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            水泥窯下料管新型抗結皮耐火材料使用經濟效益分析對比

            發布日期: 2020-09-29 09:07:16    閱讀量(211)    作者:王?鵬,孫?帥等

            本文通過采用新型微晶抗結皮耐火材料和納米隔熱板保溫材料替代傳統抗結皮澆注料,減少了預熱器下料管因結皮厚造成堵塞的概率,達到了降低能耗、隔熱保溫和降低工人日常清理結皮的勞動強度和風險的目的。

            1 項目背景

            我公司5000t/d熟料生產線自投產以來由于原材料中有害成分含量偏高和工藝系統的局限,之前使用的抗結皮澆注料效果不理想,生產過程中一直存在預熱器系統結皮較為嚴重的問題。系統連續運轉2個月后C5內結皮厚度能達到20cm,因下料管結皮造成預熱器堵塞的工藝事故較多,雖然后來通過增加空氣炮定點噴吹和人工清理稍有改善,但由于石灰石有害成分偏高,無法從根本上解決預熱器結皮多的難題。

            2018年年底我公司開始嘗試采用新型抗結皮耐火材料,希望可以解決預熱器下料管結皮多、易造成卡堵、清理難度大的問題。在試用過的新型抗結皮耐火材料中,效果最為突出的是微晶筒+澆注料+納米隔熱板的技改方案。本文介紹相關技改方案及經濟效益分析,以供參考。

            2 新型抗結皮耐火材料性能及機理分析

            2.1 新舊抗結皮耐火材料性能對比

            抗結皮耐火材料一般為高鋁碳化硅制品,由于碳化硅硬度高、熱穩定性好、高強耐磨耐腐蝕,不與水泥生料反應,所以具有良好的抗結皮性能。

            傳統抗結皮澆注料主要成分為SiO2+SiC≥60%,最高使用溫度1400℃,體積密度≥2.5g/cm3(110℃×24h),耐壓強度≥60MPa(110℃×24h)或≥80MPa(1100℃×3h),抗折強度≥8MPa,加熱線變化率±0.5%(1100℃×3h),施工方法為振動澆筑,對施工加水量和養護要求比較嚴格。要求存放不受潮且保質期為6個月。傳統澆注料施工方法很難做到表面光滑,在使用過程中抗結皮效果并不理想。我公司采用的微晶高溫抗結皮耐磨新材料(簡稱微晶新材)的主要技術性能指標見表1。

            表1 微晶新材性能指標

            2.2 結皮產生原因及防結皮機理

            結皮產生的主要原因是原燃材料中的揮發性有害成分隨溫度升高揮發并富集循環,產生的氯化堿(RCl)和硫酸堿(R2SO4)等低共熔化合物包裹部分生料附著在煙室內壁、最低兩級預熱器錐體及下料管內壁上形成了結皮,大量的結皮附著勢必影響系統通風,影響窯系統工況,嚴重時結皮脫落堵住錐體及下料管部位,影響回轉窯的正常運轉,給企業帶來經濟損失和安全隱患。

            微晶新材經注漿或壓制成型工藝制成胚體后,采用一次燒成工藝制成,在1400~1500℃的溫度下反應形成微晶化氮化硅多相復合特種耐磨材料,不與其他物料產生結晶,所以防結皮效果很好。微晶新材具有以下優點:

            (1)質量輕。微晶材料的密度只有2.7~3.0g/cm3,與耐火材料密度相當。

            (2)耐高溫。微晶材料的長時間耐高溫溫度是1200℃,短時間耐高溫溫度可達到1300℃,隨著溫度的升高,性能有所下降。

            (3)熱穩定性好。微晶新材耐急冷急熱性實驗在750℃水冷條件下>10次不破壞,實際應用溫度是1200~100℃交互作用不破壞。

            (4)高耐磨。微晶新材具有優異的耐磨性能,磨耗量為0.03g/cm2,耐磨性是鑄石(0.09g/cm2)的3倍。

            (5)耐酸堿。微晶新材既耐酸又耐堿,特別是在高溫下也能在酸堿交替的復雜環境下使用。

            (6)優良的抗結皮性能。由于微晶材料特殊的物理性能且表面光滑,能使物料不與其發生反應,也不會黏結在內襯材料上,非常適合水泥行業煙室、下料管等高溫、酸堿度及溫度變化頻繁的部位,而且制作、安裝、施工簡便,我公司使用半年后經觀察煙室及下料管內壁幾乎零結皮,效果非常好。改造后的下料管見圖1。

            圖1 改造后的下料管

            3 技改方案

            (1)拆除C4、C5舊下料管。

            (2)重新制作直徑D=950mm鐵質外筒,內部安裝內徑為Φ700mm的微晶筒,微晶筒外部鑲貼30mm厚納米隔熱板,隔熱板與鐵質外筒中間焊接V80扒釘、填充澆注料,在合適部位預留清灰孔,要求微晶筒必須卡入卡槽內,接縫處無爬臺現象,確保納米隔熱板鑲貼嚴密、澆注料厚度均勻,C4、C5下料管總長度L=48m,散熱面積F=πDL=3.14×0.95×48=143(m2)。

            (3)安裝時,下料管角度位置不變,更換為鑲貼抗結皮微晶筒下料管。

            4 經濟效益分析

            (1)技改支出費用:材料費用56.71萬元,施工費20.61萬元,合計77.32萬元。

            (2)因下料管結皮造成卡堵停窯事故減少,此類停窯事故每次處理時間平均在2h左右,歷年因下料管卡堵造成停窯的次數平均每年有2次,熟料臺時產量250t/h,熟料價格為400元/t,每年因下料管卡堵造成損失約為250×400×2×2=40(萬元)。

            (3)下料管改造后,外表面平均溫度93℃,比技改前平均溫度187℃下降了94℃(見圖2),減少了散熱損失1.03×106kJ/h,按每年實際運行200d、原煤價格770元/t、收到基低位發熱量按24697kJ/kg計算,每年可節省燃料成本約15.42萬元。

            圖2 技改前后下料管外表面溫度

            (4)外協施工隊伍下料管結皮清理費用860元/m,C4、C5下料管總長度48m,按照每年清理一次,節約結皮清理費用860×48=4.13(萬元)。

            (5)原下料管結皮較多,日常中須用高壓水槍進行清理,對澆注料損傷嚴重,按照每兩年更換一次澆注料計算,節約耐火材料費用13萬元,施工費用4.6萬元,合計17.6萬元,折合每年節省8.8萬元。

            綜上計算可知,技改后每年經濟效益約68.35萬元,投資回報期為14個月。更換新材料運行半年后觀察下料管內部幾乎沒有結皮,大大減少了人工清理頻次,降低了員工勞動強度,減少清理時高溫燙傷的風險。

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