水泥窯耐火材料優(yōu)化配置對(duì)水泥窯節(jié)能降耗的作用

1、摘要:本文介紹了我國水泥工業(yè)的能源消耗現(xiàn)狀，分析了新型干法水泥窯在工藝運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的新特點(diǎn)以及耐火材料在使用過程中暴露的一些問題，通過優(yōu)化預(yù)分解水泥窯耐火材料的配置，最終達(dá)到水泥窯節(jié)能降耗的作用。關(guān)鍵詞：耐火材料水泥窯節(jié)能前  言隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，國家對(duì)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(huì)固定資產(chǎn)投資保持年均20%以上的高速增長，強(qiáng)勁拉動(dòng)了水泥的生產(chǎn)和消費(fèi)。2005年全國水泥產(chǎn)量噸，較2000年凈增多噸，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

2、。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)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。一、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(gè)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

3、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(shí)，加大淘汰落后生產(chǎn)能力的力度。屆時(shí)，新型干法水泥產(chǎn)量達(dá)到噸左右，國內(nèi)市場(chǎng)可以保持供需基本平衡。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

4、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(duì)比可以清晰的看出，水泥生產(chǎn)工藝技術(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(gè)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千克降到目前的千克，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。新型干法能耗和國外水平比較對(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，其能源的消耗量也有所不同；國內(nèi)的一般水

5、平和國外的先進(jìn)水平差距較大，具體對(duì)比情況見下表：二、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，在水泥行業(yè)開展節(jié)能降耗可以從以下幾個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)天然礦物燃料(煤、油、天然氣)的零消耗；節(jié)約資源，擴(kuò)

6、大利廢功能，銷納各種廢物，減輕環(huán)境負(fù)荷，為全社會(huì)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(shì)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(chǎng)推廣和應(yīng)用價(jià)值。4、優(yōu)化新型預(yù)分解水泥窯的

7、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。三、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新型預(yù)分解窯工藝運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的新特點(diǎn)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

8、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)性組分對(duì)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(duì)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。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，窯徑由2000t/d的 4m，到 5000t/d的，再到10000t/d的6m。窯徑加大、窯速提高，對(duì)耐火材料的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力加劇。不定型耐火材料在使用過程中暴露出

9、的一些新問題水泥窯的一些關(guān)鍵部位（如：前窯口、燃燒器）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(gè)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(gè)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。322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(shí)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。323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

10、形低品位原料、無煙煤、劣質(zhì)煤以及固體廢棄物的煅燒，造成整個(gè)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。334三次風(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(gè)月，長的也只有6個(gè)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

11、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(duì)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(shì)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(cuò)的使用效果，在此愿和大家一起分享。大型水泥窯用耐火材料優(yōu)化配套方案一些關(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

12、期是610個(gè)月。同時(shí)，針對(duì)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(gè)月以上，燃燒器部位達(dá)到6個(gè)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)在線投入使用，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(gè)月，取得了令人滿意的效果，見下圖6。三次風(fēng)管彎頭、擋風(fēng)閥的耐火材料配置針對(duì)該部位耐火澆注料耐磨性能差的特點(diǎn)，通

13、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(duì)比情況可見下圖7。預(yù)分解系統(tǒng)耐火材料的輕質(zhì)化針對(duì)整個(gè)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(shí)，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(chǎng)應(yīng)用和推廣價(jià)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

14、度：20）如表所示：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(huì)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。大型水泥窯典型耐火材料配置方案部位推薦產(chǎn)品牌號(hào)推薦產(chǎn)品名稱13級(jí)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(jí)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、防堵塞澆注料上升煙道

15、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-18G-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

16、LT-10隔熱澆注料耐火材料施工質(zhì)量對(duì)上述配置方案使用效果的影響及解決方案對(duì)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(shí)，由于對(duì)耐火材料專業(yè)知識(shí)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(shì)。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(jí)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(shì)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。五、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