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預(yù)分解窯對(duì)耐火材料的性能要求

發(fā)表時(shí)間：2021-03-20 15:39
文章附圖

預(yù)分解窯技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求的提高都對(duì)耐火材料性能提出了新的要求。預(yù)分解窯歷經(jīng)40余年的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模和裝備規(guī)格大幅增加，造成系統(tǒng)內(nèi)耐火襯體所承受的應(yīng)力出現(xiàn)了諸多變化，窯溫更高，窯速加快，更多堿等揮發(fā)性組分的侵蝕和高磨蝕。近年來，水泥窯協(xié)同處置工業(yè)和城市廢物取得長(zhǎng)足進(jìn)展，不同行業(yè)的工業(yè)廢物和低品位原燃料，大量地用作水泥原燃料，一些有害元素和重金屬元素也隨之帶入系統(tǒng)內(nèi)。此外，環(huán)保形勢(shì)和國(guó)家政策要求控制水泥生產(chǎn)過程中NOx、SO2等有害氣體及粉塵的排放，消除耐火材料中六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境的污染。


1、不動(dòng)設(shè)備襯體
(1)由于窯尾廢氣溫度較早期的系統(tǒng)提高了100℃～150℃以上，致使堿、氯、硫等結(jié)皮阻塞的現(xiàn)象和部位均有所增加。另外，采用工業(yè)廢燃料和低品位燃煤后，有害物進(jìn)一步增加，結(jié)皮阻塞現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。不動(dòng)設(shè)備的襯料，不僅考慮抗堿、氯、硫等有害物的侵蝕及防結(jié)皮措施，還應(yīng)考慮與襯料帶來配套的金屬錨釘和錨固件以及金屬筒體承受高溫和抗堿、氯、硫侵蝕的工況條件，生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少耐火襯料及金屬部件的損壞。
(2)系統(tǒng)熱耗逐年下降，燃料燃燒所需的二次空氣量相應(yīng)減少，再加上冷卻機(jī)熱效率的提高，入窯的二次空氣溫度進(jìn)一步增加，以及多風(fēng)道燃燒器的使用，使燃燒器前端、窯門罩、篦冷機(jī)進(jìn)料口部位的溫度有較大提高，上述部位襯料不僅承受較高溫度的熟料、煙氣和氣流溫度的熱應(yīng)力，還要承受熔體(液相)熟料和粉塵熟料的侵蝕，更為嚴(yán)重的是遭受表面帶熔體(液相)的高溫熟料的結(jié)“雪人”的侵蝕。
(3)燃料價(jià)格上漲，一些以往不能在水泥工業(yè)應(yīng)用的燃煤，通過技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)已在分解爐內(nèi)大量應(yīng)用，如低揮發(fā)份燃煤燃點(diǎn)溫度高，且顆粒細(xì)，再加三風(fēng)道燃燒器的使用，易在分解爐內(nèi)造成局部高溫，這對(duì)分解爐的工作層和隔熱層材料的使用溫度和隔熱性能提出更高的技術(shù)要求。
(4)窯的產(chǎn)量持續(xù)增加，預(yù)熱器的規(guī)格和級(jí)數(shù)均在增加，預(yù)熱器塔架所承受的金屬筒體和襯料的負(fù)荷相應(yīng)增大，必須減輕襯料重量來降低負(fù)荷及土建投資。其措施是在保持襯料性能的前提下，降低襯料容重，另一措施是，適當(dāng)減少工作層襯料厚度，這對(duì)耐火磚和耐火澆注料襯體的機(jī)械性能和隔熱材料的隔熱性能提出更高的要求。
(5)隨著熟料質(zhì)量要求的提高，煅燒溫度相應(yīng)提高，生料的配料率值相應(yīng)增加，熟料在煅燒過程中飛砂料相應(yīng)增加，這對(duì)三次風(fēng)管、窯門、篦冷機(jī)內(nèi)與熟料接觸部位的襯體的抗磨蝕提出了更高的要求。
(6)為減少NOx排放量，在分解爐采用分級(jí)煅燒，即燃料在局部還原氣氛內(nèi)燃燒，襯體內(nèi)Fe2O3易受還原氣氛影響還原成二價(jià)鐵，磚內(nèi)的鐵含量有所限制。
2、回轉(zhuǎn)窯襯體
(1)窯產(chǎn)量增加，窯徑加大，窯內(nèi)燒成帶耐火磚所承受的單位熱負(fù)荷隨產(chǎn)量增加而增大，也易增大橢圓度對(duì)耐火磚所承受的熱機(jī)械應(yīng)力。
(2)窯速進(jìn)一步增大，目前最高轉(zhuǎn)速高達(dá)(300～330)r/h，運(yùn)轉(zhuǎn)中易使火磚滑動(dòng)，產(chǎn)生擠壓損壞。此外，窯速增加，增大窯口部位耐火磚所承受的向下推力，從而造成損壞。這對(duì)窯內(nèi)火磚的強(qiáng)度、精度、窯口型式和施工質(zhì)量提高了要求。
