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我国耐火材料工业炉窑的技术进步

作者:丰泰耐材 发布时间:2010-08-01 14:27:49

浏览:371次

我国耐火材料工业炉窑经过五十年来的发展,技术水準有了较大提高。其间制定了耐火炉窑热平衡测定与计算方法的统一规定,调查监测了耐火炉窑污染环境的情况。本文重点介绍了主要耐火工业炉窑的技术进步;不富氧超高温燃烧技术的开发;轻型节能权利式窑的推广;提高炉窑自动化水準;开发电加热炉窑;推广应用适用于耐火炉窑的环境保护技术等。最后提出了今后推动我国耐火材料工业炉窑技术进步的建议。

1 前言

耐火材料工业炉窑用于原料的干燥、原料的轻烧、塬料的烧结、砖坯乾燥、製品烧成及不烧制品的热处理等,是保证耐火材料产品品质的关键设备,同时也是生产中的耗能大户。由于炉窑种类繁多,本文重点阐述我国烧结塬料的竖窑、回转窑及烧成製品的隧道窑、梭式窑的技术进步,并对今后工作提出建议。

2 耐火材料工业炉窑技术现状

随着国内技术开发水準的提高和国际技术经济交流的扩大,耐火材料工业炉窑技术得到长足发展。

2.1 不富氧超高温煅烧技术

耐火材料工业叁大技术为:高纯塬料、高压成型和高温烧成。在高温烧成方面,我国开发了不富氧超高温煅烧技术,并相继在超高温隧道窑、超高温竖窑、超高温回转窑中得到广泛应用。这类超高温炉窑的主要技术特徵是,不富氧条件下,煅烧温度在1800℃以上。实现超高温的技术要点是:採用高热值燃料,如油、天然气等;利用各种窑型的各自特点,对助燃空气和煅烧制品进行强化预热;合理控制助燃空气係数等,最终实现炉窑的高温高效。

铝矾土耐火材料

铝矾土耐火材料

2.1.1 超高温隧道窑

超高温隧道窑主要用于製品的烧成,烧成温度可达1800℃-1900℃,高温技术成熟、可靠,已广泛应用于高纯镁质、镁铬质、镁铝质及刚玉质等製品的烧成。

目前国内超高温隧道窑已建几下条,其主要技术性能是:窑长度:50m-130m;窑宽度:1.1m-3.2m;生产能力:5000t/a-32000t/a;单位产品热耗:6600kJ/kg-6900kJ/kg。

超高温隧道窑多採用双层拱顶预热助燃空气,使其温度可达1000℃左右,从而有利于提高烧成温度,也有延长拱顶窑衬寿命的作用。

2.1.2 超高温竖窑

超高温竖窑用于煅烧高纯耐火材料塬料,且以硷性材料居多,窑温可达

1900℃-2000℃。现国内已投入使用的超高温竖窑主要性能:有效容积:3.5m3-19m3;窑内径:φ700mm-φ1600mm;生产能力:700t/a-50000t/a;单位产品热耗:2000kJ/kg-2500kJ/kg。

超高温竖窑利用係数大,生产率高。实际生产中,炉窑利用係数可达5t/m3-7t/m3d,部分炉窑可达7t/m3d-10t/m3d。实现超高温的主要技术措施是:使窑内二次空气与物料良好接触,充分吸收物料的物理热,在进入煅烧带前温度已达到1500℃以上。同时燃料通过烧嘴喷入窑内,直接在炽热的物料上汽化燃烧,燃烧效率高,炉窑高温係数可达0.9以上。

2.1.3 超高温回转窑

超高温回转窑窑内温度可达1800℃-1950℃。主要用于煅烧烧结刚玉、合成莫来石、镁铝尖晶石、镁铬砂和镁钙砂等耐火塬料,适应範围广,煅烧品质均匀。

国内现有的高温回转窑有两种规格:φ1.7m×40m和φ2m×60m,生产能力为

6000t/a-20000t/a,单位产品热耗为9900kJ/kg左右。为达到超高温煅烧,採取了以下几点措施:1)煅烧带内衬为高档耐火材料,外层为隔热材料,控制筒体的表面温度低于普通回转窑,有利于提高煅烧温度,同时也节省了能源;2)通过回收窑尾烟气的余热,预热一次空气,并对二次空气入窑进行调控,从而在不用富氧的条件下,实现煅烧温度大于1850℃;3)通过对一次风系统的调节,可以有效改变烧嘴火焰的直径和长度,从而达到调节煅烧带的长度和火焰温度;4)通过对窑内压力和煅烧系统压力的自动调节,确保燃烧的稳定,并具有调节灵活可靠的特点。

