水泥行業(yè)的能耗現(xiàn)狀
對(duì)于水泥生產(chǎn)企業(yè)而言，耗能主要在熱耗能和電耗能兩方面。就這兩方面，我國水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)已經(jīng)步入了關(guān)鍵時(shí)期。水泥生產(chǎn)熱耗能主要包括以下幾個(gè)方面，一是水泥熟料反應(yīng)熱，此部分熱耗對(duì)某一特定生產(chǎn)線而言相對(duì)固定，約占總熱耗的50%以上;二是外排廢氣帶走熱，約占總熱耗的30~35%;三是全系統(tǒng)散熱損失，這部分包括預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、三次風(fēng)管、篦冷機(jī)及窯頭罩等，約占總熱耗的8~12%;四是熟料、收塵灰?guī)ё邿帷?/p>
由于現(xiàn)在絕大多數(shù)新型干法水泥窯都已配套建設(shè)了余熱發(fā)電系統(tǒng)，廢氣余熱已得到了較為充分的利用，因此系統(tǒng)的散熱損失大小對(duì)熱耗的降低就顯得尤為重要;目前預(yù)分解窯的預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)、三次風(fēng)管系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯，窯門罩和篦冷機(jī)等裝備外表面散熱面積都較大：一條5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的靜態(tài)熱工設(shè)備總表面積約為11618m2，單位熟料散熱損失約120～150kJ/kg，回轉(zhuǎn)窯散熱面積約為1086m2，單位熟料散熱損失約為105～130kJ/kg，二項(xiàng)合計(jì)約達(dá)到250kJ/kg。目前水泥熟料熱耗國際先進(jìn)水平約為2842 kJ/kg，而國內(nèi)先進(jìn)水平為2970 kJ/kg，差距中很大一部分是由整體配置耐火材料產(chǎn)品性能不合理造成的。
目前國內(nèi)外對(duì)水泥生產(chǎn)減排的要求越來越嚴(yán)格，一是粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高，致使含有較多有害物的細(xì)顆粒收塵灰量增加，由此增大了燒成系統(tǒng)有害物循環(huán)對(duì)耐火襯料的化學(xué)侵蝕;二是加大了對(duì)尾氣NOx排放的限制，提高了排放標(biāo)準(zhǔn)，這就需要對(duì)燒成系統(tǒng)燃料的燃燒條件進(jìn)行調(diào)控，這也對(duì)相應(yīng)部位的耐火材料提出了新的要求。三是隨著固廢處理、RDF的使用，窯料對(duì)窯襯材料的侵蝕會(huì)加劇。此外，水泥生產(chǎn)及使用過程中鉻污染的問題由來已久，歐盟因此限定水泥中六價(jià)鉻含量小于2ppm，而目前我國水泥中的六價(jià)鉻含量卻部分高于10ppm。這不僅意味著含鉻的工業(yè)廢渣不能用作水泥原料，鎂鉻磚和含鉻的耐火及耐溫材料在水泥窯系統(tǒng)也應(yīng)限制使用。
好耐材須經(jīng)得起市場考驗(yàn)
耐火材料作為水泥窯爐必要的基礎(chǔ)材料，對(duì)水泥企業(yè)的節(jié)能減排有著至關(guān)重要的作用。綠色耐火材料的創(chuàng)新已箭在弦上不得不發(fā)。作為水泥窯用耐火材料必須滿足耐用、節(jié)能、環(huán)保的要求。研發(fā)人員須在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了綜合性研究，以降低材料導(dǎo)熱率，減少熱耗，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)的節(jié)能降耗;改進(jìn)材料的抗侵蝕性能，以無鉻新材料替代含鉻耐材實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)無鉻化，這不僅僅是現(xiàn)代水泥工藝技術(shù)的需要，更是水泥窯用耐火材料整體配套發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)此，淄博市魯中耐火材料有限公司(以下簡稱“魯中耐材”)投入1000多萬元并聘請(qǐng)北京科技大學(xué)陳俊紅博士為主研員研究開發(fā)了兩年多時(shí)間。
深入生產(chǎn)第一線，對(duì)目前新型干法水泥窯系統(tǒng)的工況條件、能耗狀況、耐火材料使用情況等進(jìn)行跟蹤調(diào)研，對(duì)比國內(nèi)外先進(jìn)水平找差距、定措施、挖潛力;同時(shí)，與國內(nèi)外水泥工藝專家及耐火材料專家進(jìn)行廣泛的技術(shù)交流，先后與水泥行業(yè)的中聯(lián)、中材、冀東、亞泰、山水、拉法基、海德堡、德富高、奧鎂等國內(nèi)外水泥企業(yè)進(jìn)行了廣泛交流;最終開發(fā)出一系列覆蓋水泥窯各部位的低導(dǎo)熱系列耐火材料。系列產(chǎn)品包括：低導(dǎo)熱鎂鐵鋁尖晶石磚、低導(dǎo)熱鎂鋁尖晶石磚、低導(dǎo)熱抗剝落磚DDR-50/30等。該系列材料已經(jīng)通過了中國建材聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，技術(shù)產(chǎn)品相對(duì)成熟。已得到國內(nèi)外用戶的廣泛認(rèn)可。
