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回转窑热耗降低50%,该技术为水泥厂年省百万!

楼主:水泥内参 时间:2020-01-11 19:03:20


水泥窑烧成系统的能耗比较大,原来的隔热材料为微孔硅酸钙板或者陶瓷纤维板,这种材料的导热系数为常规数值,隔热性能已经不能满足日益苛刻的隔热节能需要,采用新型的纳米级微孔隔热材料(简称纳米隔热材料),是水泥窑烧成系统隔热节能的一个发展方向。


一、纳米隔热材料和传统隔热材料的性能对比

纳米隔热材料是采用纳米技术,添加了独特的反红外辐射材料,采取特殊的工艺生产出来的纳米级微孔隔热材料,相比较于传统陶瓷纤维和微孔硅酸钙板这类微米级气孔隔热材料,纳米隔热材料的气孔在20纳米左右,这是导致其导热系数成为迄今为止最低的隔热材料,同样温度下的隔热性能比传统要好4倍,详细的见图—1和表—1。

图—1 纳米隔热板


序号

原结构

mm

使用温度

密度

Kg/m3

抗压强度

MPa

重烧线收缩

850

导热系数

800

化学成分

1

微孔硅酸钙板

1000

220

0.30

2

0.15

SiO2

CaO

2

陶瓷纤维板

12601450

280

0.35

2

0.15

SiO2

Al2O3

3

纳米隔热板

950

250

0.30

2

0.035

SiO2

SiC

4

隔热性能对比

隔热性能:1:4       25mmWDS纳米隔热板相当于100毫米以上传统隔热材料)

隔热材料主要性能指标对比 表—1


二、旋风筒隔热

水泥窑的旋风筒一般是采用耐火砖、浇注料和硅酸钙板,如果在不需要扩容的情况下,可以采用纳米隔热材料加强耐火衬的隔热效果,达到节能的目的。

2017年1月9日,甘肃祁连山集团永登水泥有限公司的3号线C5东侧旋风筒维修,决定采用25毫米纳米隔热板,代替原来同等厚度的硅酸钙板,保持原硅酸钙板的112毫米总隔热衬厚度不变,详细情况见图—2和表—2。

图—2   5级旋风筒施工图片


序号

新旧结构

mm

筒内温度

外壳温度

散热损失W/m2

隔热面积 m2

外壳温度下降

热损失

减少%

1

114mm耐火砖+112mm硅酸钙板

900

71

781

21

43

2

114mm耐火砖+87mm硅酸钙板+25mm纳米隔热板

900

50

445

92.45

4

说明:隔热面积按照柱体部分,直径6.8米,高度4.33米。

五级旋风筒隔热衬改造效果    表—2


三、上升管扩容改造

2017年3月淄博科邦热工科技有限公司根据用户的扩容需要,决定将祁连山集团夏河水泥公司的日产2500吨水泥熟料,扩大到日产3000吨,除了设备必须的改造外,需要将所有的旋风筒上升管段进行扩容改造,以保证上升管段的维持一定的风速。

图—3  上升管用纳米隔热板


在实际改造中,各级上升管采取使用一层20~25毫米WDS纳米隔热板代替115毫米的硅酸钙板,工作衬的114毫米耐火砖的厚度不变。将上升管的内径平均扩大180毫米,满足了工艺风速的一定要求。 项目实施投料运行后,除5级上升管的外壳温度比原来升高10度左右外壳之外,其他各级上升管的实际外壳温度与原来的一致,扩容要求达到了预计的效果。



四、烟气室扩容隔热

2017年1月21日,青海新型建材工贸有限公司的烟气室维修隔热层,在维修前提出增加烟气室耐火浇注料厚度的设想,我们经过计算提出采用25毫米陶瓷纤维板和25毫米厚度的WDS纳米隔热板,代替原来的80 毫米硅酸钙板。浇注料的厚度由150毫米增加到170毫米,实际烟气室内衬耐火材料厚度减薄了10毫米,详细结构见图—4和表—4。

图—4  烟气室纳米隔热板施工


序号

内衬厚度  mm

使用温度

浇注料

mm

外壳温度

热损失

W/mK

外壳温度下降

 

热损失

下降 %

1

原结构

150mm浇注料+80mm纤维板)

1200

150

132

1600

32

36

2

新结构

170mm浇注料+25mm纤维板+25mm纳米板)

1200

170

100

1025

烟气室扩容改造效果 表—4


在烟气室维修施工中,我们派出技术工程师到现场进行指导施工,保证了纳米隔热板的施工质量,在生产线投产后,跟踪测试了烟气室的外壳温度,外壳温度下降32℃,达到预计的隔热效果。

 

五、三次风管扩径隔热

2017年2月22日,湖北京兰水泥集团有限公司的三次风管在维修时,将原来的82毫米硅酸钙板改进为 50毫米硅酸钙板与20毫米纳米隔热板复合使,减薄厚度12毫米,施工部位位于靠近窑头一侧的高温段上半圈,详细结构见图—5和表—5。

