多功能耐火材料在工業鍋爐中的應用

于 濤，趙 輝

（石家莊市節能監察中心，石家莊 050000）

多功能耐火材料在工業鍋爐中的應用

于 濤，趙 輝

（石家莊市節能監察中心，石家莊 050000）

多功能耐火混凝土復合材料及其預制品，具有蓄熱功能和熱輻射功能，在明焰火焰鍋爐（窯爐）應用后，提高了爐膛溫度和燃燒效率，達到節能效果。

多功能；耐火材料；工業鍋爐

本論文主要論述多功能耐火混凝土復合材料及其預制品在明焰火焰工業鍋爐應用中達到節煤效果。

1 工業鍋爐（窯爐）在節能減排方面的短板與潛力

工業鍋爐（窯爐）通常由燃燒室（窯室）、燃燒設備、通風設備，輸送設備等四部分組成。其使用的燃煤技術大約有下面幾種：層燃方式；煤粉燃燒方式；煤氣化燃燒方式；水煤漿燃燒方式；煤粉液排渣旋風燃燒方式。以上幾種燃料方式都存在其技術上的不足，存在著污染排放高、熱效率低等問題，怎樣才能使燃煤設備合理的燃燒，能夠充分發揮出煤炭的應有效能。從而達到省煤、高效，從根本上控制污染源的排放，達到潔燃、降耗、減少污染的效果是值得研究的課題。

2 工業鍋爐（爐窯）的節能措施

目前改進工業鍋爐節能工作的主要措施，包括改進燃燒、減少損失；提高傳熱性能 ；回收利用余熱；合理調度各臺鍋爐之間的負荷分配；配齊必要的運行監測儀表，以能了解鍋爐工作的實際情況和合理調節。有條件時可裝備自動調節和控制系統；鍋爐附屬設備的合理選用和配套。

其中，改進燃燒、減少熱損失是最直接有效的節煤辦法。

經調研，目前市場上的多功能耐火混凝土復合材料預制的節能產品“促燃板”具備在窯爐爐膛內的蓄熱功能和熱輻射功能，從而達到提高爐膛溫度的目的，提高窯爐燃燒效率、達到改進燃燒、減少損失的節能效果。

3 多功能耐火混凝土復合材料的節能應用

3.1 技術簡介

多功能耐火混凝土復合材料及其預制品是采用專利技術和幾十種特殊材料、工藝制成的，安裝在爐膛內兩側，通過一系列物理和化學作用激化新煤點燃，改變爐膛內動力場，同時增加二次預熱功能風配置，使可燃氣體和固體顆粒物充分燃盡，提高爐膛溫度100-200℃；在爐膛的前后拱澆筑多功能耐火混凝土復合材料，使燃煤點火線提前，保證可燃物質在爐膛內充分燃燒；總之，改造后能達到改善爐膛內火焰狀態，徹底優化燃燒工況，最終實現節煤。應用該技術后，煙塵排放量降低，同時飛灰和爐渣的含碳量也明顯降低。

此技術是基于鍋爐學科與化學物質改變燃燒過程中煙氣特性的一門多學科交叉應用的技術，基本原理是蓄熱、強化熱輻射、變直燃方式為紊流燃燒方式，強化氧化物質的動態吸附與釋放，依托催化介質的激化作用，提高碳氫化合物的燃燒反應速度，縮短煤炭的預熱和起燃時間，提高煤炭燃盡率，降低鍋爐的化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失，在燃燒過程中實現節能目標，該促燃板包括不少于6種稀有元素與30種化學配料組成，實現煤炭燃燒過程中的催化激化功能。

3.2 多功能耐火混凝土復合材料及其預制品五大功能

（1）蓄熱功能。增強爐墻熱輻射，達到了強化新煤點燃和提高爐膛溫度。多功能耐火混凝土復合材料，具有隨著溫度變化的高溫蓄熱功能，可使爐膛溫度提高100-200℃。

（2）吸附功能和呼吸功能，未燃盡可燃物實現二次燃燒。由于功能材料的表面吸附作用和孔道呼吸作用，使可燃顆粒物和可燃氣體被吸附或吸入孔道，形成眾多的小燃燒器，在側墻橫向功能風的作用下，優化了爐膛內的動力風，在流向方向形成旋流型流場，使主氣流由直流變成紊流。從功能孔道吹入適量的新鮮空氣，解決了主燃區缺氧的問題，形成快速著火+充分燃盡的燃燒過程，提高了燃燒效率，同時也降低了煙塵排放濃度。

（3）活化、激活燃燒過程中燃燒因子。復合功能材料，具有激活燃燒因子的功能。由于橫向風的阻力作用，在一次風主氣流的下游產生漩渦運動，使大量高溫煙氣攜帶的飛灰顆粒物回流進入旋流區，延長了未燃盡顆粒物停留時間，同時二次風經過預熱，增加了氧的熱活性，產生了熱氧效應，從而保證了充分燃盡，強化燃燒。

（4）改變了爐內空氣動力場。由于二次風輔以功能磚的作用，使爐膛內煙氣流場由直流變為紊流，延長了可燃物在爐膛內的停留時間。在爐膛內原來由一面來風，形成至少三面來風，前后拱功能材料產生輻射，在爐膛形成一個風幕，這樣改變了動力場，讓飛灰碳黑粒子可燃物在紊流的風幕下停留時間長，達到充分燃盡目的，減少煙塵排放，實現環保。

（5）補充熱氧，與可燃物充分混合，優化主燃區燃燒條件，減少脫硫。在改造過程中，鍋爐兩側的二次熱風管，在一次風中提取5%的風，經過預熱，從兩側補給主燃區氧氣，解決了主燃區缺氧，風壓調不起來的問題，給爐膛提供燃盡的條件，解決了工業鍋爐上最大問題，最后達到充分燃燒。在脫硫觸煤的作用下與燃煤中灰分中的氧化物化合形成了鈣化爐渣，使SO2排放減少50%左右。

3.3 多功能耐火混凝土復合材料及其預制品技術三大效果

（1）熱效率改造后比改造前有明顯提高，當改造前熱效率在70%以下時，熱效率提高10%以上。

（2）節煤率在10%以上。

（3）爐渣含碳量低于10%（燃煤地位發熱值5000kcal/kg）。

4 結論

綜上所述，只要采用功能耐火混凝土復合材料及其預制品技術的基理改造的鍋爐、窯爐，就能達到節能、降耗，實現環保要求的綜合效益。

預計未來中國將主要依靠高效節能技術，大幅度減少環境污染及溫室氣體排放，提高能源效率，降低能源強度，緩解石油供需不足的壓力，保證能源安全供應。該技術經濟實用，符合我國國情和世界各國以煤代油的需求，具有廣闊的市場前景。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.106

于濤，河北贊皇人，本科，助理工程師，研究方向：節能減排新技術研發、推廣。