水泥窯耐火材料優(yōu)化配置對節(jié)能的作用

1、水泥窯耐火材料優(yōu)化配置對節(jié)能的作用-作者:網(wǎng)摘前言隨著我國經(jīng)濟的快速增長,國家對基礎(chǔ)建設(shè)項目的開發(fā)力度不斷加大,“十五”期間,我國全社會固定資產(chǎn)投資保持年均20%以上的高速增長,強勁拉動了水泥的生產(chǎn)和消費。2005年全國水泥產(chǎn)量10.6億噸,較2000年凈增4.6億多噸,5年平均年增長12%。一些大型的新型干法預(yù)分解窯相繼建成投產(chǎn),截止到2005年共投產(chǎn)622條新型干法水泥窯。伴隨著水泥工業(yè)的快速發(fā)展,其能源消耗量也大幅度提高。據(jù)有關(guān)資料顯示,水泥行業(yè)能源耗量占建材工業(yè)總能耗的50%左右,可見搞好水泥工業(yè)的節(jié)能是建材工業(yè)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。水泥工業(yè)到2010年的能耗目標是:新型干法水泥噸熟料熱耗由

2、130千克下降到110千克標準煤,采用余熱發(fā)電生產(chǎn)線達40%,水泥單位產(chǎn)品綜合能耗下降25%。另外,我們的能耗和國外先進水平相比,還存在著一定的差距。由此可見,水泥窯節(jié)能降耗存在著巨大的發(fā)展空間。1 我國水泥工業(yè)能源消耗的現(xiàn)狀及其與世界先進水平的比較1.1我國水泥生產(chǎn)工業(yè)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀目前,我國水泥生產(chǎn)的窯型較多(如:機立窯、濕法生產(chǎn)線、預(yù)分解窯等,從目前整個水泥工業(yè)的窯型組成來看,各種窯型的水泥熟料生產(chǎn)能力見下圖1從上圖可以看出,截止到2005年底,機立窯的熟料生產(chǎn)能力達到了56.9%,仍然占有很大的比重,大型干法預(yù)分解水泥生產(chǎn)技術(shù)雖然得到了快速的發(fā)展,但其發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策

3、確定的目標,2010年新型干法水泥的比重要達到70%以上。實現(xiàn)這一目標,必須在發(fā)展新型干法水泥的同時,加大淘汰落后生產(chǎn)能力的力度。屆時,新型干法水泥產(chǎn)量達到8.5億噸左右,國內(nèi)市場可以保持供需基本平衡。1.2各種窯型的能源消耗情況我國水泥窯的窯型較多,其能源消耗的水平差別較大,一般來說,濕法窯比預(yù)分解窯多耗能近一倍,機立窯比預(yù)分解窯多耗能近三成,而普通機立窯比預(yù)分解窯多耗能近七成。新型干法水泥窯與上世紀90年代初期國內(nèi)外相近規(guī)模的生產(chǎn)線相比,熱耗下降了5%-10%,電耗下降10%15%,系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率由不到80%提高到92%;與立窯相比,綜合能耗下降20%以上。通過對比可以清晰的看出,水泥生產(chǎn)工藝

4、技術(shù)的不斷進步,不僅大大提高了水泥生產(chǎn)的效率和生產(chǎn)能力,而且大大減低了整個水泥工業(yè)的能源消耗量。1.3新型干法能耗和國外水平比較對于新型干法水泥生產(chǎn)線而言,其能源消耗量受其生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備選型、工藝狀況、原料差異、管理水平等因素的影響,其能源的消耗量也有所不同;國內(nèi)的一般水平和國外的先進水平差距較大,具體對比情況見下表:2 我國水泥工業(yè)開展節(jié)能降耗的幾點途徑基于我國的基本國情以及水泥工業(yè)的整體發(fā)展現(xiàn)狀,在水泥行業(yè)開展節(jié)能降耗可以從以下幾個方面入手:1. 堅持水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的“四零一負”戰(zhàn)略目標具體內(nèi)容如下:(其中的第二和第四條與節(jié)能降耗密切相關(guān)水泥工業(yè)和生態(tài)環(huán)境和諧共存,水泥企業(yè)對其周圍生態(tài)

