水泥行業(yè)的能耗現狀
對于水泥生產企業(yè)而言，耗能主要在熱耗能和電耗能兩方面。就這兩方面，我國水泥行業(yè)轉型升級已經步入了關鍵時期。水泥生產熱耗能主要包括以下幾個方面，一是水泥熟料反應熱，此部分熱耗對某一特定生產線而言相對固定，約占總熱耗的50%以上;二是外排廢氣帶走熱，約占總熱耗的30~35%;三是全系統散熱損失，這部分包括預熱器、回轉窯、三次風管、篦冷機及窯頭罩等，約占總熱耗的8~12%;四是熟料、收塵灰?guī)ё邿帷?/p>
由于現在絕大多數新型干法水泥窯都已配套建設了余熱發(fā)電系統，廢氣余熱已得到了較為充分的利用，因此系統的散熱損失大小對熱耗的降低就顯得尤為重要;目前預分解窯的預熱器、分解爐系統、三次風管系統、回轉窯，窯門罩和篦冷機等裝備外表面散熱面積都較大：一條5000t/d水泥熟料生產線的靜態(tài)熱工設備總表面積約為11618m2，單位熟料散熱損失約120～150kJ/kg，回轉窯散熱面積約為1086m2，單位熟料散熱損失約為105～130kJ/kg，二項合計約達到250kJ/kg。目前水泥熟料熱耗國際先進水平約為2842 kJ/kg，而國內先進水平為2970 kJ/kg，差距中很大一部分是由整體配置耐火材料產品性能不合理造成的。
目前國內外對水泥生產減排的要求越來越嚴格，一是粉塵排放標準越來越高，致使含有較多有害物的細顆粒收塵灰量增加，由此增大了燒成系統有害物循環(huán)對耐火襯料的化學侵蝕;二是加大了對尾氣NOx排放的限制，提高了排放標準，這就需要對燒成系統燃料的燃燒條件進行調控，這也對相應部位的耐火材料提出了新的要求。三是隨著固廢處理、RDF的使用，窯料對窯襯材料的侵蝕會加劇。此外，水泥生產及使用過程中鉻污染的問題由來已久，歐盟因此限定水泥中六價鉻含量小于2ppm，而目前我國水泥中的六價鉻含量卻部分高于10ppm。這不僅意味著含鉻的工業(yè)廢渣不能用作水泥原料，鎂鉻磚和含鉻的耐火及耐溫材料在水泥窯系統也應限制使用。
好耐材須經得起市場考驗
耐火材料作為水泥窯爐必要的基礎材料，對水泥企業(yè)的節(jié)能減排有著至關重要的作用。綠色耐火材料的創(chuàng)新已箭在弦上不得不發(fā)。作為水泥窯用耐火材料必須滿足耐用、節(jié)能、環(huán)保的要求。研發(fā)人員須在材料選擇、結構設計等方面進行了綜合性研究，以降低材料導熱率，減少熱耗，實現水泥行業(yè)的節(jié)能降耗;改進材料的抗侵蝕性能，以無鉻新材料替代含鉻耐材實現水泥生產無鉻化，這不僅僅是現代水泥工藝技術的需要，更是水泥窯用耐火材料整體配套發(fā)展的必然趨勢。對此，淄博市魯中耐火材料有限公司(以下簡稱“魯中耐材”)投入1000多萬元并聘請北京科技大學陳俊紅博士為主研員研究開發(fā)了兩年多時間。
深入生產第一線，對目前新型干法水泥窯系統的工況條件、能耗狀況、耐火材料使用情況等進行跟蹤調研，對比國內外先進水平找差距、定措施、挖潛力;同時，與國內外水泥工藝專家及耐火材料專家進行廣泛的技術交流，先后與水泥行業(yè)的中聯、中材、冀東、亞泰、山水、拉法基、海德堡、德富高、奧鎂等國內外水泥企業(yè)進行了廣泛交流;最終開發(fā)出一系列覆蓋水泥窯各部位的低導熱系列耐火材料。系列產品包括：低導熱鎂鐵鋁尖晶石磚、低導熱鎂鋁尖晶石磚、低導熱抗剝落磚DDR-50/30等。該系列材料已經通過了中國建材聯合會組織的科技成果鑒定，技術產品相對成熟。已得到國內外用戶的廣泛認可。
魯中耐材結合低導熱系列耐火材料產品在節(jié)能、長壽命等方面的優(yōu)勢提出了水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案。該方案所選用低導熱系列耐火材料均由魯中耐材自主研發(fā)生產，具有自主知識產權，達到國際先進水平。其中魯中耐材研制的燒成帶用鎂鐵鋁尖晶石磚已獲得發(fā)明專利(專利號ZL2010101045374)，過渡帶用低導熱鎂鋁尖晶石磚已申請發(fā)明專利(申請?zhí)?01510936752.3)，分解預熱帶用低導熱抗剝落磚專利正在申請中。
圖：水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案對比
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案的創(chuàng)新點
1、基于成分設計、結構的多尺度調控以及新工藝、新技術等研制出了低導熱抗剝落30磚、低導熱抗剝落50磚、低導熱鎂鋁尖晶石磚以及燒成帶鎂鐵鋁尖晶石磚等系列新材料，并首次在國內外實現了水泥窯用耐火材料的全線低導熱和節(jié)能匹配;基于該系列材料配置的5000噸/日生產線經國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價檢驗測試中心測定，筒體散熱較國內平均值可降低37.91kJ/kg-cl，節(jié)能效果非常顯著。
