）学（安徽工业大学）研（山东慧敏科技开发有限公司）联合组成的热工测试组，对8#、9#焦炉进行了各项 热工参数和“杰能王”节能涂料全面有效的对比检测。测试结果表明：8#焦炉比9#焦炉节约焦炉煤气为575.2m3/h，节能率高达5.2%，炉窑统一效率提高4.0%，炼焦耗热量降低了121.8.kJ/kg湿煤（

22、7%H2O），提高了二个等级。焦饼中心温度提高了63，有利于改善焦炭质量。产生直接经济效益624.8万元/年，CO2排放量减少3546t/年。提出了进一步降低炼焦耗热量的途径。,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,济钢焦炉日平均煤气流量,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,焦饼中心温度平均提高63,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,炭化室墙面温度平均提高59,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,煤气流量与漏气率降低,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,采用高辐射覆层技术的焦炉与无覆层的焦炉相比，节能率5%，节能效果显著。采用高辐射覆层技术的焦炉与无覆层的焦炉相比，炉窑统一效率提高了4.0%；炼焦耗热量降低了121.8kJ/kg湿煤（7%H2O），且提高了二个等级。,高辐射覆层技术在济钢JN60型焦炉的应用,应用效果：增产+7.0%混合煤气消耗-55 m3/吨钢侧墙温度-14.8 炉顶温度-27.6 耐火材料寿命延长2至4年壁面FeO沉积 减少,高辐射覆层技术在济钢中厚板厂轧钢加热炉的应用,结 语,采用高辐射覆层技术，一次性投资，没有运行和管理费用，是一项投资少，见效快，实施简单，并能长期发挥效能的节能减排好技术。,敬请指正，谢谢！,