5、環(huán)境完全實現(xiàn)零污染;創(chuàng)新水泥工藝和余熱回收技術(shù),降低單位水泥電耗,提高單位熟料余熱發(fā)電量,實現(xiàn)水泥企業(yè)對外界電能的零消耗;水泥企業(yè)完全實現(xiàn)廢料、廢渣、廢水的零排放;降低單位熟料熱耗,開發(fā)利用各種替代燃料,實現(xiàn)熟料生產(chǎn)對天然礦物燃料(煤、油、天然氣的零消耗;節(jié)約資源,擴大利廢功能,銷納各種廢物,減輕環(huán)境負荷,為全社會廢渣、廢料的負增長做出應(yīng)有的貢獻。2. 加快水泥工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整,促進新型干法預(yù)分解水泥窯的發(fā)展水泥工業(yè)作為我國基礎(chǔ)建設(shè)的幾大支柱行業(yè)之一,近幾十年,隨著經(jīng)濟的快速增長新型干法生產(chǎn)線也得到了迅猛的發(fā)展,但目前在該行業(yè)所占比例只有32.5%,作為新型的低能耗的水泥生產(chǎn)工藝,其發(fā)展的潛力巨

6、大。3. 加大水泥窯垃圾焚燒技術(shù)的開發(fā)力度,逐步加強推廣和應(yīng)用隨著我國城市化進程的加快,工業(yè)廢棄物和城市垃圾勢必大量增加,根據(jù)水泥窯運轉(zhuǎn)的自身特點,利用廢棄物和工業(yè)垃圾替代部分原燃料,既處理了廢物,又節(jié)約了能源,具有非常巨大的市場推廣和應(yīng)用價值。4. 優(yōu)化新型預(yù)分解水泥窯的耐火材料的配套,降低單位水泥熟料產(chǎn)量的能耗通過優(yōu)化預(yù)分解水泥窯各部位的耐火材料的配套方案,提高回轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)率和運轉(zhuǎn)周期,降低水泥窯的維修次數(shù),達到節(jié)能降耗的目的。本文將著重從優(yōu)化耐火材料的配套方案入手,深入剖析新型干法生產(chǎn)線在運轉(zhuǎn)過程中暴露的一些問題,結(jié)合水泥工藝運轉(zhuǎn)的特點,提供一整套完善的耐火材料的配套方案,提高運轉(zhuǎn)率,最

7、終達到節(jié)能降耗的目的。3 國內(nèi)的新型干法水泥生產(chǎn)線在工藝運轉(zhuǎn)過程中的新特點以及耐火材料使用過程中暴露的一些問題3.1新型預(yù)分解水泥窯工藝運轉(zhuǎn)過程中的新特點預(yù)分解水泥窯生產(chǎn)操作中配料率值控制較高,入窯二次風(fēng)溫超過1200,燃燒器火焰溫度也超過了2000,熟料的煅燒溫度超過1430,前窯口部位普遍結(jié)窯皮,工況溫度較傳統(tǒng)的水泥窯有較大幅度的提高。低品位石灰石等生產(chǎn)原料的采用、無煙煤、劣質(zhì)煤以及固體廢棄物的煅燒,造成窯系統(tǒng)內(nèi)各部位的揮發(fā)性組分堿、氯、硫等成分明顯增加,它們的循環(huán)、富集對各部位的耐火澆注料的侵蝕也更突出,在一定程度上影響了澆注料的使用周期。目前,預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速為34r·min-

8、1,窯徑由2000t/d的 4m,到 5000t/d的 4.8m-,再到10000t/d 的6m。窯徑加大、窯速提高,對耐火材料的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力加劇。3.2不定型耐火材料在使用過程中暴露出的一些新問題前窯口部位的耐火澆注料一般的使用周期是48個月,比較普遍的問題是:澆注料存在剝落、掉塊、耐堿侵蝕性能差等問題;燃燒器使用周期為35個月,主要是燃燒器前面一米部位的澆注料易出現(xiàn)脫落、掉塊,具體情況可見下圖2。伴隨著回轉(zhuǎn)窯日產(chǎn)量的不斷加大,窯門罩的體積更加龐大;同時由于窯門罩頂部施工難度大,施工質(zhì)量難于得到保障,一些5000t/d以上大型的水泥窯出現(xiàn)窯門罩燒穿的現(xiàn)象,具體情況可見下圖3。低品位原料、

