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(jì)的快速增長,國家對基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)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(qiáng)勁拉動了水泥的生產(chǎn)和消費(fèi)。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(biāo)是:新型干法水泥噸熟料熱耗由

2、130千克下降到110千克標(biāo)準(zhǔn)煤,采用余熱發(fā)電生產(chǎn)線達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)立窯的熟料生產(chǎn)能力達(dá)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(biāo),2010年新型干法水泥的比重要達(dá)到70%以上。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),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(dá)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(jī)立窯比預(yù)分解窯多耗能近三成,而普通機(jī)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(jì)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(yùn)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(jìn)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。從水泥窯用耐火材料的角度出發(fā),水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步,生產(chǎn)每噸水泥消耗耐火材料從過去的1.2千克降到目前的0.58千克,一些高檔的低水泥耐火澆注料取得了較好的使用效果,其應(yīng)用范圍也在不斷的擴(kuò)展。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(jìn)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(diǎn)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

5、,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(jiān)持水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的“四零一負(fù)”戰(zhàn)略目標(biāo)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)環(huán)境完全實(shí)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(shí)現(xiàn)水泥企業(yè)對外界電能的零消耗;水泥企業(yè)完全實(shí)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(shí)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(kuò)大利廢功能,銷納各種廢物,減輕環(huán)境負(fù)荷,為全社會廢渣、廢料的負(fù)增長做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。2. 加快水泥工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整,促進(jìn)新型干法預(yù)分解水泥

6、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(jì)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)展的潛力巨大。3. 加大水泥窯垃圾焚燒技術(shù)的開發(fā)力度,逐步加強(qiáng)推廣和應(yīng)用隨著我國城市化進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)的自身特點(diǎn),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(yùn)轉(zhuǎn)率和運(yùn)轉(zhuǎn)周期,降低水泥

7、窯的維修次數(shù),達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中暴露的一些問題,結(jié)合水泥工藝運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn),提供一整套完善的耐火材料的配套方案,提高運(yùn)轉(zhuǎn)率,最終達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中的新特點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中的新特點(diǎn)3.1.1回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)窯溫普遍提高預(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。3.1.2 堿、氯、硫等揮發(fā)

8、性組分對耐火澆注料的侵蝕加劇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。3.1.3窯徑的加大、窯速的提高增加了周期性機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力破壞目前,預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速為34r·min-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(jī)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3.2.1水泥窯的一些關(guān)鍵部位(如:前窯口、燃燒

9、器耐火材料的使用壽命短,還不能滿足生產(chǎn)的需要。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。3.2.2窯門罩頂部易出現(xiàn)燒穿的情況,導(dǎo)致水泥窯被迫停窯維修伴隨著回轉(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。3.2.3下料斜坡、煙室部位結(jié)皮嚴(yán)重,加速了耐材的損壞,造成殼體變形低品位原料、無煙煤、劣質(zhì)煤以及固體廢棄物

10、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(yán)重的致使殼體超溫、變形。3.2.4 三次風(fēng)管彎頭、擋風(fēng)閥部位耐磨料磨損嚴(yán)重,使用周期短該部位的工況溫度在8001000,含粉塵的三次風(fēng)速度達(dá)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(yán)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(jī)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)

11、能降耗的效果針對大型干法水泥窯在生產(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(yàn),在深入剖析耐火襯里損壞機(jī)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4.1.1一些關(guān)鍵部位(前窯口、燃燒器耐火材料的配置結(jié)合該部位運(yùn)行的工況特點(diǎn),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,

12、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)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(diǎn),其用于5000t/d以上的水泥窯前窯口部位可以達(dá)到12個月以上,燃燒器部位達(dá)到6個月以上。該產(chǎn)品2004年12月在海螺集團(tuán)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(bǔ)后仍在使用中;燃燒器部位使用該產(chǎn)品達(dá)到了10個月,取得了令人滿意的效果,見下圖6。4.1.2三次風(fēng)管彎頭、擋風(fēng)閥的耐火材料配置針對該部位耐火澆注料耐磨性能差的特點(diǎn),通過優(yōu)化產(chǎn)品的基

13、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見下圖7。4.1.3預(yù)分解系統(tǒng)耐火材料的輕質(zhì)化針對整個預(yù)分解系統(tǒng)運(yùn)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(diǎn),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(jì)算得出輕質(zhì)耐堿料的保溫性能。(環(huán)境溫度:

14、20如表所示:4.1.4大型水泥窯其它部位的耐火材料配置方案改進(jìn)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(jìn)水泥工業(yè)的節(jié)能降耗。4.1.5大型水泥窯典型耐火材料配置方案部位推薦產(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(qiáng)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(qiáng)耐堿耐火澆注料分解爐下部GC-13H抗結(jié)皮、防堵塞

15、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(qiáng)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(jī)喉部 G-16K 高熱高鋁低水泥耐火澆注料 篦冷機(jī)熱端 G-16 K 高強(qiáng)耐堿低水泥澆注料 篦冷機(jī)裙邊 GF-16K 高熱高鋁低水泥耐火澆注料 篦冷機(jī)冷端 G-16 高強(qiáng)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

16、風(fēng)管其余部位 GB-16 高強(qiáng)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(jìn)行。目前， 國內(nèi)的耐火材料施工專業(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(jì)性能的發(fā)揮，造成了產(chǎn)品使用壽命的縮減，從而不能達(dá)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(dá)到同步使用、同步檢 修的目的，提高回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，最終達(dá)到節(jié)能降耗、提高效益的目的。 我公司下屬的通達(dá)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(jì)、開發(fā)、制造、 施工、維護(hù)“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(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)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(yán)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(yùn)轉(zhuǎn)率，實(shí)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