氧化铝耐火材料

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2.2 轻型节能梭式窑

梭式窑是可取代倒焰窑的新型间歇式炉窑,是国内近十年来发展最为迅速的窑型之一。曲型的梭式窑以轻型、薄壁、节能为特徵,其主要特点是:a)适用多品种小批量生产,组织生产灵活,满足以销定产要求;b)採用轻型薄壁式窑墙结构,内衬採用高温轻质材料,隔热好,蓄热量少;c)新型梭式窑採用高速等温烧嘴,高低错落佈置,喷出高速气流,使窑内气流强烈地旋转,对流换热效果极大提高,高温阶段窑内各点温差可控制在5℃以内。在低温阶段,採用调温风增大烟气量,调节喷入窑内烟气温度,窑内温差在5℃~10℃之间。採用高速等温烧嘴后,升温、降温速度快,故烧成週期短,提高了窑的周转率,节约了燃料;d)装卸砖在窑外进行,生产劳动条件大大改善;e)可配置适宜的检控仪錶,採用PLC控制,实现全自动化操作。

各种梭式窑都採用了适当的烟气余热回收措施。通过生产实践表明,轻型节能梭式窑燃料消砂仅是普通倒焰窑的30%-40%。

国内现有梭式窑容积一秀在10m3-80m3範围内,最近引进了300m3烧硅砖用大型梭式窑。梭式窑烧成温度1000℃-1800℃,可採用天然气、煤气、柴油、液化气等作燃料。梭式窑主要用于生产高档耐火材料,如镁质製品、滑板、水口、刚玉砖、窑具等耐火材料。

2.3炉窑自动化程度

随着自支化技术的发展,耐火材料工业炉窑的控制水準也在提高。近年来,国内一些耐火材料工业炉窑已实现自动化控制,其主要特点是:a)採用DCS或小系统控制站,通过检测和控制设备对炉窑生产过程进行监视、自动操作;b)採用燃料—空气比例燃烧,实现炉窑燃烧的合理和节能;c)採用分区控制温度技术,对不同炉窑制定相应的分区方案,以实现炉窑内温度的合理分佈和控制。在隧道窑中根据烧成品种的烧成曲线温度分佈,设置5—12个温度控制区进行控制。在梭式窑中,根据窑门、窑顶、窑底等各部位的传热差异,设4~9个温度控制区,实现全窑的自动控制。特别对梭式窑已可实现点火、升温、保温、冷却全过程度控制,减少操作中人为因素的影响,提高产品成品率。

广西白泥耐火材料

广西白泥耐火材料

2.4 电加热炉窑

近年来电加热炉窑的应用在逐步增多,大多用于镁碳砖、长水口、滑板等製品的热处理,也用于滑板、长水口的焙烧及氮化硅等特种耐火材料的烧制。电加热炉生产录活,温度控制方便可靠,生产环境好。电加热炉窑中,用于热处理的炉窑大多以连续性炉窑为多,使用温度一般在200℃-350℃,装机功率150kw-300kw。焙烧炉窑多为间歇作业,使用温度大多在400℃-700℃,装机功率随产品品种和升温速率要求,差异较大,多在250kw-500kw。生产氮化硅结合碳化硅砖的电加热炉窑温度<1400℃。

2.5环保技术的应用与推广

耐火材料厂生产中存在的污染问题,使上海、北京、广州等大城市,对建在市区内的耐火材料厂,採取迁建或限停产措施。耐火材料工业炉窑是重点污染源,近年来着重推广的环境保护措施是:a)採用高效除尘器净化烟尘。烟尘净化重点推广高效布袋除尘器,由于受滤袋限制,要求进布袋除尘器的烟气温度小于260℃-300℃。炉窑烟气经过高效除尘器处理后,烟尘含量可控制在100mg/m3以内;b)沥青烟气的处理。滑板、镁碳砖等製品需要浸渍焦油,然后再在炉窑中焙烧,脱除挥发份,于是产生沥青烟气,对工作场所和周围环境产生污染。

