水泥行業(yè)如何使用耐火材料節(jié)能技術(shù)

      能源問題是人類普遍關(guān)注的問題。水泥工業(yè)每年消耗燃料平均約為全世界消耗總量的 1.6%，水泥成本中能源費(fèi)可達(dá)30%以上。水泥企業(yè)已經(jīng)把節(jié)能問題作為關(guān)注的焦點(diǎn)。工信部節(jié)582號(hào) 文關(guān)于《工業(yè)和信息化部關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見》中明確指出“到‘十二五’末，全國(guó)水泥生產(chǎn)平均可比熟料綜合能耗小于114千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，水泥綜合能耗小于93千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。耐火材料作為水泥行業(yè)節(jié)能的原動(dòng)力，如何推進(jìn)耐火材料節(jié)能技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用成為廣大耐材企業(yè)的新課題。

      對(duì)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，其能源消耗也有不同，目前一般和國(guó)外水平差距較大。

      耐火材料節(jié)能的措施

      耐火材料節(jié)能主要有直接節(jié)能和間接節(jié)能，直接節(jié)能主要通過降低耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)，從而提高耐火材料的保溫性能達(dá)到節(jié)能的效果，間接節(jié)能主要通過降低耐火襯體整體導(dǎo)熱系數(shù)和提高襯體使用壽命來達(dá)到節(jié)能的目的。水泥窯熱損失主要有三部分組成：窯系統(tǒng)表面散熱的熱損失；系統(tǒng)排出廢氣的熱損失；出冷卻機(jī)熟料的熱損失。由于立磨和低溫余熱發(fā)電技術(shù)的成熟，系統(tǒng)排出廢氣的熱損失已得到充分利用；由于第三代和第四代篦式冷卻機(jī)的出現(xiàn)，冷卻機(jī)的效率已得到顯著的提高。由此可見，降低窯系統(tǒng)表面散熱的熱損失就顯得尤為重要,也是耐火材料節(jié)能的切入點(diǎn)。

      新型節(jié)能耐火材料

      窯系統(tǒng)表面散熱的熱損失包括預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯和冷卻機(jī)。其中回轉(zhuǎn)窯的散熱損失占總散熱損失的50%以上，因此開發(fā)和研制用于回轉(zhuǎn)窯的新型節(jié)能磚對(duì)于水泥行業(yè)節(jié)能尤為重要。新型節(jié)能耐火材料主要以輕質(zhì)骨料以及輕質(zhì)造孔劑為原料制成的輕質(zhì)耐磨磚，它通過降低材料的密度和提高材料的氣孔率來降低耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)，從而達(dá)到保溫節(jié)能的目的。這種輕質(zhì)耐磨磚主要用于回轉(zhuǎn)窯的分解帶。

      輕質(zhì)耐磨磚用于水泥回傳窯如窯后面10~15米，對(duì)于4.8×74m的5000噸級(jí)水泥窯一般用于56.2-73.2米處，對(duì)于4.0×60m的2500噸級(jí)水泥窯一般用于45.9-59.1米的位置處，與其他磚種性能對(duì)比見下表。

      從表中可以看出，輕質(zhì)耐磨磚有較低的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的體積密度。荷重軟化溫度和耐壓強(qiáng)度也有所降低，但不影響輕質(zhì)耐磨磚的使用，因?yàn)樵谶@一區(qū)間，物料的熱負(fù)荷較小，固體物料的沖刷和磨損也較輕，因此在耐火材料配置上，主要考慮適抗堿侵蝕能力即可。

      通過輕質(zhì)耐磨磚在回轉(zhuǎn)窯的實(shí)際應(yīng)用，起到了較好的保溫效果，在窯筒體外表風(fēng)速為2.5m/s；室外平均溫度為25℃的情況下，使用輕質(zhì)耐磨磚的筒體溫度為247℃，使用硅莫磚的筒體表面溫度為289℃。

      新型襯體結(jié)構(gòu)

      用新型襯體結(jié)構(gòu)，通過對(duì)耐火材料安裝進(jìn)行改造，可以提高耐火材料的使用壽命，從而達(dá)到節(jié)能的效果。下面介紹篦冷機(jī)通過襯體改造后的節(jié)能情況。

      1.篦冷機(jī)頂部

      篦冷機(jī)頂部施工難度大，尤其一段頂部環(huán)境溫度可達(dá)1100℃，熱氣流對(duì)耐火材料沖刷嚴(yán)重，因此經(jīng)常出現(xiàn)剝落、燒塌現(xiàn)象，耐火材料使用壽命短。采用陶瓷錨固件整體澆注作的方法可以大幅度提高襯體的使用壽命，而且還可以降低耐火襯體的導(dǎo)熱系數(shù)。具體方法見圖二，工藝過程主要包括：焊接槽鋼-吊掛陶瓷錨固磚-貼鈣板-支模-澆注。
      由于陶瓷錨固件具有如下特點(diǎn)：

      1）使用溫度高，可以在1300℃長(zhǎng)時(shí)間使用，非金屬材料具有很強(qiáng)的耐酸堿侵蝕性能，不會(huì)出現(xiàn)金屬錨固件在高溫下的氧化、開焊而引起耐火材料剝落的現(xiàn)象；

      2）與耐火材料有相近的導(dǎo)熱系數(shù)，減少由于不同材料間的體積變化差異產(chǎn)生的應(yīng)力；

      3）由于陶瓷錨固件代替金屬錨固件減少了熱橋效應(yīng)，使整體導(dǎo)熱性能降低，因此節(jié)能效果也明顯增強(qiáng)。

      通過實(shí)際測(cè)量篦冷機(jī)各段溫度，平均降低10℃，節(jié)能情況見表4。
 

      2.篦冷機(jī)矮墻

      篦冷機(jī)矮墻要長(zhǎng)期承受300-1450℃的高溫熟料顆粒的沖刷，同時(shí)跟冷熱空氣交替接觸，使矮墻損壞較快。目前采用矮墻整體預(yù)制的方法進(jìn)行制作，這種方法有可以快速安裝、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀制作、免受水泥廠施工環(huán)境影響，而且制作過程給予充分的養(yǎng)護(hù)和烘烤可以達(dá)到佳的耐火材料性能。因此可以大大提高砌墻的使用壽命。更重要的是矮墻砌塊采用了輕質(zhì)和重質(zhì)材料復(fù)合，因此降低了耐火襯體的導(dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到了良好的節(jié)能效果。

      水泥行業(yè)通過采取節(jié)能措施達(dá)到噸熟料消耗標(biāo)煤101公斤的目標(biāo)還有一定差距，但相信通過將耐火材料與應(yīng)用技術(shù)不斷結(jié)合，作為節(jié)能原動(dòng)力的耐火材料一定會(huì)為水泥窯節(jié)能作出新貢獻(xiàn)。