(3)熟料質(zhì)量要求越來越高，則熟料中的石灰飽和系數(shù)KH、硅酸率n的率值進(jìn)一步增加，熟料的煅燒溫度進(jìn)一步提高。窯料中的熔體量、熔體表面張力、熔體粘度均發(fā)生變化，對(duì)窯皮的性能也有影響。上述情況對(duì)窯內(nèi)燒成帶和上下過渡帶使用的耐火磚以及窯口、窯門罩、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)其他高溫部位的耐火磚提出更高的溫度要求，也對(duì)耐火磚的高溫強(qiáng)度和抗機(jī)械應(yīng)力，以及粘掛窯皮的性能提出要求。
(4)通過技術(shù)進(jìn)步，一些生產(chǎn)廠以往長(zhǎng)期使用20%～30%揮發(fā)份的燃煤，改為大量使用揮發(fā)份低于10%的無煙煤。此類煤粉顆粒細(xì)，且燃點(diǎn)高，火焰集中，對(duì)輪帶附近燒成帶耐火磚的抗機(jī)械應(yīng)力提出更高的需求。由于燃煤的揮發(fā)份低，沒有完全燃燒的煤粉在燃燒的過程中，沉積在沒有窯皮的磚面上，造成耐火磚碳剝落。此外，含硫較高的燃煤在還原氣氛下，在窯內(nèi)高溫部位，熟料中的硫酸鈣分解，重新生成SO2，并隨高溫窯氣后逸，在回轉(zhuǎn)窯后部分解帶易與窯料一起結(jié)厚窯皮、結(jié)圈、結(jié)大顆粒熟料，并對(duì)該部位窯襯和金屬筒體造成化學(xué)侵蝕，對(duì)耐火襯料和金屬材料提出抗化學(xué)侵蝕要求。
(5)工業(yè)廢物作原燃料帶來的影響。20世紀(jì)80年代初以來，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步加大工業(yè)廢物和市政垃圾作水泥原燃料的應(yīng)用，目前個(gè)別國(guó)家原料代用超過260kg/t水泥，代用燃料達(dá)到煅燒熟料熱值的90%，這一趨勢(shì)仍在擴(kuò)大。必須看到工業(yè)廢物作原燃料對(duì)生產(chǎn)控制和熟料質(zhì)量帶來一定的影響。工業(yè)廢物等作原燃料的品種多，數(shù)量少，成份難于均勻且含水量高，入窯的原燃料成份波動(dòng)大，硫、氯、堿等有害物成份及數(shù)量多，致使窯料的率值、生料易燒性、熔體量、熔體粘度等頻繁變化，在生產(chǎn)操作時(shí)，需經(jīng)常調(diào)整操作參數(shù)，以保證熟料質(zhì)量穩(wěn)定，但事實(shí)上很難做到，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)以下情況：
(a)原燃料成份波動(dòng)，熟料質(zhì)量難于穩(wěn)定，且熱耗相應(yīng)增加。
(b)生產(chǎn)中易出現(xiàn)不完全燃燒，增加了堿、氯、硫等有害元素化合物的循環(huán)，易出現(xiàn)窯尾后結(jié)圈，長(zhǎng)厚窯皮及預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮堵塞。
(c)熔體量、熔體粘度的頻繁變化，易使燒成帶窯皮厚薄變化及坍落。
(d)代用燃料性能不一，其火焰的位置也不一致，相應(yīng)增加了燒成帶長(zhǎng)度窯皮的變化和不穩(wěn)定。
上述情況對(duì)燒成系統(tǒng)內(nèi)耐火磚和金屬部件產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，必須提高性能才能滿足生產(chǎn)需求。近年來一些耐火材料的性能，如耐火度、抗熱震、抗硫堿侵蝕及抗機(jī)械應(yīng)力均有較大提高。
(6)余熱發(fā)電的影響。近年來，預(yù)熱器、冷卻機(jī)廢氣用于發(fā)電，但一些生產(chǎn)線過量抽取高溫?zé)犸L(fēng)，造成窯內(nèi)還原氣氛，增加硫堿循環(huán)，窯尾結(jié)皮堵塞和生產(chǎn)粉塵熟料降低窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，上述情況相應(yīng)增加窯襯和筒體熱化學(xué)侵蝕。對(duì)窯內(nèi)耐火磚的氧化鐵含量及抗硫堿侵蝕均提出技術(shù)要求。
(7)六價(jià)鉻的影響。水泥窯內(nèi)大量應(yīng)用Cr3+的鎂鉻磚，在含堿窯氣的窯內(nèi)使用后還原成極易溶于水的Cr6+。工業(yè)化國(guó)家在20世紀(jì)90年代起就制定保護(hù)水源的限制值，規(guī)定飲用水限制值為0.05mgCr(VI)/l，河流為0.30mgCr(VI)/l，污水為0.50mgCr(VI)/l。上述限制值迫使工業(yè)化國(guó)家停止使用含鉻的耐火襯料。進(jìn)入21世紀(jì)，又制定了限制水泥中含Cr6+的數(shù)量，明確禁止使用和銷售水溶液Cr(VI)含量超過2ppm的水泥，并制定了測(cè)試方法。上述要求進(jìn)一步限制了鎂鉻磚使用，必須開發(fā)適于掛窯皮的新品種的堿性耐火磚。2014年，我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)與上述數(shù)值接近和相當(dāng)，這個(gè)問題必須引起重視。


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