在沥青烟气处理上曾採用“白土吸附”工艺,即用白土吸收沥青烟气,吸污后的白土进行焚烧处理。此工艺繁杂,运行成本高,并存在二次污染问题,实际运行效果并不理想。

一些企业根据自身条件,採取焚烧沥青烟的方法,工艺过程简单。现在有些产品使用有机结合剂,在热处理时排放有害物,也採取焚烧废气的方法,将废气在热风炉中焚烧,焚烧温度>750℃,燃烧容积热强度在1300GJ/m3h左右。

近年来,在部分油浸设施上採用了“洗油吸附”工艺。採用洗油吸收沥青烟气,其工艺流程如图1所示。洗油吸附沥青烟气饱和后,可作为其他炉窑的燃料使用,降低成本,投产后使用效果较好。

耐火材料冶炼生产车间

耐火材料冶炼生产车间

2.6 先进炉窑和落后炉窑并存

80年代以来,耐火材料工业迅勐发展,中国已成为世界耐火材料生产大国、出口大国。一些国外合资或独资企业进入中国市场,它们一般都有较强的经济实力和先进生产技术,在国际市场上有良好的声誉,但其工业炉窑,大都採用我国的技术,从而反映出我国先进的炉窑已获得国外同行的认可。

民营企业在市场经济下发展迅速,有一些效益好的企业新建了较高标準的生产线,但从民营企业总体来看,起点较低,装备水準相对落后,还有相当数量的土竖窑和倒焰窑。这造成先进炉窑与落后炉窑并存局面,落后炉窑与节约能源和环境保护的要求不相适应,先进炉窑还应不断进步提高。

3 推动耐火材料工业炉窑技术进步的建议

3.1 全面调研耐火材料工业炉窑状况并制定相应对策

我国耐火材料生产厂集中度差,炉窑现状呈现多样化,一些先进的炉窑在发展推广,一些落后的炉窑也在生存和再建。

随着市场经济的发展,一些旧有企业的关停并转,新型企业的日渐兴起,耐火材料市场格局已发生重大变化。在此种局面下有必要对中国耐火材料工业炉窑的状况再作摸底调查,搞清炉窑的分佈、炉型状况和能源消耗,制定耐火材料工业炉窑技术目录,鼓励发展高新技术,淘汰落后技术。这对全面提升耐火材料工业生产水準有积极意义。

3.2推动节能工作进步

加强耐火材料工业炉窑管理,降低炉窑燃料消耗,是耐火材料节能工作的重点。目前国内只有个别耐火材料企业,设有能源管理机构,相当多的企业,缺乏必要的计量手段和科学的统计分析方法,对有关能源消耗及其变化的真实情况难以掌握,更难以有计画有目标地针对性地开展能源管理。

建议补充完善“耐火材料工业炉窑热平衡测定计算方法统一规定”,制定耐炎材料工业炉窑“热效率”标準,将推荐性标準改为强制性标準,强制推动节能工作的进步。

3.3淘汰落后炉窑

各种不同炉窑燃料消耗有较大差异。根据统计,不同窑型煅烧粘土、高铝熟料的单位产品燃料消耗见表1,不同窑型煅烧制品的单位成品燃料消耗见表2。

表1 不同窑型煅烧粘土、高铝熟料的单位产品燃料消耗表

珠光砂

珠光砂

标煤kg/t

产品 窑型

回转窑 竖窑 土竖窑

粘土熟料 140-160 65-80 250-300

高铝熟料 200-280 —— 400-500

由此可见,煅烧塬料的土窑、烧成製品的倒焰窑都存在能源消耗高,且环境污染严重、操作环境恶劣的问题。目前这些落后炉窑在国内仍在重复建设,应坚决制止。对已建落后炉窑有必要进行改造或淘汰。

3.4 开发新型适用炉窑

在对炉窑正确评价的基础上,推广节能环保型炉窑,开发适合我国市场的炉窑。根据目前国内耐火材料生产企业规模小、市场多变的特点,建议开发新型炉窑:

