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回轉窯耐火材料改造內襯結構實現節能降耗

發布日期:2019/01/04 來源: 瀏覽

(中國石灰協會《石灰》雜志2011年第2期刊登)


徐國棟

摘要 介紹了山東魯銘高溫材料股份有限公司圍繞石灰回轉窯的節能降耗,在耐材的選擇、砌筑工藝上的創新實踐。
一、 概述
國內石灰回轉窯的砌筑方式,主要以定型耐火磚為主砌筑,并分為縱向砌筑和橫向砌筑。在生產過程中,窯內的耐火磚在縱向和橫向竄動,磚縫間竄氣引起窯皮溫度升高。耐火材料不但要受到熱沖擊,以及窯氣和物料的侵蝕、磨損,而且還要承受振動和轉動時其相互之間及殼體之間的擠壓等應力。因此,要求窯體的磚具有足夠的強度,更要求有關施工人員精心砌筑、嚴格把關。
本著節能減排降耗的原則,降低窯皮溫度為主要措施,從窯襯的砌筑方式上大膽創新,選定預制磚和澆注料混砌的方式。此方式窯內的耐材有錨固釘固定在窯殼之上,不存在縱向和橫向的竄動問題,保溫材料抗壓強度不受限制,從而可以選取導熱系數更低的隔熱材料為保溫層,從而提高保溫效果。
作為白灰回轉窯,由于入窯物料為塊狀石灰石,其對窯襯的磨損更為嚴重,再就是因為設備和市場的原因經常的開、停窯,有時一年要開停窯幾次到十幾次不等,溫度變化比較頻繁。這勢必對窯襯耐材的耐磨及抗熱震穩定性提出很高的要求。從以往的石灰回轉窯的設計來看,基本以環型砌磚為主,從使用情況來看,掉磚、磨損比較嚴重,有時掉一塊磚,就要停窯檢修,既影響了生產進度、產量,又浪費人力、物力,造成一定的經濟損失;由于受砌筑工藝的限制,無法實現對窯體耐火材料進行更好的保溫,以至于窯體外表溫度較高,熱損失較大,相對能耗也就較高。針對這種情況,我們在材料選擇、砌筑工藝設計、施工等方面進行了優化和改進,使回轉窯的使用壽命及節能降耗有了極大的提高;特別是在大中修時不會因窯體長期在高溫狀態下運轉而必然造成的一定變形而影響砌筑質量和使用效果。
二、優化耐材
1、高溫段,采用的復合預制磚及鋼纖維澆注料復合砌筑(專利號ZL200930019101.3)。所用復合預制磚由耐磨層和保溫層復合預制經低溫烘烤而成,所選材料主要考慮了材料的抗熱震性、耐磨性、耐侵蝕性、高溫強度等各方面,各種材料經科學合理的配比,以期達到窯爐的各方面使用條件和最佳的使用壽命;輕質保溫層由輕質硅酸鋁纖維及輕質復合材料構成,不但降低了窯內的熱量損耗,而且保護了窯體,防止因窯體溫度過高或耐火材料重量過大,引起的窯體變形。另外,生產此預制磚時,選用優質高檔材料,作為外加劑或復合外加劑,并添加一定比例的耐熱鋼纖維,增強其在使用過程中的抗剝落性能及耐磨性能,同時兼顧了預制磚的高溫強度及耐物料雜質及堿性氣體侵蝕等各方面因素。
與預制磚復合砌筑用的鋼纖維澆注料、輕質高強澆注料在選材方面與預制磚耐磨層、保溫層基本相同,以保證其同步反應,保證窯體耐材膨脹或收縮的整體性。
2、低溫段,為使窯體耐材達到最佳性價比,使高溫段耐材與低溫段壽命同步,低溫段耐材采用鋼纖維高鋁低水泥復合預制磚及鋼纖維高鋁低水泥澆注料復合砌筑。所用復合預制磚是由耐磨層和保溫層復合預制經低溫烘烤而成。此段耐磨層主要選用高品質高鋁質材料及耐磨材料,并添加一定比例的耐熱鋼纖維,其耐磨及抗熱震性能既能滿足此溫段的使用要求,且價位相對于高溫段材料便宜,降低了回轉窯耐材的整體造價。
三、砌筑工藝及方案
1、復合預制磚由錨固件固定在窯體上,這樣就完全可以實現在貼近窯體內表面上再添加一層導熱系數較低的高鋁纖維保溫層而不會出現掉磚;兩行磚之間再用輕質高鋁纖維毯及輕質高強澆注料和耐磨澆注料填充,更保證了砌體的整體性、牢固性及保溫性,滿足砌體長期處于受震狀態的使用條件,保證了窯體外皮溫度高溫段平均溫度不高于210℃,低溫段達到常溫。砌筑工藝見圖1。

