焦炉用高导热硅砖

高导热硅砖应用在焦炉上节能减排效果显著

焦炉是焦炭生产的主要设备，砌筑焦炉所用的耐火材料以硅砖为主，约占全部耐火材料总量的70%。目前，硅砖是己知的焦炉炭化室炉墙最合适的耐火材料。

焦炉的节能有两种措施：

1) 减薄炭化室炉墙厚度。因炭化室炉墙是强度比较薄弱的部位，同时炉墙本身也有蓄热作用，所以一般不采用此方法。

2)提高炭化室炉墙用硅砖的热导率。

焦炉燃烧室的热量通过硅砖砌筑的炉墙传导到炭化室中，在相同触煤面积、相同时间、燃烧室温度不变的情况下，高导热硅砖传递的热量比普通硅砖的要多。所以，在保证炭化室内温度不变的情况下，用高导热硅砖砌筑的燃烧室内的火焰温度可以更低一些，那么所需的燃料量必然降低，起到了节约能源的作用;同时，排放到大气中的NOX气体必然会减少。因此，高导热硅砖在节能的同时也起到了环保的作用.

1高导热硅砖的理化性能及显微结构

1.1理化性能

表1示出了高导热硅砖与普通硅砖的理化性能。由表1可以看出，高导热硅砖的热导率较普通硅砖的高。而其他性能指标与普通焦炉硅砖的基本一致。因此，高导热硅砖完全可以替代传统的焦炉硅砖而达到低碳、节能的目的。

1.2显微结构

图1为所取砖样的显微结构照片。由图1可知，普通硅砖内部孔隙分布不均匀，气孔簇团局部集中情况突出。高导热硅砖内部孔隙分布相对均匀，且孔径较小。

热量通过材料实体和孔隙两部分进行传递。相对而言，固体的热导率要比气体的高。在一定温度下，相同材质的耐火材料，其显气孔率越小，材料越致密，则导热能力越强。所以，结构较为均匀致密的高导热硅砖比普通硅砖的热导率高。

2燃烧室内火焰温度下降的计算

为了计算方便，假设焦侧与机侧的温度相等，忽略了因炉头散热对炭化室温度的影响。由于炉墙长度与高度远大于厚度，所以燃烧室内各火道向炭化室内传递热量的过程可近似为平壁稳态一维导热。

或中，Q为单位时间通过一定面积的热量，J;λ为热导率，δ为炉墙厚度，ι1为燃烧室火道温度，ι2为炭化室温度;A为角煤面面积。

当普通硅砖的热导率为1.90W.m-1.K-1时，假设燃烧室火道的温度为1320℃，炭化室的温度为1100℃，其单位时间内通过一定面积的热量Q=(1.9/δ)*(1320-1100)A.

由此可知，高导热硅砖的使用从理论上确实可以降低燃烧室火焰的温度，有利于降低燃料消耗，从而起到节能减排的效果。

3高导热硅砖的实际应用效果

在宝钢7m新型焦炉中进行实际应用显示：使用高导热硅砖的焦炉，焦饼中心脱水时间约10h;使用普通硅砖时脱水时间约12h;在结焦中后期，高导热硅砖焦炉焦饼中心温度的升温速率高于普通硅砖焦炉的，说明高导热硅砖传热速度比普通硅砖的快，导热性能具有优势。表2为宝钢一期、四期焦炉在炭化时间、装入煤水分、装煤量和加热方式相近情况下的比较。

从表2可以看出：在相同的工况条件下，使用高导热硅砖的一期焦炉与使用普通硅砖的四期焦炉相比，炼焦耗热量相近，但高导热硅砖焦炉的直行温度较普通硅砖的高11℃，火落时间较普通硅砖焦炉的缩短了0.4h，因此，高导热硅砖焦炉燃烧室具有较大的降温空间。如果高导热硅砖焦炉炉温降低到与传统焦炉炉温一致时，耗热量可降低7%。按照结焦时间22h，年生产时间8760h计算，高导热硅砖在4座50孔的焦炉上使用后每年可节约1.24亿m3的混合煤气，折合标煤20682t，节能效果显著。

按照每燃烧1t标煤排放7kg氮氧化物计算，一座采用高导热硅砖砌筑的年产247万t焦炭的焦炉与普通硅砖砌筑的焦炉相比，每年可减少氮氧化物排放430，减排效果显著。

4结语

高导热硅砖不但具备普通焦炉硅砖的优点，还在此基础上进一步突出了高导热特性。高导热硅砖的使用，减少了焦炉的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可观的经济效益和社会效益，是未来焦炉用耐火材料新的技术方向。