烧成系统下料管应用微晶抗结皮材料和纳米隔热材料增产降耗

近年来，为推动水泥行业转型升级、降本增效，加快供给侧结构性改革，水泥企业主动采用新技术、新装备、新经验，补齐发展短板、培育壮大新动能。

　　淄博山水水泥有限公司日产5000吨熟料生产线，自投产以来由于原材料中有害成分含量偏高和工艺系统的局限，原先使用的抗结皮浇注料效果并不理想，生产过程中一直存在预热器系统结皮较为严重的问题。烧成系统连续运转2个月后五级筒结皮厚度能达到20cm左右，因下料管结皮造成预热器下料管堵塞的工艺事故较多，虽然后来通过增加空气炮定点喷吹和人工清理稍有改善，但由于石灰石整体有害成分偏高，无法从根本上解决预热器结皮多的难题。

　　结皮产生的主要原因是原燃材料中的挥发性的有害成分，随温度升高挥发物富集循环，产生的氯化碱(RCl)和硫酸碱(R2SO4)等低共熔化合物，包裹部分生料附着在烟室内壁、最低两级预热器锥体和下料管内壁上形成了结皮，大量的结皮附着势必影响系统通风，影响窑系统况，严重时结皮脱落堵住锥体及下料管部位，影响回转窑的正常运转，给企业带来经济损失和安全隐患。

　　针对预热器下料管系统结皮严重的问题，2018年底淄博山水水泥有限公司开始尝试采用新型抗结皮耐火材料，希望可以解决预热器下料管结皮多、易造成卡堵、清理难度大的问题。在试用过的新型抗结皮耐火材料中，效果最为突出的是微晶筒、浇注料和纳米隔热板的技改方案。

　　一、微晶高温耐磨材料

　　微晶高温耐磨材料经注浆或压制成型工艺制成胚体后，采用一次烧成工艺制成，在1400〜1500℃的温度下反应形成微晶化氮化硅多相复合特种耐磨材料，不与其他物料产生结晶，所以防结皮效果很好，微晶高温耐磨材料具有以下优点：

　　1、质量轻：微晶材料的密度只有2.7-3.0g/cm3，与耐火材料密度相当。

　　2、耐高温：微晶材料的长时间耐高温温度是1200℃，短时间耐高温可达到1300℃，随着温度的升高，性能有所下降。

　　3、热稳定性好：微晶新材耐急冷急热性实验在750℃水冷条件下>10次不破坏，实际应用温度是1200℃至100℃度交互作用不破坏。

　　4、高耐磨：微晶新材具有优异的耐磨性能，磨耗量为0.03 g/cm2，耐磨性是铸石(0.09g/cm2)的3倍。

　　5、耐酸碱：微晶新材即耐酸又耐碱，特别是在高温下也能在酸碱交替的复杂环境下使用。

　　6、优良的抗结皮性能：由于微晶材料特殊的物理性且表面光滑，能使物料不与其发生反应，也不会粘结在内衬材料上，非常适合水泥行业烟室、下料管等高温、酸碱度及温度变化频繁的部位，而且制作、安装、施工简便。

　　二、NJS950型纳米隔热板

　　4～5级下料管使用微晶高温耐磨材料同时，采用新型的NJS950型纳米隔热材料为背衬隔热层，弥补了微晶材料和耐火浇注料的隔热性能不足的问题。NJS950型纳米隔热材料是采用纳米技术，添加了独特的反红外辐射材料，采取特殊的工艺生产出来的纳米级微孔隔热材料，相比较于传统陶瓷纤维和微孔硅酸钙板这类微米级气孔隔热材料，纳米隔热材料的气孔在20纳米左右，导致其导热系数成为迄今为止最低的隔热材料，同样温度下的隔热性能比传统隔热材料要好4倍，

