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            預分解窯對耐火材料的性能要求

            發布日期: 2020-09-29 09:22:04    閱讀量(166)    作者:

            預分解窯技術的發展和環保要求的提高都對耐火材料性能提出了新的要求。預分解窯歷經40余年的發展,生產規模和裝備規格大幅增加,造成系統內耐火襯體所承受的應力出現了諸多變化,窯溫更高,窯速加快,更多堿等揮發性組分的侵蝕和高磨蝕。近年來,水泥窯協同處置工業和城市廢物取得長足進展,不同行業的工業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內。此外,環保形勢和國家政策要求控制水泥生產過程中NOx、SO2等有害氣體及粉塵的排放,消除耐火材料中六價鉻對環境的污染。

            1、不動設備襯體

            (1)由于窯尾廢氣溫度較早期的系統提高了100℃~150℃以上,致使堿、氯、硫等結皮阻塞的現象和部位均有所增加。另外,采用工業廢燃料和低品位燃煤后,有害物進一步增加,結皮阻塞現象進一步加劇。不動設備的襯料,不僅考慮抗堿、氯、硫等有害物的侵蝕及防結皮措施,還應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,生產中應盡量減少耐火襯料及金屬部件的損壞。

            (2)系統熱耗逐年下降,燃料燃燒所需的二次空氣量相應減少,再加上冷卻機熱效率的提高,入窯的二次空氣溫度進一步增加,以及多風道燃燒器的使用,使燃燒器前端、窯門罩、篦冷機進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力,還要承受熔體(液相)熟料和粉塵熟料的侵蝕,更為嚴重的是遭受表面帶熔體(液相)的高溫熟料的結“雪人”的侵蝕。

            (3)燃料價格上漲,一些以往不能在水泥工業應用的燃煤,通過技術進步,現已在分解爐內大量應用,如低揮發份燃煤燃點溫度高,且顆粒細,再加三風道燃燒器的使用,易在分解爐內造成局部高溫,這對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要求。

            (4)窯的產量持續增加,預熱器的規格和級數均在增加,預熱器塔架所承受的金屬筒體和襯料的負荷相應增大,必須減輕襯料重量來降低負荷及土建投資。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,適當減少工作層襯料厚度,這對襯磚和耐火澆注料襯體的機械性能和隔熱材料的隔熱性能提出更高的要求。

            (5)隨著熟料質量要求的提高,煅燒溫度相應提高,生料的配料率值相應增加,熟料在煅燒過程中飛砂料相應增加,這對三次風管、窯門、篦冷機內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,在分解爐采用分級煅燒,即燃料在局部還原氣氛內燃燒,襯體內Fe2O3易受還原氣氛影響還原成二價鐵,磚內的鐵含量有所限制。

            2、回轉窯襯體

            (1)窯產量增加,窯徑加大,窯內燒成帶襯磚所承受的單位熱負荷隨產量增加而增大,也易增大橢圓度對襯磚所承受的熱機械應力。

            (2)窯速進一步增大,目前最高轉速高達(300~330)r/h,運轉中易使火磚滑動,產生擠壓損壞。此外,窯速增加,增大窯口部位襯磚所承受的向下推力,從而造成損壞。這對窯內火磚的強度、精度、窯口型式和施工質量提高了要求。

            (3)熟料質量要求越來越高,則熟料中的石灰飽和系數KH、硅酸率n的率值進一步增加,熟料的煅燒溫度進一步提高。窯料中的熔體量、熔體表面張力、熔體粘度均發生變化,對窯皮的性能也有影響。上述情況對窯內燒成帶和上下過渡帶使用的耐火磚以及窯口、窯門罩、回轉窯內其他高溫部位的襯磚提出更高的溫度要求,也對襯磚的高溫強度和抗機械應力,以及粘掛窯皮的性能提出要求。

            (4)通過技術進步,一些生產廠以往長期使用20%~30%揮發份的燃煤,改為大量使用揮發份低于10%的無煙煤。此類煤粉顆粒細,且燃點高,火焰集中,對輪帶附近燒成帶耐火磚的抗機械應力提出更高的需求。由于燃煤的揮發份低,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,在回轉窯后部分解帶易與窯料一起結厚窯皮、結圈、結大顆粒熟料,并對該部位窯襯和金屬筒體造成化學侵蝕,對耐火襯料和金屬材料提出抗化學侵蝕要求。

            (5)工業廢物作原燃料帶來的影響。20世紀80年代初以來,工業發達國家逐步加大工業廢物和市政垃圾作水泥原燃料的應用,目前個別國家原料代用超過260kg/t水泥,代用燃料達到煅燒熟料熱值的90%,這一趨勢仍在擴大。必須看到工業廢物作原燃料對生產控制和熟料質量帶來一定的影響。工業廢物等作原燃料的品種多,數量少,成份難于均勻且含水量高,入窯的原燃料成份波動大,硫、氯、堿等有害物成份及數量多,致使窯料的率值、生料易燒性、熔體量、熔體粘度等頻繁變化,在生產操作時,需經常調整操作參數,以保證熟料質量穩定,但事實上很難做到,會導致出現以下情況:

            (a)原燃料成份波動,熟料質量難于穩定,且熱耗相應增加。

            (b)生產中易出現不完全燃燒,增加了堿、氯、硫等有害元素化合物的循環,易出現窯尾后結圈,長厚窯皮及預熱器系統結皮堵塞。

            (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,相應增加了燒成帶長度窯皮的變化和不穩定。

            上述情況對燒成系統內耐火磚和金屬部件產生嚴重的損壞,必須提高性能才能滿足生產需求。近年來一些耐火材料的性能,如耐火度、抗熱震、抗硫堿侵蝕及抗機械應力均有較大提高。

            (6)余熱發電的影響。近年來,預熱器、冷卻機廢氣用于發電,但一些生產線過量抽取高溫熱風,造成窯內還原氣氛,增加硫堿循環,窯尾結皮堵塞和生產粉塵熟料降低窯的運轉率,上述情況相應增加窯襯和筒體熱化學侵蝕。對窯內耐火磚的氧化鐵含量及抗硫堿侵蝕均提出技術要求。

            (7)六價鉻的影響。水泥窯內大量應用Cr3+的鎂鉻磚,在含堿窯氣的窯內使用后還原成極易溶于水的Cr6+。工業化國家在20世紀90年代起就制定保護水源的限制值,規定飲用水限制值為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化國家停止使用含鉻的耐火襯料。進入21世紀,又制定了限制水泥中含Cr6+的數量,明確禁止使用和銷售水溶液Cr(VI)含量超過2ppm的水泥,并制定了測試方法。上述要求進一步限制了鎂鉻磚使用,必須開發適于掛窯皮的新品種的堿性耐火磚。2014年,我國環保標準與上述數值接近和相當,這個問題必須引起重視。

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