水泥作为高能耗、高排放工业,所属产业领域是我国节能减排的重点和难点,其节能减排效果对完成我国能源消耗目标、产业可持续发展起着举足轻重的作用。耐火材料作为保障水泥窑安全运行关键环节,在推动水泥工艺节能、减排的作用日趋突出。北京金隅通达耐火技术有限公司(简称通达耐火)近年来推出特种硅莫红砖(TD-HSM)、低导热莫来石砖(TD-M45、TD-M55)等新型节能耐火材料(见图1所示)可代替镁铝尖晶石砖,硅莫砖等产品用于水泥窑过渡带及预热带、安全带,三次风管等区域,降低筒体温度50℃以上和载荷8%-10%,吨熟料煤耗可降低1kg,节能减排效果显著。
1.特种硅莫红砖
表1为特种硅莫红砖与镁铝尖晶石砖物理指标对比,从表可见两种产品在同样具有超过1700℃荷重软化温度的条件下,特种硅莫红各项性能指标优异,特别是导热系数降低20%以上,体积密度降低10%左右。特种硅莫红红砖完全可代替镁铝尖晶石砖使用于水泥窑过渡带,明显降低筒体温度和载荷。该产品质量稳定,性能优异,陆续在金隅冀东、华润、台泥等大型水泥集团水泥窑过渡带使用,降低筒体温度降低50℃以上,使用寿命18个月以上(见图2,图3所示),提高水泥运行安全性的基础上,达到节能长寿的目的。
2.低导热莫来石砖
表2列出了低导热莫来石砖TD-M55、TD-M45与硅莫砖1650、硅莫砖1550理化性能对比,低导热莫来石砖性能优异,具有低气孔、低密度、高荷重软化温度、高热震稳定性、低导热的优点。超低的气孔率、低的铝含量有利于改善材料抗硫碱侵蚀渗透性能;另外由于材质为莫来石结构,结构稳定性高,使其具有优良热震稳定性和耐磨性能。低导热莫来石砖体积密度低,可降低回转窑载荷5-15%,导热系数低,只有硅莫砖的50-60%。低导热莫来石砖优异性能,其克服多层复合结构缺陷,达到同样的节能效果,可代替硅莫砖应用于水泥窑预热带,安全带及三次风管,分解炉等区域,经金隅冀东,台泥,华沃等40多个项目使用,筒体温度可降低50℃以上(见图4所示),使用寿命达到3年以上。
3.典型案例介绍
通达耐火的特种硅莫红砖和低导热莫来石砖在金隅1号项目铜川万吨线成功应用,其中特种硅莫红砖使用在45-55m,筒体温度低导热莫来石砖使用在55-89m,经过5个月使用水泥窑筒扫温度见图5所示,目前特种硅莫红砖区域温度低于300℃,低导莫来石砖区域温度低于250℃,为该项目顺利达产,并实现吨熟料煤耗降低至92-95kg做出积极贡献。
4.节能新产品节能减排计算
耐火材料节能通常采用降低筒体散热来进行估算,根据多平壁传热公式,筒体向大气的散热量为筒体自然对流传热和辐射传热损失之和,按照特种硅莫红砖、低导热莫来石砖在水泥窑使用效果,以5000t/d水泥窑为例,使用区域为25m-70m,使用前后筒体温度降低50℃计算(具体技术过程见表3所示)。吨熟料煤耗可以降低约1Kg,按照5000t/d水泥窑设计产能150万吨可节煤1500吨。按照目前煤价按照1000元/吨进行估算,仅节煤可降控成本150万元,根据国家发改委提供的数据: 工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳2620公斤,二氧化硫8.5 公斤,氮氧化物7.4公斤计算,每年可减少CO2排放3930吨,减少SO2排放12.75吨,减少NOx排放11.1吨。
注:Ts-筒体外表面温度(330℃-280℃),Ta-环境温度(20℃),ε-窑筒体材料黑度(0.96),Γ-自然对流常数(1.5),D-筒体直径(4.8m),L-降温区域筒体长度(45m)
水泥窑用特种硅莫红砖、低导热莫来石砖等新产品质量稳定,性能优异,节能效果优良。
(1)降低筒体温度同时可降低筒体载荷,可同时达到节煤节电的目的。
(2)降低筒体温度可降低钢材高温氧化还原反应和硫碱侵蚀反应速率,提高水泥窑运行安全性。
(3)性价比高,降低采购成本。可为水泥厂创造良好的经济效益。新型节能耐火材料推广应用对水泥厂节能减排意义重大,对加速我国碳达峰、碳中和进程具有积极意义。
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