回轉窯耐火材料改造內襯結構實現節能降耗

圖1   砌筑工藝圖

另外,對于窯體上風管接口及熱電偶孔我們采取現場支模澆注成型的方式,這樣既能保證其尺寸的準確性又能保證其與整個窯襯的整體性。
2、砌筑方案:
(1)在回轉窯軸向確定預制磚和澆注帶的寬度并放線    
(2)預制磚砌筑。砌筑時,磚與纖維毯與窯皮之間和磚與磚之間的泥漿應均勻飽滿使之結合緊密。
(3)預制磚錨固釘焊接必須牢固,不得漏焊。     
(4)在澆注帶施工之前,將砌筑預制磚時的雜物清理干凈,然后鋪設高鋁纖維毯。
(5)在澆注帶內焊接錨固釘,高溫段錨固釘表面做特殊處理,以防耐材與錨固釘的膨脹系數不同而對耐材產生影響。
(6)先澆注高強輕質澆注料,再澆注重質澆注料。
 (7)一條澆注帶施工完畢后,須等到澆注料初凝后方可轉窯進行下一條澆注帶的施工。其施工順序與預制磚的砌筑順序相同。 
四、優化和改造效果
經過優化和改造的回轉窯內襯,解決了回轉窯在運行過程中“抽簽”掉磚的問題,而在材料選擇方面充分考慮了溫度、物料、氣氛等對耐材的影響,相比原來傳統的耐材更加穩定,在強度、熱穩定性方面有了極大的提高,大大降低了檢修率,使用壽命可達兩年以上。
經過改造的日照鋼鐵集團Φ4×60m的白灰窯在2年的運行過程中未因耐材的脫落或質量問題而停爐檢修。使用1年半后在檢修設備時進爐觀察,耐材表面光滑無剝落現象,窯體平均窯皮溫度165℃,最高點(膨脹縫處)溫度僅210℃,節能降耗效果明顯,噸灰燃料消耗煤氣減少19.7m3,煙煤減少7.7Kg(煙煤的發熱值按6000Kcal/Kg,轉爐煤氣按1500Kcal/m3),噸灰減少能耗為19.7×1500+7.7×6000=74805Kcal,直接噸灰降低成本:煙煤7.7/1000×1300 元/噸+煤氣19.7×0.2元/m3=13.95元。
唐山輝博2011年4月進行改造,煅燒帶窯皮平均溫度低于190℃,日產600噸灰節省焦化煤氣20000m3,噸灰降耗20000/600×0.75元(唐山征楠焦化每立方焦化煤氣0.75元)=25元,年省燃料費20000×0.75×300(一年運行300天)=450萬元。
五、總結
用此種砌筑工藝,經過5年多的實際生產運行,已驗證了其節能降耗的顯著效果和生產運行的穩定性。同比小磚砌筑,體現了幾大優點:1、窯皮溫度降低100℃以上;2、節省燃料費10%以上;3、徹底杜絕了抽簽掉磚問題的發生;4、窯體耐材重量下降5-8%左右,省電10%;5、提高了設備的連續運轉率。在實際生產應用中,連續運行半年,即可節省下整個窯體耐材費用。     現已對鞍鋼集團、沙鋼集團、日照鋼鐵集團、濟南鋼鐵集團、濟南鋼鐵集團、青島鋼鐵集團、湖南湘鋼鑫通爐料、山西文水海威鋼鐵、山西襄汾昌祥建材、山西星原鋼鐵、內蒙察右后旗華晨高鈣、安徽大眾鈣業、河北唐山輝博、吉林樺甸匯金鈣業等近40多條石灰回轉窯進行了節能改造,改造完畢后煅燒帶窯皮平均溫度均不超200℃,節能降耗效果顯著。        


回轉窯耐火材料改造內襯結構實現節能降耗

施工中的白灰窯照片(日照鋼鐵公司)

回轉窯耐火材料改造內襯結構實現節能降耗

3 施工中的回轉窯窯頭照片(日照鋼鐵公司)





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