9、無煙煤、劣質(zhì)煤以及固體廢棄物的煅燒,造成整個窯系統(tǒng)的堿、硫、氯等有害成分的含量增加,在下料斜坡、煙室部位結(jié)皮情況加重,導(dǎo)致頻繁使用空氣炮、水槍,加速了耐材的損壞,嚴重的致使殼體超溫、變形。該部位的工況溫度在8001000,含粉塵的三次風(fēng)速度達到20m/s以上。該部位損壞主要是彎頭、擋風(fēng)閥部位的耐火襯里磨損比較嚴重,使用周期短的只有23個月,長的也只有6個月左右,因此,該部位一直是制約著干法水泥窯正常生產(chǎn)。其損壞情況見下圖4。另外,一些水泥公司的生產(chǎn)線也暴露出篦冷機熱段頂部、矮墻等部位的一些問題,本文在此不再一一闡述。四、水泥窯用耐火材料優(yōu)化配置方案及其帶來的節(jié)能降耗的效果針對大型干法水泥窯在生

10、產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,我公司結(jié)合自身的優(yōu)勢和多年的專業(yè)經(jīng)驗,在深入剖析耐火襯里損壞機理的基礎(chǔ)上,開發(fā)出一系列可滿足不同工況的新產(chǎn)品,取得了不錯的使用效果,在此愿和大家一起分享。4.1大型水泥窯用耐火材料優(yōu)化配套方案結(jié)合該部位運行的工況特點,通過采用復(fù)合骨料、引入高溫膨脹劑、高溫抗堿劑等技術(shù)手段開發(fā)出適用于2500t/d以上水泥窯前窯口、燃燒器部位的高性能澆注料G-17K、G-17P,該產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗剝落性能、高溫耐堿性能以及抗水泥熟料侵蝕性能等,經(jīng)在國內(nèi)多家大型水泥公司使用,普遍的使用周期是610個月。同時,針對目前國內(nèi)窯口澆注料和窯內(nèi)襯磚使用周期不同步的問題,以板狀剛玉和非氧化物為主材質(zhì)開發(fā)

11、出長壽命的(12月以上新型窯口澆注料GC-18,徹底解決了傳統(tǒng)的剛玉質(zhì)澆注料抗堿侵蝕性能差、熱穩(wěn)定性能差的缺點,其用于5000t/d以上的水泥窯前窯口部位可以達到12個月以上,燃燒器部位達到6個月以上。該產(chǎn)品2004年12月在海螺集團中國水泥公司的5000t/d水泥生產(chǎn)線上投入使用,其使用情況見下圖5。目前,該公司窯口澆注料經(jīng)過修補后仍在使用中;燃燒器部位使用該產(chǎn)品達到了10個月,取得了令人滿意的效果,見下圖6。針對該部位耐火澆注料耐磨性能差的特點,通過優(yōu)化產(chǎn)品的基質(zhì)組成、采用中溫?zé)Y(jié)劑等技術(shù)手段開發(fā)出高耐磨產(chǎn)品G-17M,大幅度提升了產(chǎn)品的在900左右的耐磨性能,其在該溫度下的耐磨對比情況可

12、見下圖7。針對整個預(yù)分解系統(tǒng)運轉(zhuǎn)工況低,設(shè)備表面積大,能耗大的現(xiàn)狀,開發(fā)出了應(yīng)用于水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器的輕質(zhì)隔熱保溫耐堿澆注料。與傳統(tǒng)耐堿澆注料相比,該產(chǎn)品具有隔熱保溫效果好,耐堿侵蝕性能優(yōu)異的特點,可大大降低設(shè)備的外表面溫度,提高水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器的熱能利用率,減少熱量損失,降低能耗。同時,輕質(zhì)耐堿澆注料密度小,可減少澆注料用量和設(shè)備的自重,節(jié)約建設(shè)成本。具有較大的市場應(yīng)用和推廣價值。通過理論計算得出輕質(zhì)耐堿料的保溫性能。(環(huán)境溫度:20如表所示:改進施工方案,將原來的硅鈣板、耐火澆注料雙層結(jié)構(gòu)改為輕質(zhì)隔熱和高耐磨雙層噴涂料結(jié)構(gòu)。采用噴涂方式施工方便快捷,徹底解決了這些部位施工困難的問題,杜絕了由