魯中耐材結(jié)合低導(dǎo)熱系列耐火材料產(chǎn)品在節(jié)能、長壽命等方面的優(yōu)勢(shì)提出了水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案。該方案所選用低導(dǎo)熱系列耐火材料均由魯中耐材自主研發(fā)生產(chǎn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中魯中耐材研制的燒成帶用鎂鐵鋁尖晶石磚已獲得發(fā)明專利(專利號(hào)ZL2010101045374)，過渡帶用低導(dǎo)熱鎂鋁尖晶石磚已申請(qǐng)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01510936752.3)，分解預(yù)熱帶用低導(dǎo)熱抗剝落磚專利正在申請(qǐng)中。
圖：水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案對(duì)比
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案的創(chuàng)新點(diǎn)
1、基于成分設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的多尺度調(diào)控以及新工藝、新技術(shù)等研制出了低導(dǎo)熱抗剝落30磚、低導(dǎo)熱抗剝落50磚、低導(dǎo)熱鎂鋁尖晶石磚以及燒成帶鎂鐵鋁尖晶石磚等系列新材料，并首次在國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了水泥窯用耐火材料的全線低導(dǎo)熱和節(jié)能匹配;基于該系列材料配置的5000噸/日生產(chǎn)線經(jīng)國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評(píng)價(jià)檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定，筒體散熱較國內(nèi)平均值可降低37.91kJ/kg-cl，節(jié)能效果非常顯著。
2、基于對(duì)耐火材料使用性能的調(diào)控，使燒成帶用鎂鐵鋁尖晶石磚和過渡帶用低導(dǎo)熱鎂鋁尖晶石磚的使用壽命達(dá)到1.5年以上，預(yù)熱分解帶用低導(dǎo)熱低鋁抗剝落30/50磚的使用壽命達(dá)到3年以上，在國內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了水泥窯用系列低導(dǎo)熱耐火材料在使用壽命和檢修周期上的協(xié)調(diào)和同步，大大減少了檢修次數(shù)、降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率。
3、全系列低導(dǎo)熱、節(jié)能耐火材料在水泥窯上的匹配，不但實(shí)現(xiàn)了無鉻化，而且降低耐火材料用量8%左右，使5000噸/日水泥熟料生產(chǎn)線減少耐火材料砌筑用量約50噸，這不但實(shí)現(xiàn)了窯襯材料的輕量化，降低了采購費(fèi)用，也降低了窯的負(fù)荷，窯主機(jī)電流也有所降低。
另外成套方案還具有以下特點(diǎn)：1、成套方案燒成帶選用的是無鉻材料，實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)用耐火材料的無鉻化。同時(shí)低導(dǎo)熱材料的使用，在節(jié)能的同時(shí)也減少了二氧化碳、二氧化硫和氮氯化物的排放，從而降低了水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。以5000噸/日水泥熟料生產(chǎn)線為例：年可減少CO2排放約5330噸，減少SO2排放約160噸及減少NOx排放約80噸，社會(huì)環(huán)保效益顯著。2、成套方案選用材料具有優(yōu)良的抗化學(xué)侵蝕性能，適應(yīng)使用固廢處理和RDF的水泥窯工況條件。
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案的應(yīng)用
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案陸續(xù)在冀東水泥、魯中水泥、平陰山水水泥、山鋁水泥、臨沂中聯(lián)水泥等水泥單位試用，通過對(duì)比此前配置材料，其使用效果得到用戶肯定并獲得一致好評(píng)。
