我国耐火材料工业炉窑的技术进步.docx

我国耐火材料工业炉窑的技术进步2010-04-14 02:28:22|分类： WORK |标签： |字号大中小订阅 我国耐火材料工业炉窑的技术进步-金明哲辽宁省人民政府镁资源保护办公室摘要:我国耐火材料工业炉窑经过五十年来的发展，技术水平有了较大提高。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；轻型节能梭式窑的推广；提高炉窑自动化水平；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。关键词：耐火材料；炉窑；技术进步；节能；富氧助燃技术1前言耐火材料工业炉窑用于原料的干燥、原料的轻烧、原料的烧结、砖坯干燥、制品烧成及不烧制品的热处理等，是保证耐火材料产品质量的关键设备，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原料的竖窑、回转窑及烧成制品的隧道窑、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平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三大技术为：高纯原料、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征是，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：采用高热值燃料，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；合理控制助燃空气系数等，最终实现炉窑的高温高效。2.1.1超高温隧道窑超高温隧道窑主要用于制品的烧成，烧成温度可达18001900，高温技术成熟、可靠，已广泛应用于高纯镁质、镁铬质、镁铝质及刚玉质等制品的烧成。目前国内超高温隧道窑已建几十条，其主要技术性能是：窑长度：50m130m；窑宽度：1.1m3.2m；生产能力：5000t/a32000t/a；单位产品热耗：6600kJ/kg6900kJ/kg。超高温隧道窑多采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原料，且以碱性材料居多，窑温可达19002000。现国内已投入使用的超高温竖窑主要性能：有效容积：3.5m319m3；窑内径：700mm1600mm；生产能力：7000t/a50000t/a；单位产品热耗：2000kJ/kg2500kJ/kg。超高温竖窑利用系数大，生产率高。实际生产中，炉窑利用系数可达5t/m3d7t/m3d，部分炉窑可达7t/m3d10t/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，炉窑高温系数可达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18001950。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原料，适应范围广，煅烧质量均匀。国内现有的高温回转窑有两种规格：1.7m40m和2m60m，生产能力为6000t/a20000t/a，单位产品热耗为9900kJ/kg左右。为达到超高温煅烧，采取了以下几点措施：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）通过对窑内压力和燃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。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。典型的梭式窑以轻型、薄壁、节能为特征，其主要特点是：a)适应多品种小批量生产，组织生产灵活，满足以销定产要求；b)采用轻型薄壁式窑墙结构，内衬采用高温轻质材料，隔热好，蓄热量少；c)新型梭式窑采用高速等温烧嘴,高低错落布置，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，采用调温风增大烟气量，调节喷入窑内烟气温度，窑内温差在510之间。采用高速等温烧嘴后，升温、降温速度快，故烧成周期短，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表，采用PLC控制，实现全自动化操作。各种梭式窑都采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耗仅是普通倒焰窑的3040。国内现有梭式窑容积一般在10m380m3范围内，最近引进了300m3烧硅砖用大型梭式窑。梭式窑烧成温度10001800，可采用天然气、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，如镁质制品、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动化技术的发展，耐火材料工业炉窑的控制水平也在提高。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)采用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)采用燃料-空气比例燃烧，实现炉窑燃烧的合理和节能；c)采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布和控制。在隧道窑中根据烧成品种的烧成曲线温度分布，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；d)对炉窑的升温、保温、降温过程实行自动控制。特别对梭式窑已可实现点火、升温、保温、冷却全过程控制，减少操作中人为因素的影响，提高产品成品率。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、滑板等制品的热处理，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。电加热炉生产灵活，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200350，装机功率150kw300kw。焙烧炉窑多为间歇作业，使用温度大多在400700，装机功率随产品品种和升温速率要求，差异较大，多在250kw500kw。生产氮化硅结合碳化硅砖的电加热炉窑温度750，燃烧容积热强度在1300GJ/m3h左右。近年来，在部分油浸设施上采用了“洗油吸附”工艺。采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，可作为其它炉窑的燃料使用，降低成本，投产后使用效果较好。2.6先进炉窑和落后炉窑并存80年代以来，耐火材料工业迅猛发展，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，大都采用我国的技术，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准的生产线，但从民营企业总体来看，起点较低，装备水平相对落后，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，搞清炉窑的分布、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平有积极意义。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，更难以有计划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”，制定耐火材料工业炉窑“热效率”标准，将推荐性标准改为强制性标准，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。由此可见，煅烧原料的土窑、烧成制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：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)冷却带制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征为：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质量允许范围内。因此煅烧精料和烧成优质制品时，必须坚持采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占用燃料过高，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）开发高效煤粉制备设备，应用无烟煤粉作为回转窑燃料；2）综合利用煤炭资源，采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，高热值燃料和低热值燃料以及富氧的二用或三用烧嘴技术。3.6推广耐火炉窑采用富氧助燃技术采用空气助燃时，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均有显著效果。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。富氧空气的O2含量一般为2230。目前我国小型制氧技术进步较大，采用富氧助燃在经济上已可行，因此推广耐火炉窑采