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回轉窯用隔熱內襯制品 助推水泥企業節能增效
發布日期:2013/10/8  
回轉窯用隔熱內襯制品 助推水泥企業節能增效
隨著國家對環境保護力度的增強和行業兼并重組的逐步深入,水泥企業的節能減排壓力也越來越大。作為上游企業,鄭州中本窯爐材料有限公司長年致力于環保節能耐材制品的研制、開發和推廣,已初步確定了開發“長效節能”制品的長期戰略,服務于大中型水泥企業,現將推廣應用中的經驗教訓與大家探討共享。
一、    改變傳統觀念,科學開發功能制品
回轉窯內襯用長效節能制品已有多年的發展歷史。上世紀90年代末,國內耐材行業曾推出過磷酸鹽系列的復合制品,即在筒體端采用輕質材料與工作面的重質磷酸鹽制品復合成一體,起到了一定的降低筒體溫度和節約能源的作用,但隨著行業的發展,窯徑日益變大,通過的物料由每天幾百噸增加到上萬噸,作為回轉窯主體內襯的磷酸鹽制品逐步被淘汰。復合的隔熱形式很難在高溫煅燒工藝中復制,這是因為輕質保溫制品的煅燒溫度一般在1100℃以下,而高溫制品一般應達到1450℃以上甚至1700℃左右,很難把二者復合在一起共同燒結。比如復合高鋁制品,復合尖晶石制品,盡管筒體端的復合層相對密度較小,一般也超過1.8g/cm3,為了防止斷裂和達到與重質磚的漲縮一致,有的復合層密度幾乎與重質磚相差無幾,只是在色澤上有所不同,根本達不到隔熱保溫作用。尖晶石制品也曾試用過鑲嵌式隔熱,但制品的強度較低和熱震較差,均由于使用壽命的縮短和支撐力度不夠而被市場淘汰。
任何節能制品的市場化如果沒有“長效”的使用壽命作保證,終將不被認可。
鄭州中本窯爐材料有限公司09年開始水泥窯內襯“長效節能”制品的研發和試用,在選材和隔熱方式上進行了無數次的試驗探索。我們認為,耐火材料的使用功能,不能僅局限于耐高溫和抗沖刷上,而應根據企業的使用工況,著眼于行業的功效發展,將內襯制品的功能延伸到保護設備、延長壽命、節約能源,提高用戶效益等方面。大中型水泥回轉窯的普遍狀況是:1、熱耗嚴重,造成能源浪費;2、設備荷載重,動力事故率高;3、設備筒體溫度過高,易紅窯變型;4、窯內環境復雜,內襯損毀因素多。尤其是在回轉窯過渡帶,環境要求更苛刻,在這一環節打造功能制品,成為中本公司科研項目的重要攻關課題。
二、    隔熱硅剛玉磚的長效性能及使用范圍
通過近三年的努力,中本公司在2011年底推出了第一批“長效節能”產品—隔熱硅剛玉磚,并申報了國家發明專利和實用新型專利。這是一項為回轉窯非燒成帶量身打造的功能制品,它不僅優化了傳統內襯制品的理化性能,而且對回轉窯的安全生產和延長設備壽命起到了良好的輔助作用。
隔熱硅剛玉磚采用高耐磨材料—黑剛玉和碳化硅作為基礎材料,高壓成型后在半還原氣氛下進行封閉燒結,使制品強度大大提高,顯氣孔率有所降低。隔熱層采用鑲嵌方式在燒結后復合,解決了傳統復合磚易開裂和共燒結困難的問題。隔熱硅剛玉磚的性能特點歸納為以下幾個方面。
1、 強度大,抗沖刷和高耐磨性能強。莫氏硬度達8.8CC以上,冷態強度控制在120-150Mpa之間,磨蝕量低于3.2cm3
2、熱震穩定性好。1100℃水冷達到20次以上,是尖晶石制品的3倍,不易炸裂和剝落;
3、隔熱效果顯著。自身導熱系數小,加上隔熱層(導熱系數僅為0.1w/M.K)對筒體的保護,使筒體溫度較尖晶石磚降低60-80℃,比硅莫系列產品降低30-60℃;
4、抗侵蝕性能優良。其借助制品在高溫下形成的釉面對氣孔的封閉,阻礙了有害氣體的滲透和破壞;
5、膨脹系數小于堿性制品而略大于硅莫制品,基本與筒體脹縮同步,測試值為+0.3-0.4,可有效避免松動掉磚,減少維修次數;
6、密度相對較小,相同體積比尖晶石磚減少重量15% ,降低筒體負荷,有利于設備安全運行,減少費用支出;
7、節能效果顯著。
隔熱硅剛玉磚屬大中型回轉窯非燒成帶制品,尤其適用于上下過渡帶及分解帶,具有使用壽命長,保護設備安全,節能降耗的優良品質,特別是在使用的中后期,即內襯磨損到150mm以下,筒體溫度仍無明顯變化,同一測試點溫度波動幅度一般在10℃以內,運行安全穩定。值得注意的是,隔熱硅剛玉磚掛窯皮性能欠佳,屬于抗結皮制品,不適用于燒成帶使用,若在冷卻帶使用,也不宜使用區段過長,可根據噴煤管對火焰的控制狀況,在堿性制品掛不上窯皮的區段選用最佳。