(1)魯中水泥5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線:
自2015年7月使用該方案以來，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，與以前使用效果對(duì)比，筒體溫度平均降低40-50℃左右，2016年7月停窯檢修時(shí)觀察，各段帶低導(dǎo)熱材料表面平整無剝落，預(yù)計(jì)使用壽命燒成帶、過渡帶可繼續(xù)使用12個(gè)月，預(yù)熱分解帶可繼續(xù)使用24個(gè)月以上。經(jīng)國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評(píng)價(jià)檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)窯體散熱為84.38kJ/kg-cl，國內(nèi)平均值為122.29 kJ/kg-cl。對(duì)比檢測(cè)結(jié)果可減少窯體散熱損失37.91kJ/kg-cl，根據(jù)熱工公式計(jì)算折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，每公斤熟料可節(jié)省0.00129kg，熟料產(chǎn)量按5500 t / d，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7.126噸 /天。按一年連續(xù)生產(chǎn)300天計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2137.8噸，折算為實(shí)物煤(按5800 kCal / kg)可節(jié)約2578.18噸。按當(dāng)前實(shí)物煤價(jià)格600元/噸計(jì)算，一年可為企業(yè)可節(jié)約成本1546908元，取得了良好的節(jié)能效果和使用效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
(2)山鋁水泥3200t/d水泥熟料生產(chǎn)線
自2015年2月使用該方案以來，已平穩(wěn)運(yùn)行16個(gè)月， 2016年6月19日停窯檢修，進(jìn)窯觀察，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，預(yù)計(jì)燒成帶、過渡帶可繼續(xù)使用8～12個(gè)月，分解預(yù)熱帶可繼續(xù)使用20～26個(gè)月。同時(shí)對(duì)比筒體溫度結(jié)果，平均溫度降低30～50℃，節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
(3)冀東啟新水泥5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線
自2016年2月使用該方案以來，已平穩(wěn)運(yùn)行了6個(gè)月，窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，回轉(zhuǎn)窯筒體溫度平均降低40℃左右。經(jīng)國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評(píng)價(jià)檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)窯體散熱為82.31kJ/kg-cl，冀東啟新水泥以前檢測(cè)窯體散熱為126.1kJ/kg-cl。對(duì)比檢測(cè)結(jié)果可減少窯體散熱損失43.79kJ/kg-cl，根據(jù)熱工公式計(jì)算折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，每公斤熟料可節(jié)省0.00149Kg，熟料產(chǎn)量按5500 t/d，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8.231噸 /天。按一年連續(xù)生產(chǎn)300天計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2469.3噸，折算為實(shí)物煤(按5800 kCal /kg)可節(jié)約2963.16噸。按當(dāng)前實(shí)物煤價(jià)格600元/噸計(jì)算，一年可為企業(yè)可節(jié)約成本1777896元。取得了良好的節(jié)能效果和使用效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
目前，越來越多的水泥企業(yè)將綠色節(jié)能耐火材料引進(jìn)水泥生產(chǎn)線，節(jié)能降耗的同時(shí)減少污染排放。在環(huán)保和能源等多方面發(fā)力的“嚴(yán)苛”條件下，水泥企業(yè)要生存就必須節(jié)能、降耗、減排同步進(jìn)行。