图—5


序号

结构

mm

炉内温度

冷面温度

散热损失W/m2

隔热面积 m2

外壳温度下降

热损失减少

%  

1

114mm耐火砖+82mm硅酸钙板

1000

145

1670

20

22.8

2

114mm耐火砖+50mm硅酸钙板+20mm纳米隔热板

1000

125

1290

24

三次风管维修改造隔热效果      表—5


具体使用位置是在三次风管靠近窑头的6米长度的上半段,新结构隔热层的总厚度比原结构减薄了12mm,生产线投入运行后,使用了纳米隔热板的风管部分区域外壳温度平均下降了20~25℃,而且使用部位的三次风温要比未使用部位的温度高,用户对纳米隔热板的隔热效果表示满意。


六、回转窑隔热

葛洲坝集团水泥有限公司某新线60万白水泥项目,经过双方详细的技术交流,决定在回转窑过渡段后预分解带采用新型的WDS纳米隔热板和凹槽砖结构,以降低回转预分解带的外壳温度。

天津南极星隔热材料有限公司跟踪德国应用的成熟经验,提供凹槽砖的凹槽设计图纸,由专业的耐火砖生产企业宜兴顺星耐火科技有限公司按照图纸生产,在现场施工时,将15毫米WDS纳米隔热板插入凹槽砖内,在回转窑壳体和耐火砖之间形成隔热层,详见图—6和表—6。

图—6  回转凹槽砖和纳米隔热板


序号

内  衬

使用温度

耐火砖

mm

隔热层

mm

外壳温度

降低值

备注

1

原结构

1200

220

300

0


2

新结构

1200

220

15mm纳米隔热板

210

90

15毫米板在砖凹槽内

3

计算原结构热损失

8260   W/m2


4

计算新结构热损失

4780   W/m2


5

节约的热量

3480  W/m2

节能42.1%

6

隔热面积

250m2

过渡段60%隔热

7

造价

15万元


8

理论节能

效果

65万元

回收期:   2.8


回转窑预热带隔热效果      表—6


备注:这个项目于2017年9月18日开始,过渡带凹槽砖后面加入我们的15毫米纳米隔热板,以上为理论的经济效益计算结果。

新生产线于2017年11月14日点火投产,11月23日,在回转窑正常生产中,发现预热带外壳温度扫描35~63米处全是绿色的低温区域,温度下降的很大,两个衔接的区域之间颜色一点过渡的颜色都没有,说明这里的凹槽砖复合纳米隔热板隔热效果非常好,对比大致下降70~80℃,下图是筒体扫描图—7。

图—7 葛洲坝石门特种水泥回转窑外壳红外扫描


由于葛洲坝集团水泥有限公司的新线白水泥回转窑预热带应用纳米隔热板的降温效果非常明显,湖北京兰水泥公司的两条回转窑过渡带定期维修更换耐火砖时,决定全部采用凹槽砖复合15毫米WDS纳米隔热板,用于降低回转窑过渡带外壳的温度。

根据理论计算,相比较使用传统耐火砖预计外壳温度能下降80~100℃,可以大幅度降低回转窑的外壳椭圆度变形,减少能源消耗,项目于2017年12月进行施工。     


七、球磨机隔热

云南师宗明驰水泥制造有限公司的球磨机,内部温度150~200℃,最内层是50~90mm的锰钢,外壳温度超过74℃,致使其温度报警器时常报警。

为了解决这个问题,他们采用我们1100型5毫米隔热毡,用于球磨机锰钢和外壳之间,我们隔热毡紧靠外壳内部铺设一层,先用一层薄钢板压在隔热毡上,然后施工内衬钢衬板,详见图—8。

图—8  球磨机隔热应用


2017年8月施工,投入使用后,外壳温度降低到60℃,取得了很好的隔热保温效果。

鉴于这里使用的效果非常好,青海宏扬水泥公司也采用5毫米的70平方米隔热毡,用于降低设备的外壳温度。


八、总结

根据上述在国内成功应用的案例,WDS纳米隔热板由于其优异的隔热性能,在水泥窑窑尾静止设备上应用后,同样隔热厚度的情况下,取得大幅度降低外壳温度20~30℃的效果,可以达到节省散热损失30%以上。

在烧成系统需要扩大容积的情况下,25毫米WDS纳米隔热板可以代替100~115毫米硅酸钙板的效果,达到扩大设备净空间75~90毫米的效果,保持高温设备的外表温度不变,原来的能耗不增加,大福度提高设备的产量。

在回转窑的过渡带和预热带采用15毫米WDS纳米隔热板,可以降低回转窑外壳温度70~100℃,散热损失减少42%以上,节能效果非常明显。如果整个回转窑应用纳米隔热材料隔热,除了大幅度降低回转窑的外壳温度外,还可以大大减小回转窑外壳椭圆度变形,有益于延长耐火材料的使用寿命。同时,可以明显降低窑头煤炭用量,减少回转窑高温下氮氧化物的生成量,进而减少脱硝的氨水用量,具有积极的环保效应。


综上所述,WDS纳米隔热材料的优异隔热性能,为水泥行业节能降耗、扩容增产和绿色环保改造提供了一个全新的隔热材料,值得在水泥行业大面积推广,为水泥工业的技术进步做出有益的贡献。 


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