另外,由于回轉窯筒體傾角及運轉動應力對內襯的影響,幾次開停窯后整體內襯有向窯口滑動的風險,加上燒成帶熱膨脹應力的推動,窯口內襯所承受的擠壓力巨大。因此,我們建議窯口區段使用隔熱硅剛玉制品時,盡管自身膨脹系數相對較小,但仍需加膨脹紙板,以緩沖擠壓力對內襯的破壞,確保使用壽命的延長。
 
 
三、應用案例和客戶意見分析
硅剛玉磚最早于2010年在山水集團淄博水泥公司5000t/d生產線上試用,主要為驗證制品的使用周期,并未采用硅剛玉制品的稱謂。當時砌筑位置是在23-35米處,使用一年后殘磚厚度平均為160mm,表面平整,驗證了制品長效的使用壽命。我們于2012年2月推出隔熱硅剛玉制品,先后在山西威頓水泥、 智海集團、鞏義永安、禹州錦信、冀東集團秦嶺水泥、磐石公司、吉港集團、安徽盤景水泥等20余家近30條生產線上使用,均取得了“長效節能”的良好使用效果。
山西威頓水泥集團三條生產線是最早使用隔熱硅剛玉內襯制品的,使用位置在21米-35米區段,正常投產后筒體溫度比原來采用硅莫紅磚降低40℃,該段筒體溫度無明顯波動,平均在260℃左右。到2013年7月,使用15個月后停窯檢修,殘磚厚度均在130-150mm之間,若設備運轉正常仍可再延長6個月以上。威頓水泥負責人在回函中表示,根據山西對節能環保的要求,改進導熱率高的內襯制品迫在眉睫,選用隔熱硅剛玉磚,不僅在使用壽命上有保證,而且在運轉率方面也有很大提高,免去了使用后期因筒體溫度過高而必須淋水降溫的工序,根治了設備紅窯變型的隱患,滿足了安全生產、節能降耗的需求。
河南永安日產5000t熟料生產線投產后內襯使用周期一直不太理想,特別是過渡帶筒體溫度一直處于360℃以上高溫運行。自2012年采用中本公司隔熱硅剛玉磚,砌筑在24-39米區段,至今運轉正常,筒體溫度平均在280℃左右。今年7月份進窯檢查,窯襯磨損平整,平均厚度還有150mm。永安公司介紹,此段內襯原來每米使用10噸尖晶石磚,而采用隔熱硅剛玉磚每米僅需8.5噸,既延長了使用壽命又節約了開支,性價比確實比較高,下一步計劃除燒成帶20米外全線采用隔熱硅剛玉制品,估計節約能源費用不低于300萬元/年。
冀東秦嶺水泥技術負責人說,剛開始試用時,抱著一種試試看的態度,然而使用2個月后就改變了看法,因為隔熱硅剛玉磚在降低筒體溫度和阻止熱流失方面的確有良好的效果。他們日產5000t生產線的溫度監測系統顯示,相同的工況環境下,筒體溫度比尖晶石磚降低60-70℃,同一監測點上的溫度波動降低3倍以上,對保護筒體設備起到了良好作用。目前在19-27.4米這一環境惡劣的區段已使用10個月,筒體溫度沒有大的變化,說明內襯狀況良好。通過技術人員核算,若在5000t/d線上全部采用該產品,每噸熟料可節煤5kg以上,為秦嶺水泥的節能減排貢獻突出。
目前,吉崗水泥和錦信水泥的技術人員通過使用也都表示,采用隔熱硅剛玉制品后,不再擔心會發生紅窯風險。特別是智海集團回轉窯30-38米處長期處于高溫運行,一直是企業困擾的問題,改用隔熱硅剛玉磚后,窯溫一下由360℃降低到了300℃以下,為設備安全運行提供了保障。
四、隔熱制品的功能特點及降耗分析
隔熱硅剛玉制品與傳統復合制品的最大區別在于制品燒成后的鑲嵌方式。實踐證明,隔熱硅剛玉制品的抗壓強度完全能夠滿足工況環境的要求,具有良好的抵抗窯內剪切力及機械應力的特點。制品設計的支撐面積和體積適應回轉窯在開停和運轉過程中的耐磨耐壓需求,無任何隱患產生。隔熱層材料的導熱系數小于0.1W/M.K,有效阻斷制品向筒體的熱傳遞,對保護設備、節約能源消耗有顯著作用,使窯爐內襯的壽命延長30-50% ,降低筒體溫度30-80℃,節約能耗3-6% ,減少排放,對水泥企業的增效節能起到了顯著的推動作用。
根據國內高溫研究所等科研部門的權威測評,日產5000噸熟料的生產線,2/3區段采用隔熱硅剛玉制品作內襯時,按平均降低筒體溫度50℃計算,每年可節約燃煤保守值為3000-8000噸,直接增效價值最低為300萬元。同時,可減少二氧化碳排放8000-15000噸(每噸標煤燃燒后產生2.7噸二氧化碳),已成為水泥行業節能減排不可忽略的重要元素。
2013年,中本公司又開發出“隔熱高耐磨磚”等新型功能制品,申報國家專利六項。我們相信,隨著隔熱硅剛玉制品的逐步推廣和被市場接受,新的功能性環保耐火制品將會被不斷挖掘和廣泛應用。在創新的道路上,鄭州中本窯爐材料有限公司也將一如既往地攜手水泥企業共創輝煌!
 

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