2、基于對耐火材料使用性能的調控，使燒成帶用鎂鐵鋁尖晶石磚和過渡帶用低導熱鎂鋁尖晶石磚的使用壽命達到1.5年以上，預熱分解帶用低導熱低鋁抗剝落30/50磚的使用壽命達到3年以上，在國內外首次實現了水泥窯用系列低導熱耐火材料在使用壽命和檢修周期上的協調和同步，大大減少了檢修次數、降低了能耗，提高了生產效率。
3、全系列低導熱、節(jié)能耐火材料在水泥窯上的匹配，不但實現了無鉻化，而且降低耐火材料用量8%左右，使5000噸/日水泥熟料生產線減少耐火材料砌筑用量約50噸，這不但實現了窯襯材料的輕量化，降低了采購費用，也降低了窯的負荷，窯主機電流也有所降低。
另外成套方案還具有以下特點：1、成套方案燒成帶選用的是無鉻材料，實現了水泥生產用耐火材料的無鉻化。同時低導熱材料的使用，在節(jié)能的同時也減少了二氧化碳、二氧化硫和氮氯化物的排放，從而降低了水泥生產對環(huán)境的污染。以5000噸/日水泥熟料生產線為例：年可減少CO2排放約5330噸，減少SO2排放約160噸及減少NOx排放約80噸，社會環(huán)保效益顯著。2、成套方案選用材料具有優(yōu)良的抗化學侵蝕性能，適應使用固廢處理和RDF的水泥窯工況條件。
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案的應用
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料成套方案陸續(xù)在冀東水泥、魯中水泥、平陰山水水泥、山鋁水泥、臨沂中聯水泥等水泥單位試用，通過對比此前配置材料，其使用效果得到用戶肯定并獲得一致好評。
(1)魯中水泥5000t/d水泥熟料生產線:
自2015年7月使用該方案以來，回轉窯系統運行平穩(wěn)，與以前使用效果對比，筒體溫度平均降低40-50℃左右，2016年7月停窯檢修時觀察，各段帶低導熱材料表面平整無剝落，預計使用壽命燒成帶、過渡帶可繼續(xù)使用12個月，預熱分解帶可繼續(xù)使用24個月以上。經國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價檢驗測試中心檢測窯體散熱為84.38kJ/kg-cl，國內平均值為122.29 kJ/kg-cl。對比檢測結果可減少窯體散熱損失37.91kJ/kg-cl，根據熱工公式計算折算為標準煤，每公斤熟料可節(jié)省0.00129kg，熟料產量按5500 t / d，可節(jié)約標準煤7.126噸 /天。按一年連續(xù)生產300天計算，可節(jié)約標準煤2137.8噸，折算為實物煤(按5800 kCal / kg)可節(jié)約2578.18噸。按當前實物煤價格600元/噸計算，一年可為企業(yè)可節(jié)約成本1546908元，取得了良好的節(jié)能效果和使用效果，經濟效益顯著。
(2)山鋁水泥3200t/d水泥熟料生產線
自2015年2月使用該方案以來，已平穩(wěn)運行16個月， 2016年6月19日停窯檢修，進窯觀察，根據觀測結果，預計燒成帶、過渡帶可繼續(xù)使用8～12個月，分解預熱帶可繼續(xù)使用20～26個月。同時對比筒體溫度結果，平均溫度降低30～50℃，節(jié)能效果、經濟效益顯著。
(3)冀東啟新水泥5000t/d水泥熟料生產線
自2016年2月使用該方案以來，已平穩(wěn)運行了6個月，窯系統運轉正常，回轉窯筒體溫度平均降低40℃左右。經國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價檢驗測試中心檢測窯體散熱為82.31kJ/kg-cl，冀東啟新水泥以前檢測窯體散熱為126.1kJ/kg-cl。對比檢測結果可減少窯體散熱損失43.79kJ/kg-cl，根據熱工公式計算折算為標準煤，每公斤熟料可節(jié)省0.00149Kg，熟料產量按5500 t/d，可節(jié)約標準煤8.231噸 /天。按一年連續(xù)生產300天計算，可節(jié)約標準煤2469.3噸，折算為實物煤(按5800 kCal /kg)可節(jié)約2963.16噸。按當前實物煤價格600元/噸計算，一年可為企業(yè)可節(jié)約成本1777896元。取得了良好的節(jié)能效果和使用效果，經濟效益顯著。
目前，越來越多的水泥企業(yè)將綠色節(jié)能耐火材料引進水泥生產線，節(jié)能降耗的同時減少污染排放。在環(huán)保和能源等多方面發(fā)力的“嚴苛”條件下，水泥企業(yè)要生存就必須節(jié)能、降耗、減排同步進行。