CB20磚在水泥窯上的應(yīng)用

1、前言
　　水泥窯機(jī)體表面散熱損失很大，其中部分熱損失是可以減少的，切實(shí)可行的辦法是在水泥窯的各個(gè)系統(tǒng)鑲砌隔熱耐火磚。實(shí)踐證明，使用隔熱磚的水泥窯胴體表面的熱流量減少、溫度降低，有利于窯體的維護(hù)和工人勞動(dòng)條件的改善。節(jié)能則是設(shè)計(jì)部門(mén)和使用單位普遍關(guān)心的問(wèn)題，這表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是使用隔熱磚后，在保持原有窯溫的前提下，由于各個(gè)系統(tǒng)機(jī)體表面散熱損失的減少而節(jié)省了燃料；另一是由于窯內(nèi)熱工制度變化，在保持原有燃料消耗的水平上，窯溫增高，加速了水泥生料的預(yù)熱分解和燃料的煅燒，從而提高了熟料的質(zhì)量和產(chǎn)量，使熟料熱耗降低，減少了煤耗。實(shí)際上這兩者是不能截然分開(kāi)的，只是所占的比例不同而已。對(duì)施工部門(mén)來(lái)說(shuō)，采用輕質(zhì)的襯料可以加快施工進(jìn)度，減輕窯體重量，節(jié)省窯的電耗。正因?yàn)橛羞@樣的功能，國(guó)內(nèi)外的水泥窯都普遍使用隔熱磚。各種各樣的隔熱磚基本上可以分為2種類(lèi)型：用作隔熱層的不直接接觸窯內(nèi)熱氣流或火焰的隔熱磚；用作工作層的單層或復(fù)合隔熱耐火磚。研制工作的難點(diǎn)集中在用作工作層的隔熱耐火磚上，必須保持隔熱磚有較高的氣孔率，以降低導(dǎo)熱系數(shù)，而為了確保使用效果又要求它具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度。對(duì)新型干法窯和使用高堿含量原料的回轉(zhuǎn)窯來(lái)說(shuō)，最重要的是使它們對(duì)堿性窯料有高抗蝕性和足夠的耐堿性。
2、水泥窯簡(jiǎn)易熱平衡計(jì)算
　　根據(jù)原西德專(zhuān)家B.Scheubel，Gottingen等人的資料，可以簡(jiǎn)易地計(jì)算水泥窯的熱平衡，借以判明各種水泥窯鑲砌隔熱磚后的節(jié)能結(jié)果。水泥窯所需熱量的簡(jiǎn)易算法：輸入“平衡系統(tǒng)”(熟料煅燒)的熱量由燃料提供，支出熱量主要有：(1)系統(tǒng)內(nèi)部熱損失，包括：1)熟料形成熱；2)蒸發(fā)水分消耗的潛熱；3)熟料冷卻機(jī)帶走熱；4)通過(guò)傳導(dǎo)和輻射產(chǎn)生的窯體散熱損失。(2)系統(tǒng)外部熱損失。系統(tǒng)所需熱能等于系統(tǒng)內(nèi)部損失乘以f。由于廢氣溫度與窯型密切相關(guān)，水泥煅燒系統(tǒng)的外部熱損失主要取決于廢氣溫度，而且當(dāng)溫度高時(shí)該熱損失會(huì)增大，所以系統(tǒng)所需熱能可以簡(jiǎn)便地計(jì)算出來(lái)。如已知系統(tǒng)內(nèi)部的熱損失，則系統(tǒng)所需熱能為內(nèi)部損失乘以系數(shù)f0例如，Φ3.85×96m(800t/d)干法窯的系統(tǒng)內(nèi)部熱損失為2876kJ/kg熟料，該系統(tǒng)所需熱能為2876×1.48=4256kJ/kg熟料，Φ4.7×62m(1800t/d)預(yù)熱器窯系統(tǒng)所需熱能為2662×1.28=3407kJ/kg；Φ4.7×62m(3000t/d)預(yù)分解窯系統(tǒng)所需熱能為2625×1.31=3439kJ/kg熟料。由此可見(jiàn)，完善水泥窯的隔熱程度所得到的節(jié)能效果并不與窯體散熱損失的絕對(duì)值相當(dāng)，而是與對(duì)應(yīng)于倍增系數(shù)f的比窯體散熱損失絕對(duì)值更大的數(shù)值相當(dāng)?shù)摹?br> 3、水泥窯節(jié)能的有效措施
　　水泥窯是一種高能耗的熱工設(shè)備，近代發(fā)展起來(lái)的各種新型干法窯的主要特色是產(chǎn)量高和熱耗低。即使這些低熱耗的水泥窯的能源消耗也要占到水泥生產(chǎn)成本的40%～60%，其中機(jī)體表面散熱損失占燃料輸入熱能的10%～14%。而傳統(tǒng)窯幾乎1/3的機(jī)體表面散熱集中在預(yù)熱分解帶，因?yàn)檫@一帶的散熱面積可達(dá)全窯的50%～70%。而部分機(jī)體表面散熱損失是可以通過(guò)采用隔熱窯襯而減少的。