详细隔热性能对比见下表-1。

三、实施和效果

　　拆除4～5级旧下料管，重新制作直径D950mm铁质外筒，内部安装内径为Φ700mm微晶高温耐磨筒，在外筒内壁上焊接V80扒钉，然后在内壁的锚固件之间镶贴30mm的NJS950型纳米隔热板，填充浇注料，在合适部位预留清灰孔。施工中要求上下的每节微晶高温耐磨筒必须卡入自身的端头卡槽内，接缝处无爬台现象;确保纳米隔热板镶贴严密、浇注料厚度均匀。4～5级下料管总长度为48m，总的使用面积为143m2，详细施工见下图-1和图-2。

图-1：纳米隔热板下料管施工图片

图-2：微晶耐磨高温材料下料管施工图片

新型的4～5下料管投入使用后，在正常生产运行中，用专门的红外线成像测温仪器，对更换的部位进行测温，温度改善效果详细见下表-2。

　　4～5级下料管外壳温度对比表表-2

为直观形像地观察下料管外壳温度情况，下面为红外线成像测温效果对比图：

图-3：4～5级下料管红外线成像测试外壳温度

　　由上表和图片可以看出，原来外壳温度平均为187℃，现在平均为93.2℃，下降了93.8℃，由此可以节省大量的燃料费用。

　　四、结皮观察

　　4～5下料管更换微晶高温耐磨材料，运行半年后观察下料管内部时，几乎没有看到结皮现象。这就大大减少了人工的清理频次，降低职工劳动强度，减少清理时高温烫伤的风险，详细图片见下图-4。

　图-4：下料管内壁结皮观察

　　五、经济效益

　　1、增产效益

　　减少下料管结皮造成卡堵停窑事故，具有增产效益。因堵塞事故造成停窑，按照每次处理时间平均在两小时左右，历年因下料管卡堵造成停窑平均为2次，熟料台时产量250t/h，熟料价格为400元/吨，每年因下料管卡赌造成损失计算为40万元。

　　2、节省清理费用

　　外协施工队伍清理下料管结皮费用为860元/米，4～5级下料管总长度共计48m，按照每年清理一次计算，每年节约结皮清理费用为4.13万元。

　　3、节省耐火材料

　　原下料管结皮较多，日常中须用高压水枪进行清理，对浇注料损伤严重，按照每两年对浇注料更换一次计算，节约耐火材料费用13万元，施工费用4.6万元，每次费用合计17.6万元，折合为每年节省8.8万元。

　　4、节能降耗效益

　　由于采用了优异的NJS950型纳米隔热材料，使得下料管的外壳温度下降了93.8℃，减少散热损失1.03×106kJ/h，按每年实际运行200d，原煤价格770元/t，收到基低位发热量按24697 kJ/kg计算，每年可节省燃料成本约为15.42万元。

　　上述的四项总计，技改后每年产生的经济效益为68.35万元;烧成系统下料管总长度48m，使用面积为143m2，材料费用和施工费总投资合计77.32万元，投资回报期为14个月，增产和节能降耗效益非常显著。

本文作者：

　　孙帅、沈红浩、王鹏淄博山水水泥有限公司

上述文章中的微晶抗结皮材料是由淄博乾沃工贸有限公司生产的微晶高温耐磨防结皮新材

淄博乾沃工贸有限公司是集研发、设计、生产、施工为一体的综合性微晶新材企业。

公司具有高温窑炉及国内先进的液压振动一次性成型工艺，采用独特配方的高档微晶耐磨材料为原料，生产微晶高温耐磨防结皮新材，微晶高温耐磨防结皮新材制品、异型件等产品，具备耐高温、硬度大、超强耐磨、在高温下不易收缩变形，耐腐蚀、耐冲击，使用寿命长等特点。广泛应用于水泥行业的烟室、篦冷机、预热器、下料管、磨机内衬、脱硝器内衬、筒仓内衬等部位，成功解决了水泥行业高温生产中空气炮崩渣、人工清结皮，易发生安全事故；经过广大用户使用，证明产品质量过硬，是其它材质的理想换代产品。

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