表2 不同窑型煅烧制品的单位成品燃料消耗表

标煤kg/t

产品 窑型

隧道窑 梭式窑 倒焰窑

粘土砖 100—180 —— 350—600

高铝砖 200—250 —— 540—750

硅砖 180—300 400—550 500—650

中档镁砖 180—330 —— 550—750

铝碳製品1)500—850 800—1100 ——

注1)埋炭烧成时

a)间歇式隧道窑

该窑型可以认为是在梭式窑的基础上,前端增加了预热带,后端增加了冷却带,使梭式窑具有隧道窑的高“热效率”优点,间歇式隧道窑特点可以概括为:1)冷却带製品的余热可以预热二次空气,烧成带排出的余热加热砖坯,克服梭式窑能耗高的缺点;2)降低排烟温度,为烟气净化提供条件;3)可实现窑外装卸砖,改善操作人员劳动条件;4)具有间歇窑灵活生产的特点,方便组织生产。

b)新型菱镁石、白云石轻烧窑

新型菱镁石、白云石轻烧窑的要求技术特徵为:1)既适应轻烧小粒矿石,又能适应轻烧精矿粉;2)轻烧菱镁石、白云石具有高活性度;3)排放高浓度CO2烟气,为经济回收CO2创造条件。

3.5 燃料结构合理化

燃料燃烧后的产物,应不污染产品,或者污染程度在产品品质允许範围内。因此煅烧精料和烧成优质製品时,必须坚持採用低灰分液体燃料或高热值气体燃料。

由于我国单位国民生产总值佔用燃料过高,造成燃料资源紧缺,相对而言,煤多,燃油少,高炉、焦炉、转炉等回收煤气不敷使用。从我国实际情况出发,开展的重点工作有:1)开发高效煤粉製备设备,应用无烟煤粉作为回转窑燃料;2)综合利用煤炭资源,採用水煤浆作为耐火炉窑的燃料(>1350℃);3)开发兼顾使用气体燃料和固体燃料,高热值烯料和低热值烯料以及富氧的二用或叁用烧嘴技术。

耐火材料回转炉

耐火材料回转炉

3.6 推广耐火炉窑採用富氧助燃技术

採用空气助燃时,大量热能被空气中的N2气带走,几乎占全部热量的30%以上,致使热利用率低,高温煅烧困难且不稳定。当燃烧温度>1300℃后,产生NOX量随温度呈指数级增加,在高温、超高温条件下,烟气含NOX量高,增加了治理难度。

富氧助燃,由于富氧空气中N2减少,虽然烟气比热比空气助燃略有提高,但随着氧含量的增加,烟气总量大幅度减少,使烟气温度迅速提高。这对于实现超高温烧成的节能和减少排放NOX均有显着效果。富氧空气助燃的烟气温度按下式计算:tr=Qy/CV。Qy——燃料的低发热值,kJ/kgm3;C——烟气平均比热,kJ/m3℃;V——烟气生成量,m3/kg。

以下富氧空气燃油的热工参数可供参考。

表3 富氧空气燃油的热工参数(当a=1.15,富氧空气温度15℃时)

燃烧指标 富氧空气的氧含量

含O2量20.67% 含O2量25% 含O2量30%

实际燃烧富氧空气量,m3/kg 12.44 10.29 8.58

烟气生成量,m3/kg 12.994 10.8755 9.1874

烟气平均比热C,kJ/m3℃ 1.6515 1.7054 1.7648

计算烟气温度,℃ 1902 2201 2518

富氧空气的O2含量一般为22%-30%。目前我国小型制氧技术进步较大,採用富氧助燃在经济上已可行,因此推广耐火炉窑採用富氧助燃技术,条件已经成熟。

3.7 提高炉窑自动化控制水準

我国耐火材料工业炉窑总体自动化控制水準较低,有相当部分炉窑对操作人员的依赖性很大,直接关係到炉窑的消耗和成品率,因此很有必要逐步提高控制水準。

炉窑自动化控制的关键,在于解决好一次测温仪錶,其次是数据的传输与智能化控制。对炉窑的温度、压力等参数进行监控,对操作趋势进行预测调节,实现炉窑数位化操作,从而达到提高成品率、降低能源消耗、增收节支的目的。炉窑的智能控制是现代炉窑发展的方向。