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回转窑用隔热内衬制品 助推水泥企业节能增效
发布日期:2013/10/8   郑州中本耐火科技股份有限公司
回转窑用隔热内衬制品 助推水泥企业节能增效
随着国家对环境保护力度的增强和行业兼并重组的逐步深入,水泥企业的节能减排压力也越来越大。作为上游企业,郑州中本窑炉材料有限公司长年致力于环保节能耐材制品的研制、开发和推广,已初步确定了开发“长效节能”制品的长期战略,服务于大中型水泥企业,现将推广应用中的经验教训与大家探讨共享。
一、    改变传统观念,科学开发功能制品
回转窑内衬用长效节能制品已有多年的发展历史。上世纪90年代末,国内耐材行业曾推出过磷酸盐系列的复合制品,即在筒体端采用轻质材料与工作面的重质磷酸盐制品复合成一体,起到了一定的降低筒体温度和节约能源的作用,但随着行业的发展,窑径日益变大,通过的物料由每天几百吨增加到上万吨,作为回转窑主体内衬的磷酸盐制品逐步被淘汰。复合的隔热形式很难在高温煅烧工艺中复制,这是因为轻质保温制品的煅烧温度一般在1100℃以下,而高温制品一般应达到1450℃以上甚至1700℃左右,很难把二者复合在一起共同烧结。比如复合高铝制品,复合尖晶石制品,尽管筒体端的复合层相对密度较小,一般也超过1.8g/cm3,为了防止断裂和达到与重质砖的涨缩一致,有的复合层密度几乎与重质砖相差无几,只是在色泽上有所不同,根本达不到隔热保温作用。尖晶石制品也曾试用过镶嵌式隔热,但制品的强度较低和热震较差,均由于使用寿命的缩短和支撑力度不够而被市场淘汰。
任何节能制品的市场化如果没有“长效”的使用寿命作保证,终将不被认可。
郑州中本窑炉材料有限公司09年开始水泥窑内衬“长效节能”制品的研发和试用,在选材和隔热方式上进行了无数次的试验探索。我们认为,耐火材料的使用功能,不能仅局限于耐高温和抗冲刷上,而应根据企业的使用工况,着眼于行业的功效发展,将内衬制品的功能延伸到保护设备、延长寿命、节约能源,提高用户效益等方面。大中型水泥回转窑的普遍状况是:1、热耗严重,造成能源浪费;2、设备荷载重,动力事故率高;3、设备筒体温度过高,易红窑变型;4、窑内环境复杂,内衬损毁因素多。尤其是在回转窑过渡带,环境要求更苛刻,在这一环节打造功能制品,成为中本公司科研项目的重要攻关课题。
二、    隔热硅刚玉砖的长效性能及使用范围
通过近三年的努力,中本公司在2011年底推出了第一批“长效节能”产品—隔热硅刚玉砖,并申报了国家发明专利和实用新型专利。这是一项为回转窑非烧成带量身打造的功能制品,它不仅优化了传统内衬制品的理化性能,而且对回转窑的安全生产和延长设备寿命起到了良好的辅助作用。
隔热硅刚玉砖采用高耐磨材料—黑刚玉和碳化硅作为基础材料,高压成型后在半还原气氛下进行封闭烧结,使制品强度大大提高,显气孔率有所降低。隔热层采用镶嵌方式在烧结后复合,解决了传统复合砖易开裂和共烧结困难的问题。隔热硅刚玉砖的性能特点归纳为以下几个方面。
1、 强度大,抗冲刷和高耐磨性能强。莫氏硬度达8.8CC以上,冷态强度控制在120-150Mpa之间,磨蚀量低于3.2cm3
2、热震稳定性好。1100℃水冷达到20次以上,是尖晶石制品的3倍,不易炸裂和剥落;
3、隔热效果显著。自身导热系数小,加上隔热层(导热系数仅为0.1w/M.K)对筒体的保护,使筒体温度较尖晶石砖降低60-80℃,比硅莫系列产品降低30-60℃;
4、抗侵蚀性能优良。其借助制品在高温下形成的釉面对气孔的封闭,阻碍了有害气体的渗透和破坏;
5、膨胀系数小于碱性制品而略大于硅莫制品,基本与筒体胀缩同步,测试值为+0.3-0.4,可有效避免松动掉砖,减少维修次数;
6、密度相对较小,相同体积比尖晶石砖减少重量15% ,降低筒体负荷,有利于设备安全运行,减少费用支出;
7、节能效果显著。
隔热硅刚玉砖属大中型回转窑非烧成带制品,尤其适用于上下过渡带及分解带,具有使用寿命长,保护设备安全,节能降耗的优良品质,特别是在使用的中后期,即内衬磨损到150mm以下,筒体温度仍无明显变化,同一测试点温度波动幅度一般在10℃以内,运行安全稳定。值得注意的是,隔热硅刚玉砖挂窑皮性能欠佳,属于抗结皮制品,不适用于烧成带使用,若在冷却带使用,也不宜使用区段过长,可根据喷煤管对火焰的控制状况,在碱性制品挂不上窑皮的区段选用最佳。