13、于施工困難帶來的澆注料脫落、掉塊、燒塌等。噴涂施工是未來耐火材料發(fā)展的方向之一,且新開發(fā)的噴涂料會大大降低材料容重,從而降低設(shè)備自重,降低建設(shè)成本,促進水泥工業(yè)的節(jié)能降耗。部位推薦產(chǎn)品牌號推薦產(chǎn)品名稱13級預(yù)熱器GT-13NL或輕質(zhì)耐堿料高強耐堿耐火澆注料或輕質(zhì)耐堿料45級預(yù)熱器G-14N高溫高強耐堿耐火澆注料分解爐下部GC-13H抗結(jié)皮、防堵塞澆注料上升煙道GC-13H抗結(jié)皮、防堵塞澆注料喂料室斜坡GC-13H抗結(jié)皮、防堵塞澆注料分解爐G-16K高強耐堿低水泥澆注料后窯口G-16K高熱高鋁低水泥耐火澆注料窯門罩G-16K高熱高鋁低水泥耐火澆注料前窯口GC-18G-17K新型板狀剛玉澆注料高性

14、能窯口專用澆注料噴煤管GC-18 G-17P 新型板狀剛玉澆注料 高性能噴煤管專用澆注料 篦冷機喉部 G-16K 高熱高鋁低水泥耐火澆注料 篦冷機熱端 G-16 K 高強耐堿低水泥澆注料 篦冷機裙邊 GF-16K 高熱高鋁低水泥耐火澆注料 篦冷機冷端 G-16 高強耐堿耐火澆注料 三次風(fēng)管入口處和拐彎處 G-17M 高熱高鋁低水泥耐火澆注料 三次風(fēng)管其余部位 GB-16 高強耐堿低水泥澆注料 保溫隔熱層 LT-10 隔熱澆注料 4.2耐火材料施工質(zhì)量對上述配置方案使用效果的影響及解決方案 對于耐火材料水泥生產(chǎn)企業(yè)而言，一般耐火材料由一家單位提供，施工由另一家單位來進行。目前， 國內(nèi)的耐火材料施

15、工專業(yè)素質(zhì)整體參次不齊；同時，由于對耐火材料專業(yè)知識了解甚少，施工質(zhì)量 大打折扣，在一定程度上影響了產(chǎn)品設(shè)計性能的發(fā)揮，造成了產(chǎn)品使用壽命的縮減，從而不能達到 預(yù)期效果。因此，水泥窯用耐火材料以及施工的整體承包是我國水泥工業(yè)維修的整體發(fā)展趨勢。只 有這樣才能做到資源的優(yōu)化配置，使各部位耐火材料的整體使用壽命同步，達到同步使用、同步檢 修的目的，提高回轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)率，最終達到節(jié)能降耗、提高效益的目的。 我公司下屬的通達工程技術(shù)有限公司具有二級爐窯工程總承包資質(zhì)，保證了產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、制造、 施工、維護“服務(wù)鏈”的完整性，專業(yè)化的服務(wù)勢必為我國各大水泥生產(chǎn)企業(yè)的高效、低能耗、長周 期運轉(zhuǎn)保駕護航。 5 節(jié)能降耗的初步效果 通過優(yōu)化大型水泥窯耐火材料的整體配套方案和嚴格的施工，來提高耐火材料的整體使用壽命和回 轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)率，實現(xiàn)兩年三修、一年一修的目的。降低了水泥窯的維修次數(shù)和維修時間，節(jié)約了頻 繁開、停窯帶來的能源消耗；