盡管采用隔熱窯襯首先是為了節(jié)能，但是其技術(shù)效果是多方面的。窯胴體表面散熱損失減少后帶來(lái)了窯內(nèi)熱工制度的變化，而只要操作適應(yīng)這一變化，就可獲得不少的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。早在50年代，國(guó)際上就開(kāi)始研制水泥窯用隔熱磚，并且十分重視其推廣應(yīng)用工作。時(shí)至今日，在水泥窯的各個(gè)系統(tǒng)采用隔熱耐火襯里已是世界各國(guó)普遍采用的做法，成效顯著。
　　我國(guó)濕法窯胴體散熱損失甚為可觀，平均占熟料熱耗的12%～14%，而大面積采用了隔熱材料的峨眉水泥廠(chǎng)濕法長(zhǎng)窯的胴體散熱損失僅占熟料熱耗的7%。另?yè)?jù)資料介紹，國(guó)內(nèi)一臺(tái)預(yù)分解窯，其預(yù)熱器系統(tǒng)的總表面積約為2000m2，與同直徑的濕法窯預(yù)熱分解帶胴體表面積(989m2)相比，散熱面積增加一倍，而其散熱損失只為后者的45%～60%，此系預(yù)分解窯大量采用高效隔熱材料所致。當(dāng)前我國(guó)水泥窯的能耗偏高，與國(guó)外先進(jìn)水平比較差距較大，而且高能耗已經(jīng)成為制約水泥企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高的重要因素。因此，采用各種措施來(lái)實(shí)現(xiàn)水泥窯的節(jié)能降耗目標(biāo)是推動(dòng)水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要任務(wù)。其中簡(jiǎn)單易行，所需資金又少(且可在短期內(nèi)回收)的節(jié)能辦法就是采用隔熱材料。減少燃料消耗還有利于提高窯產(chǎn)量和降低煙氣排放量并可降低氣風(fēng)機(jī)電耗。在水泥窯的預(yù)熱分解帶大面積鑲砌隔熱材料后，該帶的胴體表面溫度降低了，但過(guò)渡帶和燒成帶的胴體表面溫度卻提高了。例如某Φ3.5×145m濕法窯在使用了70m左右的隔熱材料之后，過(guò)渡帶和燒成帶的胴體表面溫度提高了50～60℃，這主要是因?yàn)槠涓G內(nèi)溫度已升高造成的，這就為水泥窯的節(jié)能增產(chǎn)和提高熱料的質(zhì)量創(chuàng)造了條件。
4、CB20磚在水泥窯上的應(yīng)用
　　4.1、CB20磚的主要物理性能
　　對(duì)新型干法窯和使用堿含量高的回轉(zhuǎn)窯來(lái)說(shuō)，隔熱磚的重要性能是對(duì)堿性窯料有高的抗蝕性和足夠的耐堿性。曾將10克K2CO3裝入Φ20×35mm試體內(nèi)，在1100℃下保溫48h后，觀察到試體無(wú)裂紋，不鼓脹，完好如初，可見(jiàn)其耐堿性良好。另外，對(duì)于窯筒部分磚的強(qiáng)度要求較高，因?yàn)樗惺茌^大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，但是提高隔熱磚的力學(xué)強(qiáng)度勢(shì)必要損害磚的隔熱性能，所以應(yīng)實(shí)事求是地確定它應(yīng)具有的力學(xué)強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)內(nèi)多年使用經(jīng)驗(yàn)和參考國(guó)外資料，將CB20磚的耐壓強(qiáng)度確立為15MPa左右。實(shí)踐表明，這是合適的。導(dǎo)熱性是另一重要指標(biāo)，其影響困素主要有磚的礦物組成、氣孔率及使用溫度等。CB20磚的導(dǎo)熱系數(shù)(350±10℃)約為0.6W/(m·k)，低于粘土磚、高鋁磚或磷酸鹽磚，因此用CB20磚替代可使水泥窯預(yù)熱分解帶的胴體表面溫度降低50～80℃。
　　4.2、CB20磚在水泥窯上的鑲砌部位
　　CB20磚已在濕法窯、干法窯、立波爾窯以及預(yù)分解窯、預(yù)熱器窯上普遍使用，適用部位是窯內(nèi)1300℃以下的區(qū)段。
　　4.2.1、預(yù)熱器窯窯尾，砌筑長(zhǎng)度10～12m。
　　4.2.2、預(yù)分解窯窯尾，砌筑長(zhǎng)度14～15m。
　　4.2.3、干法長(zhǎng)窯預(yù)熱分解帶，砌筑長(zhǎng)度40～45m。