另外,由于回转窑筒体倾角及运转动应力对内衬的影响,几次开停窑后整体内衬有向窑口滑动的风险,加上烧成带热膨胀应力的推动,窑口内衬所承受的挤压力巨大。因此,我们建议窑口区段使用隔热硅刚玉制品时,尽管自身膨胀系数相对较小,但仍需加膨胀纸板,以缓冲挤压力对内衬的破坏,确保使用寿命的延长。
 
 
三、应用案例和客户意见分析
硅刚玉砖最早于2010年在山水集团淄博水泥公司5000t/d生产线上试用,主要为验证制品的使用周期,并未采用硅刚玉制品的称谓。当时砌筑位置是在23-35米处,使用一年后残砖厚度平均为160mm,表面平整,验证了制品长效的使用寿命。我们于2012年2月推出隔热硅刚玉制品,先后在山西威顿水泥、 智海集团、巩义永安、禹州锦信、冀东集团秦岭水泥、磐石公司、吉港集团、安徽盘景水泥等20余家近30条生产线上使用,均取得了“长效节能”的良好使用效果。
山西威顿水泥集团三条生产线是最早使用隔热硅刚玉内衬制品的,使用位置在21米-35米区段,正常投产后筒体温度比原来采用硅莫红砖降低40℃,该段筒体温度无明显波动,平均在260℃左右。到2013年7月,使用15个月后停窑检修,残砖厚度均在130-150mm之间,若设备运转正常仍可再延长6个月以上。威顿水泥负责人在回函中表示,根据山西对节能环保的要求,改进导热率高的内衬制品迫在眉睫,选用隔热硅刚玉砖,不仅在使用寿命上有保证,而且在运转率方面也有很大提高,免去了使用后期因筒体温度过高而必须淋水降温的工序,根治了设备红窑变型的隐患,满足了安全生产、节能降耗的需求。
河南永安日产5000t熟料生产线投产后内衬使用周期一直不太理想,特别是过渡带筒体温度一直处于360℃以上高温运行。自2012年采用中本公司隔热硅刚玉砖,砌筑在24-39米区段,至今运转正常,筒体温度平均在280℃左右。今年7月份进窑检查,窑衬磨损平整,平均厚度还有150mm。永安公司介绍,此段内衬原来每米使用10吨尖晶石砖,而采用隔热硅刚玉砖每米仅需8.5吨,既延长了使用寿命又节约了开支,性价比确实比较高,下一步计划除烧成带20米外全线采用隔热硅刚玉制品,估计节约能源费用不低于300万元/年。
冀东秦岭水泥技术负责人说,刚开始试用时,抱着一种试试看的态度,然而使用2个月后就改变了看法,因为隔热硅刚玉砖在降低筒体温度和阻止热流失方面的确有良好的效果。他们日产5000t生产线的温度监测系统显示,相同的工况环境下,筒体温度比尖晶石砖降低60-70℃,同一监测点上的温度波动降低3倍以上,对保护筒体设备起到了良好作用。目前在19-27.4米这一环境恶劣的区段已使用10个月,筒体温度没有大的变化,说明内衬状况良好。通过技术人员核算,若在5000t/d线上全部采用该产品,每吨熟料可节煤5kg以上,为秦岭水泥的节能减排贡献突出。
目前,吉岗水泥和锦信水泥的技术人员通过使用也都表示,采用隔热硅刚玉制品后,不再担心会发生红窑风险。特别是智海集团回转窑30-38米处长期处于高温运行,一直是企业困扰的问题,改用隔热硅刚玉砖后,窑温一下由360℃降低到了300℃以下,为设备安全运行提供了保障。
四、隔热制品的功能特点及降耗分析
隔热硅刚玉制品与传统复合制品的最大区别在于制品烧成后的镶嵌方式。实践证明,隔热硅刚玉制品的抗压强度完全能够满足工况环境的要求,具有良好的抵抗窑内剪切力及机械应力的特点。制品设计的支撑面积和体积适应回转窑在开停和运转过程中的耐磨耐压需求,无任何隐患产生。隔热层材料的导热系数小于0.1W/M.K,有效阻断制品向筒体的热传递,对保护设备、节约能源消耗有显著作用,使窑炉内衬的寿命延长30-50% ,降低筒体温度30-80℃,节约能耗3-6% ,减少排放,对水泥企业的增效节能起到了显著的推动作用。
根据国内高温研究所等科研部门的权威测评,日产5000吨熟料的生产线,2/3区段采用隔热硅刚玉制品作内衬时,按平均降低筒体温度50℃计算,每年可节约燃煤保守值为3000-8000吨,直接增效价值最低为300万元。同时,可减少二氧化碳排放8000-15000吨(每吨标煤燃烧后产生2.7吨二氧化碳),已成为水泥行业节能减排不可忽略的重要元素。
2013年,中本公司又开发出“隔热高耐磨砖”等新型功能制品,申报国家专利六项。我们相信,随着隔热硅刚玉制品的逐步推广和被市场接受,新的功能性环保耐火制品将会被不断挖掘和广泛应用。在创新的道路上,郑州中本窑炉材料有限公司也将一如既往地携手水泥企业共创辉煌!
 

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