多功能耐火材料在工业锅炉中的应用

于 涛，赵 辉

（石家庄市节能监察中心，石家庄 050000）

多功能耐火材料在工业锅炉中的应用

于 涛，赵 辉

（石家庄市节能监察中心，石家庄 050000）

多功能耐火混凝土复合材料及其预制品，具有蓄热功能和热辐射功能，在明焰火焰锅炉（窑炉）应用后，提高了炉膛温度和燃烧效率，达到节能效果。

多功能；耐火材料；工业锅炉

本论文主要论述多功能耐火混凝土复合材料及其预制品在明焰火焰工业锅炉应用中达到节煤效果。

1 工业锅炉（窑炉）在节能减排方面的短板与潜力

工业锅炉（窑炉）通常由燃烧室（窑室）、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。其使用的燃煤技术大约有下面几种：层燃方式；煤粉燃烧方式；煤气化燃烧方式；水煤浆燃烧方式；煤粉液排渣旋风燃烧方式。以上几种燃料方式都存在其技术上的不足，存在着污染排放高、热效率低等问题，怎样才能使燃煤设备合理的燃烧，能够充分发挥出煤炭的应有效能。从而达到省煤、高效，从根本上控制污染源的排放，达到洁燃、降耗、减少污染的效果是值得研究的课题。

2 工业锅炉（炉窑）的节能措施

目前改进工业锅炉节能工作的主要措施，包括改进燃烧、减少损失；提高传热性能 ；回收利用余热；合理调度各台锅炉之间的负荷分配；配齐必要的运行监测仪表，以能了解锅炉工作的实际情况和合理调节。有条件时可装备自动调节和控制系统；锅炉附属设备的合理选用和配套。

其中，改进燃烧、减少热损失是最直接有效的节煤办法。

经调研，目前市场上的多功能耐火混凝土复合材料预制的节能产品“促燃板”具备在窑炉炉膛内的蓄热功能和热辐射功能，从而达到提高炉膛温度的目的，提高窑炉燃烧效率、达到改进燃烧、减少损失的节能效果。

3 多功能耐火混凝土复合材料的节能应用

3.1 技术简介

多功能耐火混凝土复合材料及其预制品是采用专利技术和几十种特殊材料、工艺制成的，安装在炉膛内两侧，通过一系列物理和化学作用激化新煤点燃，改变炉膛内动力场，同时增加二次预热功能风配置，使可燃气体和固体颗粒物充分燃尽，提高炉膛温度100-200℃；在炉膛的前后拱浇筑多功能耐火混凝土复合材料，使燃煤点火线提前，保证可燃物质在炉膛内充分燃烧；总之，改造后能达到改善炉膛内火焰状态，彻底优化燃烧工况，最终实现节煤。应用该技术后，烟尘排放量降低，同时飞灰和炉渣的含碳量也明显降低。

此技术是基于锅炉学科与化学物质改变燃烧过程中烟气特性的一门多学科交叉应用的技术，基本原理是蓄热、强化热辐射、变直燃方式为紊流燃烧方式，强化氧化物质的动态吸附与释放，依托催化介质的激化作用，提高碳氢化合物的燃烧反应速度，缩短煤炭的预热和起燃时间，提高煤炭燃尽率，降低锅炉的化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失，在燃烧过程中实现节能目标，该促燃板包括不少于6种稀有元素与30种化学配料组成，实现煤炭燃烧过程中的催化激化功能。

3.2 多功能耐火混凝土复合材料及其预制品五大功能

（1）蓄热功能。增强炉墙热辐射，达到了强化新煤点燃和提高炉膛温度。多功能耐火混凝土复合材料，具有随着温度变化的高温蓄热功能，可使炉膛温度提高100-200℃。

（2）吸附功能和呼吸功能，未燃尽可燃物实现二次燃烧。由于功能材料的表面吸附作用和孔道呼吸作用，使可燃颗粒物和可燃气体被吸附或吸入孔道，形成众多的小燃烧器，在侧墙横向功能风的作用下，优化了炉膛内的动力风，在流向方向形成旋流型流场，使主气流由直流变成紊流。从功能孔道吹入适量的新鲜空气，解决了主燃区缺氧的问题，形成快速着火+充分燃尽的燃烧过程，提高了燃烧效率，同时也降低了烟尘排放浓度。

（3）活化、激活燃烧过程中燃烧因子。复合功能材料，具有激活燃烧因子的功能。由于横向风的阻力作用，在一次风主气流的下游产生漩涡运动，使大量高温烟气携带的飞灰颗粒物回流进入旋流区，延长了未燃尽颗粒物停留时间，同时二次风经过预热，增加了氧的热活性，产生了热氧效应，从而保证了充分燃尽，强化燃烧。

（4）改变了炉内空气动力场。由于二次风辅以功能砖的作用，使炉膛内烟气流场由直流变为紊流，延长了可燃物在炉膛内的停留时间。在炉膛内原来由一面来风，形成至少三面来风，前后拱功能材料产生辐射，在炉膛形成一个风幕，这样改变了动力场，让飞灰碳黑粒子可燃物在紊流的风幕下停留时间长，达到充分燃尽目的，减少烟尘排放，实现环保。

（5）补充热氧，与可燃物充分混合，优化主燃区燃烧条件，减少脱硫。在改造过程中，锅炉两侧的二次热风管，在一次风中提取5%的风，经过预热，从两侧补给主燃区氧气，解决了主燃区缺氧，风压调不起来的问题，给炉膛提供燃尽的条件，解决了工业锅炉上最大问题，最后达到充分燃烧。在脱硫触煤的作用下与燃煤中灰分中的氧化物化合形成了钙化炉渣，使SO2排放减少50%左右。

3.3 多功能耐火混凝土复合材料及其预制品技术三大效果

（1）热效率改造后比改造前有明显提高，当改造前热效率在70%以下时，热效率提高10%以上。

（2）节煤率在10%以上。

（3）炉渣含碳量低于10%（燃煤地位发热值5000kcal/kg）。

4 结论

综上所述，只要采用功能耐火混凝土复合材料及其预制品技术的基理改造的锅炉、窑炉，就能达到节能、降耗，实现环保要求的综合效益。

预计未来中国将主要依靠高效节能技术，大幅度减少环境污染及温室气体排放，提高能源效率，降低能源强度，缓解石油供需不足的压力，保证能源安全供应。该技术经济实用，符合我国国情和世界各国以煤代油的需求，具有广阔的市场前景。

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

于涛，河北赞皇人，本科，助理工程师，研究方向：节能减排新技术研发、推广。