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    預分解窯耐火材料的發展趨勢

    發布日期: 2020-09-28 10:45:46    閱讀量(155)    作者:

    目前水泥品種仍然以硅酸鹽水泥為主,而新型干法預分解窯熟料煅燒技術是當前最為節能的生產方式。水泥工業所需耐火材料的數量與水泥產量及生產方式有著直接關系,更與水泥生產使用的原燃料及生產技術進展關連,耐火材料的技術和產能變化是緊隨著水泥行業技術和產能發展的步伐的,這在前文已經有所敘述。

    1、耐火材料消耗情況

    1.1水泥產量發展狀況

    我國預分解窯水泥產量從2000年的5500萬t,上升至2014年的22.8億t,其規模和發展速度遠遠超過世界任何一個國家。

    對于未來水泥產量,估計若干年內,隨著國民經濟建設需求,水泥產量還將繼續增加。按13.67億人計算,2014年我國人均年水泥消費量約1820kg。一般認為是不會增加,但從我國經濟發達的長三角地區和國外經濟發展較快的沙特及海灣國家來看,人均年水泥消費量均超過2000kg,從國內各省市的近期發展規劃來看,高鐵、地鐵、高速公路、城市化建設以及大型水利建設等基礎設施的大量興建,仍需消耗大量水泥,估計人均超過2200kg才會出現拐點,也就是說,當我國水泥年產量約30億t才出現下降趨勢。由于我國各地經濟發展不平衡,各地區出現的拐點時間也不一致,在相當長的時間內,水泥年消費將平穩下降。2015~2020年,我國水泥產量平均年可能增加約8000萬t,考慮到尚有2億t立窯產量轉為預分解窯,則預分解窯水泥年平均增加約1億t,熟料產量約6000萬t,之后將出現平穩下降的情況。

    估計在年產28~30億t之間出現拐點,然后保持相當一段時間的平穩下降趨勢。

    1.2預分解窯用耐火材料消耗狀況

    (1)生產消耗

    我國預分解窯生產耐火材料消耗的品種中,堿性磚的壽命大致為,好的10~12個月,一般約6~8個月,差的不足3個月。新投入的5000t/d級

    表1水泥回轉窯用耐火材料的配置建議(JC/T2196-2013)

    表2我國新型干法水泥及熟料產量(供參考)單位:億t

    表32000~2020我國預分解窯生產消耗耐火材料數量(供參考)

    表4基建消耗耐火材料量(供參考)

    生產線的磚耗為(0.4~0.5)kg/t熟料。隨著生產技術的進展及耐火材料產品性能的進一步優化,磚耗逐年下降,估計到2015年技術先進的窯會進一步下降至(0.3~0.4)kg/t熟料以下。其次是回轉窯和預熱器分解爐、冷卻機、三次風管高溫部位使用的特種高鋁磚和高鋁質耐火澆注料,約為堿性磚消耗量的60%~70%,低溫部位使用的耐堿磚和耐堿澆注料則更低,估計為0.02kg/t熟料。

    我國暫無水泥工業耐火材料消耗材料的統計數據,很難進行較為準確的估算。現僅以一些有代表性的生產線的消耗數據來估計。

    表5新生產線消耗的耐火材料量(供參考)

    (2)基建消耗

    改革開放以來,我國經濟快速發展,生產建設需要水泥,30余年來,是世界上新生產線投產最多的國家,規模越來越大,其數量超過世界總量的50%。以2500t/d級至5000t/d級生產線為例,所需的耐火材料見表5。由于各設計單位新建的預分解窯規模不一致,且不同年代同一級別生產線的規格也不盡相同,各條生產線選用的品種和耐火材料的重量也不一致,國內的統計部門對新生產線消耗的耐火材料也不進行統計,現只能按投產的新生產線產能估算,2008年以前,按2500t/d級60%,5000t/d級40%;2008年開始,以各占50%估算;2010年以后,按20%、80%估算,估算結果見表4。

    (3)耐火材料消耗量

    預分解窯耐火材料消耗量應為生產消耗量和基建消耗量之和,估算的歷年來我國預分解窯用各個品種的耐火材料生產消耗和基建消耗總量見表6。近年來,隨著我國水泥預分解窯技術的進展,工程造價比國外工程公司低,我國水泥設計、工程企業大量承接且這一比例數值還在上升。按照國外的一些研究公司預測,2015~2020年期間,水泥年平均增長5%估算,新建生產線年增加為8000~11000萬t,年所需基建耐火材料大致為,堿性磚約1.7~2.3億t,非堿性耐火材料10~13萬t。隨著這些生產線的全部投產,消耗的堿性耐火材料數量約35萬t,非堿性耐火材料約23萬t。耐火材料企業結合國際市場需求,生產質優、價格合理的產品是能占有這個市場,在此基礎上,還會擴大至國外現生產企業。

    2、預分解窯新技術對耐火材料性能的影響

    預分解窯系統中作為配套的耐火襯料在熟料煅燒過程中,承受熱、熱化學、熱機械應力,并隨生產技術進展而發展。我國水泥工業現已進入低碳、循環經濟的時代,預分解窯生產系統未來的技術進展主要是圍繞著節能減排、工業廢物利用、提高熟料產品質量來增加混合材的摻加量等。

    2.1節能減排的影響節能減排以提高裝備效率和降低筒體散熱損失為主要手段。

    (1)裝備效率繼續提高預熱器的結構及其撒料、鎖封、內筒、密封

    表6預分解窯耐火材料消耗量(供參考)

    結構的型式和材質將進一步作出改進,預熱器系統效率將進一步提高,阻力進一步下降。

    分解爐的結構及規格以及燃燒器的型式將進一步優化,確保煅燒不同揮發分和高含硫量的燃料及低的NOx排放,入窯物料分解率將提高。

    回轉窯的長徑比進一步降低,二支承窯將大量推廣應用,窯的規格進一步擴大,大于5m直徑的回轉窯比例將進一步提高,燒成帶的熱力強度將進一步增加。

    篦冷機的通風單元將逐步減小,冷風與熱交換效率將進一步改善,冷卻效率從現有的70%~74%提高至接近76%~80%,入窯二次風溫及入爐的三次風溫將進一步提高。

    燃燒器動量(沖量)可滿足各種燃料包括工業廢物的煅燒,燃燒溫度將進一步提高,確保質優的熟料產品。

    (2)筒體散熱損失逐步降低

    不動裝備襯體降低筒體散熱損失主要措施一是提高裝備容積產量,減少單位熟料筒體的散熱面積,相應減少散熱量;另一種方式是增大隔熱層材料的厚度或降低熱導率來增加隔熱層材料的熱阻,減少散熱損失。但不論哪種方法,結果都是散出去的熱量要聚集在工作層內,導致隔熱材料的工況溫度相應提高。

    以上對節能減排技術的實施,是意味著熟料煅燒溫度相應增加,即整個燒成系統內的襯體的熱應力相應增大,將對耐火材料抗高溫性能要求進一步提高;再就是隨著裝備規模的擴大,帶來窯內襯磚磚型設計及砌筑的困難,大型窯的窯門罩及預熱器的襯體頂蓋及平墻受熱變形必然增大襯體的熱機械應力,對耐火材料抗熱機械應力提出新的要求。

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