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%，水泥成本中能源費可達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。工信部節(jié)582號 文關(guān)于《工業(yè)和信息化部關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導意見》中明確指出“到‘十二五’末，全國水泥生產(chǎn)平均可比熟料綜合能耗小于114千克標準煤/噸，水泥綜合能耗小于93千克標準煤/噸。耐火材料作為水泥行業(yè)節(jié)能的原動力，如何推進耐火材料節(jié)能技術(shù)在水泥行業(yè)的應用成為廣大耐材企業(yè)的新課題。

      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熱系數(shù)，從而提高耐火材料的保溫性能達到節(jié)能的效果，間接節(jié)能主要通過降低耐火襯體整體導熱系數(shù)和提高襯體使用壽命來達到節(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的出現(xiàn)，冷卻機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。

      新型節(jié)能耐火材料

      窯系統(tǒng)表面散熱的熱損失包括預熱器、回轉(zhuǎn)窯和冷卻機。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熱系數(shù)，從而達到保溫節(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，對于4.8×74m的5000噸級水泥窯一般用于56.2-73.2米處，對于4.0×60m的2500噸級水泥窯一般用于45.9-59.1米的位置處，與其他磚種性能對比見下表。

      從表中可以看出，輕質(zhì)耐磨磚有較低的導熱系數(shù)和較低的體積密度。荷重軟化溫度和耐壓強度也有所降低，但不影響輕質(zhì)耐磨磚的使用，因為在這一區(qū)間，物料的熱負荷較小，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)窯的實際應用，起到了較好的保溫效果，在窯筒體外表風速為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)，通過對耐火材料安裝進行改造，可以提高耐火材料的使用壽命，從而達到節(jié)能的效果。下面介紹篦冷機通過襯體改造后的節(jié)能情況。

      1.篦冷機頂部

      篦冷機頂部施工難度大，尤其一段頂部環(huán)境溫度可達1100℃，熱氣流對耐火材料沖刷嚴重，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：

      1）使用溫度高，可以在1300℃長時間使用，非金屬材料具有很強的耐酸堿侵蝕性能，不會出現(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)生的應力；

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

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

      2.篦冷機矮墻

      篦冷機矮墻要長期承受300-1450℃的高溫熟料顆粒的沖刷，同時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制的方法進行制作，這種方法有可以快速安裝、實現(xiàn)復雜形狀制作、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)護和烘烤可以達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)材料復合，因此降低了耐火襯體的導熱系數(shù)，達到了良好的節(jié)能效果。

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