水泥行业如何使用耐火材料节能技术

      能源问题是人类普遍关注的问题。水泥工业每年消耗燃料平均约为全世界消耗总量的 1.6%，水泥成本中能源费可达30%以上。水泥企业已经把节能问题作为关注的焦点。工信部节582号 文关于《工业和信息化部关于水泥工业节能减排的指导意见》中明确指出“到‘十二五’末，全国水泥生产平均可比熟料综合能耗小于114千克标准煤/吨，水泥综合能耗小于93千克标准煤/吨。耐火材料作为水泥行业节能的原动力，如何推进耐火材料节能技术在水泥行业的应用成为广大耐材企业的新课题。

      对于新型干法水泥生产线而言，其能源消耗量受其生产规模、设备选型、工艺状况、原料差异、管理水平等因素的影响，其能源消耗也有不同，目前一般和国外水平差距较大。

      耐火材料节能的措施

      耐火材料节能主要有直接节能和间接节能，直接节能主要通过降低耐火材料的导热系数，从而提高耐火材料的保温性能达到节能的效果，间接节能主要通过降低耐火衬体整体导热系数和提高衬体使用寿命来达到节能的目的。水泥窑热损失主要有三部分组成：窑系统表面散热的热损失；系统排出废气的热损失；出冷却机熟料的热损失。由于立磨和低温余热发电技术的成熟，系统排出废气的热损失已得到充分利用；由于第三代和第四代篦式冷却机的出现，冷却机的效率已得到显著的提高。由此可见，降低窑系统表面散热的热损失就显得尤为重要,也是耐火材料节能的切入点。

      新型节能耐火材料

      窑系统表面散热的热损失包括预热器、回转窑和冷却机。其中回转窑的散热损失占总散热损失的50%以上，因此开发和研制用于回转窑的新型节能砖对于水泥行业节能尤为重要。新型节能耐火材料主要以轻质骨料以及轻质造孔剂为原料制成的轻质耐磨砖，它通过降低材料的密度和提高材料的气孔率来降低耐火材料的导热系数，从而达到保温节能的目的。这种轻质耐磨砖主要用于回转窑的分解带。

      轻质耐磨砖用于水泥回传窑如窑后面10~15米，对于4.8×74m的5000吨级水泥窑一般用于56.2-73.2米处，对于4.0×60m的2500吨级水泥窑一般用于45.9-59.1米的位置处，与其他砖种性能对比见下表。

      从表中可以看出，轻质耐磨砖有较低的导热系数和较低的体积密度。荷重软化温度和耐压强度也有所降低，但不影响轻质耐磨砖的使用，因为在这一区间，物料的热负荷较小，固体物料的冲刷和磨损也较轻，因此在耐火材料配置上，主要考虑适抗碱侵蚀能力即可。

      通过轻质耐磨砖在回转窑的实际应用，起到了较好的保温效果，在窑筒体外表风速为2.5m/s；室外平均温度为25℃的情况下，使用轻质耐磨砖的筒体温度为247℃，使用硅莫砖的筒体表面温度为289℃。

      新型衬体结构

      用新型衬体结构，通过对耐火材料安装进行改造，可以提高耐火材料的使用寿命，从而达到节能的效果。下面介绍篦冷机通过衬体改造后的节能情况。

      1.篦冷机顶部

      篦冷机顶部施工难度大，尤其一段顶部环境温度可达1100℃，热气流对耐火材料冲刷严重，因此经常出现剥落、烧塌现象，耐火材料使用寿命短。采用陶瓷锚固件整体浇注作的方法可以大幅度提高衬体的使用寿命，而且还可以降低耐火衬体的导热系数。具体方法见图二，工艺过程主要包括：焊接槽钢-吊挂陶瓷锚固砖-贴钙板-支模-浇注。
      由于陶瓷锚固件具有如下特点：

      1）使用温度高，可以在1300℃长时间使用，非金属材料具有很强的耐酸碱侵蚀性能，不会出现金属锚固件在高温下的氧化、开焊而引起耐火材料剥落的现象；

      2）与耐火材料有相近的导热系数，减少由于不同材料间的体积变化差异产生的应力；

      3）由于陶瓷锚固件代替金属锚固件减少了热桥效应，使整体导热性能降低，因此节能效果也明显增强。

      通过实际测量篦冷机各段温度，平均降低10℃，节能情况见表4。
 

      2.篦冷机矮墙

      篦冷机矮墙要长期承受300-1450℃的高温熟料颗粒的冲刷，同时跟冷热空气交替接触，使矮墙损坏较快。目前采用矮墙整体预制的方法进行制作，这种方法有可以快速安装、实现复杂形状制作、免受水泥厂施工环境影响，而且制作过程给予充分的养护和烘烤可以达到佳的耐火材料性能。因此可以大大提高砌墙的使用寿命。更重要的是矮墙砌块采用了轻质和重质材料复合，因此降低了耐火衬体的导热系数，达到了良好的节能效果。

      水泥行业通过采取节能措施达到吨熟料消耗标煤101公斤的目标还有一定差距，但相信通过将耐火材料与应用技术不断结合，作为节能原动力的耐火材料一定会为水泥窑节能作出新贡献。