水泥窑耐火材料优化配置对水泥窑节能降耗的作用

随着我国经济的快速增长，国家对基础建设项目的开发力度不断加大，“十五”期间，我国全社会固定资产投资保持年均20%以上的高速增长，强劲拉动了水泥的生产和消费。2005年全国水泥产量10.6亿吨，较2000年净增4.6亿多吨，5年平均年增长12%。一些大型的新型干法预分解窑相继建成投产，截止到2005年共投产622条新型干法水泥窑。伴随着水泥工业的快速发展，其能源消耗量也大幅度提高。据有关资料显示，水泥行业能源耗量占建材工业总能耗的50%左右，可见搞好水泥工业的节能是建材工业节能降耗的关键。
　　水泥工业到2010年的能耗目标是：新型干法水泥吨熟料热耗由130千克下降到110千克标准煤，采用余热发电生产线达40%，水泥单位产品综合能耗下降25%。另外，我们的能耗和国外先进水平相比，还存在着一定的差距。由此可见，水泥窑节能降耗存在着巨大的发展空间。
　　一、        我国水泥工业能源消耗的现状及其与世界先进水平的比较
1.1我国水泥生产工业的结构现状
　　目前，我国水泥生产的窑型较多（如：机立窑、湿法生产线、预分解窑等），从目前整个水泥工业的窑型组成来看，各种窑型的水泥熟料生产能力见下图1

　　从上图可以看出，截止到2005年底，机立窑的熟料生产能力达到了56.9%，仍然占有很大的比重，大型干法预分解水泥生产技术虽然得到了快速的发展，但其发展潜力巨大。
根据《水泥工业产业发展政策》确定的目标，2010年新型干法水泥的比重要达到70%以上。实现这一目标，必须在发展新型干法水泥的同时，加大淘汰落后生产能力的力度。届时，新型干法水泥产量达到8.5亿吨左右，国内市场可以保持供需基本平衡。
 
　　1.2各种窑型的能源消耗情况
　　我国水泥窑的窑型较多，其能源消耗的水平差别较大，一般来说，湿法窑比预分解窑多耗能近一倍，机立窑比预分解窑多耗能近三成，而普通机立窑比预分解窑多耗能近七成。
新型干法水泥窑与上世纪90年代初期国内外相近规模的生产线相比，热耗下降了5%-10%，电耗下降10%~15%，系统运转率由不到80%提高到92%；与立窑相比，综合能耗下降20%以上。
通过对比可以清晰的看出，水泥生产工艺技术的不断进步，不仅大大提高了水泥生产的效率和生产能力,而且大大减低了整个水泥工业的能源消耗量。
 
　　从水泥窑用耐火材料的角度出发，水泥生产工艺技术的不断进步，生产每吨水泥消耗耐火材料从过去的1.2千克降到目前的0.58千克，一些高档的低水泥耐火浇注料取得了较好的使用效果，其应用范围也在不断的扩展。
1.3新型干法能耗和国外水平比较
　　对于新型干法水泥生产线而言，其能源消耗量受其生产规模、设备选型、工艺状况、原料差异、管理水平等因素的影响，其能源的消耗量也有所不同；国内的一般水平和国外的先进水平差距较大，具体对比情况见下表：

　　二、我国水泥工业开展节能降耗的几点途径
　　基于我国的基本国情以及水泥工业的整体发展现状，在水泥行业开展节能降耗可以从以下几个方面入手：
1. 坚持水泥工业可持续发展的“四零一负”战略目标
具体内容如下：（其中的第二和第四条与节能降耗密切相关）
①水泥工业和生态环境和谐共存，水泥企业对其周围生态环境完全实现零污染；
②创新水泥工艺和余热回收技术，降低单位水泥电耗，提高单位熟料余热发电量，实现水泥企业对外界电能的零消耗；
③水泥企业完全实现废料、废渣、废水的零排放；
④降低单位熟料热耗，开发利用各种替代燃料，实现熟料生产对天然矿物燃料(煤、油、天然气)的零消耗；
⑤节约资源，扩大利废功能，销纳各种废物，减轻环境负荷，为全社会废渣、废料的负增长做出应有的贡献。
 
　　2.   加快水泥工业的结构调整，促进新型干法预分解水泥窑的发展
水泥工业作为我国基础建设的几大支柱行业之一，近几十年，随着经济的快速增长新型干法生产线也得到了迅猛的发展，但目前在该行业所占比例只有32.5%，作为新型的低能耗的水泥生产工艺，其发展的潜力巨大。
　　3.      加大水泥窑垃圾焚烧技术的开发力度，逐步加强推广和应用
随着我国城市化进程的加快，工业废弃物和城市垃圾势必大量增加，根据水泥窑运转的自身特点，利用废弃物和工业垃圾替代部分原燃料， 既处理了废物，又节约了能源，具有非常巨大的市场推广和应用价值。
　　4. 优化新型预分解水泥窑的耐火材料的配套，降低单位水泥熟料产量的能耗
通过优化预分解水泥窑各部位的耐火材料的配套方案，提高回转窑的运转率和运转周期，降低水泥窑的维修次数，达到节能降耗的目的。
　　本文将着重从优化耐火材料的配套方案入手，深入剖析新型干法生产线在运转过程中暴露的一些问题，结合水泥工艺运转的特点，提供一整套完善的耐火材料的配套方案，提高运转率，最终达到节能降耗的目的。
　　三、国内的新型干法水泥生产线在工艺运转过程中的新特点以及耐火材料使用过程中暴露的一些问题
　　3.1新型预分解水泥窑工艺运转过程中的新特点
　　3.1.1回转窑运转窑温普遍提高
　　预分解水泥窑生产操作中配料率值控制较高，入窑二次风温超过1200℃，燃烧器火焰温度也超过了2000℃，熟料的煅烧温度超过1430℃，前窑口部位普遍结窑皮，工况温度较传统的水泥窑有较大幅度的提高。
　　3.1.2 碱、氯、硫等挥发性组分对耐火浇注料的侵蚀加剧
低品位石灰石等生产原料的采用、无烟煤、劣质煤以及固体废弃物的煅烧，造成窑系统内各部位的挥发性组分碱、氯、硫等成分明显增加，它们的循环、富集对各部位的耐火浇注料的侵蚀也更突出，在一定程度上影响了浇注料的使用周期。
　　3.1.3窑径的加大、窑速的提高增加了周期性机械应力和热应力破坏
目前，预分解窑的转速为3~4r·min-1，窑径由2000t/d的 4m，到 5000t/d的 4.8m-，再到10000t/d的6m。窑径加大、窑速提高，对耐火材料的机械应力和热应力加剧。
 
　　3.2不定型耐火材料在使用过程中暴露出的一些新问题
3.2.1水泥窑的一些关键部位（如：前窑口、燃烧器）耐火材料的使用寿命短，还不能满足生产的需要
　　前窑口部位的耐火浇注料一般的使用周期是4~8个月，比较普遍的问题是：浇注料存在剥落、掉块、耐碱侵蚀性能差等问题；燃烧器使用周期为3~5个月，主要是燃烧器前面一米部位的浇注料易出现脱落、掉块，