　　4.2.4、濕法長(zhǎng)窯預(yù)熱分解帶，砌筑長(zhǎng)度70～75m。
　　4.2.5、立波爾窯分解帶，砌筑長(zhǎng)度10～15m。
　　4.3、CB20磚在水泥窯上的應(yīng)用情況
　　CB20磚于20世紀(jì)90年代由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制成功，現(xiàn)由山東博山中科達(dá)耐火材料廠(chǎng)應(yīng)用其研究成果組織生產(chǎn)。由于設(shè)備更新，技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)量不斷增加，應(yīng)用面愈來(lái)愈廣。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院和天津水泥設(shè)計(jì)院、北京瑞泰高溫材料科技股份有限分司在研制開(kāi)發(fā)水泥窯用隔熱耐火材料方面成績(jī)卓著；琉璃河水泥廠(chǎng)、小屯水泥廠(chǎng)、浩良河水泥廠(chǎng)、峨眉水泥廠(chǎng)、浙江三獅集團(tuán)、江油水泥廠(chǎng)、天津水泥廠(chǎng)、天津市振興水泥廠(chǎng)、江西豐城水泥廠(chǎng)、長(zhǎng)春雙陽(yáng)水泥廠(chǎng)和大連水泥廠(chǎng)等眾多水泥廠(chǎng)使用CB20磚均取得了成功經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)城鋁業(yè)公司、中州鋁廠(chǎng)也在生產(chǎn)氧化鋁熟料的回轉(zhuǎn)窯上大量使用，由于該磚優(yōu)良的耐堿蝕性能，使用成效顯著，舉例為下：
　　4.3.1、浩良河水泥廠(chǎng)Φ3.98×56m2000t/d新型干法窯在距窯口38～43m間鑲砌3.5mCB20磚，1998年施工，運(yùn)行2年后檢查發(fā)現(xiàn)磚面平滑，無(wú)炸裂現(xiàn)象，胴體溫度與磷磚相比降低80℃以上。該廠(chǎng)于2000年將距窯口43m以后的區(qū)段換砌成CB20磚，至今仍在安全運(yùn)轉(zhuǎn)中。天津振興水泥廠(chǎng)新型干法窯的使用效果也甚為理想且使用壽命長(zhǎng)達(dá)3～4年。
　　4.3.2、浙江三獅水泥公司的Φ3.5×145m濕法窯的預(yù)熱分解帶原來(lái)砌筑粉煤灰陶粒磚，由于炸裂、剝落嚴(yán)重，使用壽命短且胴體溫度不斷升高，改砌CB20磚后，情況明顯好轉(zhuǎn)。該公司每次停窯檢查發(fā)現(xiàn)磚面平整光滑，無(wú)爆裂、剝落現(xiàn)象，說(shuō)明該磚具有良好的熱震穩(wěn)定性及耐磨性，抗化學(xué)侵蝕性比較強(qiáng)，壽命可達(dá)3～4年?，F(xiàn)該公司5條華新窯大面積使用CB20磚，節(jié)能頗為可觀。四川雙馬水泥公司(江油水泥廠(chǎng))濕法窯的使用效果同樣令人滿(mǎn)意，明顯優(yōu)于陶粒磚。
　　4.3.3、長(zhǎng)城鋁業(yè)公司的氧化鋁熟料窯的低中溫帶自1991年起即開(kāi)始試用CB20磚，取得肯定效果后即推廣至所有4條熟料窯。CB20磚使用壽命明顯長(zhǎng)于粘土磚和陶粒磚，其最短壽命為2年3個(gè)月，最長(zhǎng)為4年11個(gè)月，平均壽命比粘土磚高出近一倍之多。該公司認(rèn)為CB20磚既隔熱耐火又耐堿侵蝕，系多功能耐火磚，最適合氧化鋁熟料窯使用。該磚與粘土磚相比，可降低窯胴體溫度58.3℃，加上因使用壽命延長(zhǎng)，減少維修停窯時(shí)間而提高熟料產(chǎn)量，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。
5、結(jié)語(yǔ)
　　水泥窯預(yù)熱分解帶襯料受到的應(yīng)力不是主要的問(wèn)題。從有利于熱平衡的角度出發(fā)，首要的問(wèn)題是要在這一帶內(nèi)使用隔熱窯襯。CB20磚的研制成功雖然為解決這一問(wèn)題創(chuàng)造了條件，但是要促進(jìn)水泥窯用耐火材料的技術(shù)進(jìn)步還需研究、生產(chǎn)和使用方面的密切配合和共同努力，以進(jìn)一步完善水泥窯的節(jié)能方案。 摘自《國(guó)際建材設(shè)備》