水泥窯下料管新型抗結(jié)皮耐火材料使用經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比

本文通過(guò)采用新型微晶抗結(jié)皮耐火材料和納米隔熱板保溫材料替代傳統(tǒng)抗結(jié)皮澆注料，減少了預(yù)熱器下料管因結(jié)皮厚造成堵塞的概率，達(dá)到了降低能耗、隔熱保溫和降低工人日常清理結(jié)皮的勞動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)的目的。 

1 項(xiàng)目背景 

我公司5000t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)自投產(chǎn)以來(lái)由于原材料中有害成分含量偏高和工藝系統(tǒng)的局限，之前使用的抗結(jié)皮澆注料效果不理想，生產(chǎn)過(guò)程中一直存在預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮較為嚴(yán)重的問(wèn)題。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2個(gè)月后C5內(nèi)結(jié)皮厚度能達(dá)到20cm，因下料管結(jié)皮造成預(yù)熱器堵塞的工藝事故較多，雖然后來(lái)通過(guò)增加空氣炮定點(diǎn)噴吹和人工清理稍有改善，但由于石灰石有害成分偏高，無(wú)法從根本上解決預(yù)熱器結(jié)皮多的難題。 

2018年年底我公司開(kāi)始嘗試采用新型抗結(jié)皮耐火材料，希望可以解決預(yù)熱器下料管結(jié)皮多、易造成卡堵、清理難度大的問(wèn)題。在試用過(guò)的新型抗結(jié)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(guān)技改方案及經(jīng)濟(jì)效益分析，以供參考。 

2 新型抗結(jié)皮耐火材料性能及機(jī)理分析 

2.1 新舊抗結(jié)皮耐火材料性能對(duì)比 

抗結(jié)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(wěn)定性好、高強(qiáng)耐磨耐腐蝕，不與水泥生料反應(yīng)，所以具有良好的抗結(jié)皮性能。 

傳統(tǒng)抗結(jié)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(qiáng)度≥60MPa(110℃×24h)或≥80MPa(1100℃×3h)，抗折強(qiáng)度≥8MPa，加熱線(xiàn)變化率±0.5%(1100℃×3h)，施工方法為振動(dòng)澆筑，對(duì)施工加水量和養(yǎng)護(hù)要求比較嚴(yán)格。要求存放不受潮且保質(zhì)期為6個(gè)月。傳統(tǒng)澆注料施工方法很難做到表面光滑，在使用過(guò)程中抗結(jié)皮效果并不理想。

2.2 結(jié)皮產(chǎn)生原因及防結(jié)皮機(jī)理 

結(jié)皮產(chǎn)生的主要原因是原燃材料中的揮發(fā)性有害成分隨溫度升高揮發(fā)并富集循環(huán)，產(chǎn)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(nèi)壁、最低兩級(jí)預(yù)熱器錐體及下料管內(nèi)壁上形成了結(jié)皮，大量的結(jié)皮附著勢(shì)必影響系統(tǒng)通風(fēng)，影響窯系統(tǒng)工況，嚴(yán)重時(shí)結(jié)皮脫落堵住錐體及下料管部位，影響回轉(zhuǎn)窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。 

微晶新材經(jīng)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(yīng)形成微晶化氮化硅多相復(fù)合特種耐磨材料，不與其他物料產(chǎn)生結(jié)晶，所以防結(jié)皮效果很好。微晶新材具有以下優(yōu)點(diǎn)： 

(1)質(zhì)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(dāng)。 

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

(3)熱穩(wěn)定性好。微晶新材耐急冷急熱性實(shí)驗(yàn)在750℃水冷條件下>10次不破壞，實(shí)際應(yīng)用溫度是1200~100℃交互作用不破壞。 

(4)高耐磨。微晶新材具有優(yōu)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(fù)雜環(huán)境下使用。 

(6)優(yōu)良的抗結(jié)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(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)黏結(jié)在內(nèi)襯材料上，非常適合水泥行業(yè)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(jiǎn)便，我公司使用半年后經(jīng)觀察煙室及下料管內(nèi)壁幾乎零結(jié)皮，效果非常好。

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(zhì)外筒，內(nèi)部安裝內(nèi)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(zhì)外筒中間焊接V80扒釘、填充澆注料，在合適部位預(yù)留清灰孔，要求微晶筒必須卡入卡槽內(nèi)，接縫處無(wú)爬臺(tái)現(xiàn)象，確保納米隔熱板鑲貼嚴(yán)密、澆注料厚度均勻，C4、C5下料管總長(zhǎng)度L=48m，散熱面積F=πDL=3.14×0.95×48=143(m2)。 

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

4 經(jīng)濟(jì)效益分析 

(1)技改支出費(fèi)用：材料費(fèi)用56.71萬(wàn)元，施工費(fèi)20.61萬(wàn)元，合計(jì)77.32萬(wàn)元。 

(2)因下料管結(jié)皮造成卡堵停窯事故減少，此類(lèi)停窯事故每次處理時(shí)間平均在2h左右，歷年因下料管卡堵造成停窯的次數(shù)平均每年有2次，熟料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量250t/h，熟料價(jià)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(wàn)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(jiàn)圖2)，減少了散熱損失1.03×106kJ/h，按每年實(shí)際運(yùn)行200d、原煤價(jià)格770元/t、收到基低位發(fā)熱量按24697kJ/kg計(jì)算，每年可節(jié)省燃料成本約15.42萬(wàn)元。 

(4)外協(xié)施工隊(duì)伍下料管結(jié)皮清理費(fèi)用860元/m，C4、C5下料管總長(zhǎng)度48m，按照每年清理一次，節(jié)約結(jié)皮清理費(fèi)用860×48=4.13(萬(wàn)元)。 

(5)原下料管結(jié)皮較多，日常中須用高壓水槍進(jìn)行清理，對(duì)澆注料損傷嚴(yán)重，按照每?jī)赡旮鼡Q一次澆注料計(jì)算，節(jié)約耐火材料費(fèi)用13萬(wàn)元，施工費(fèi)用4.6萬(wàn)元，合計(jì)17.6萬(wàn)元，折合每年節(jié)省8.8萬(wàn)元。 

綜上計(jì)算可知，技改后每年經(jīng)濟(jì)效益約68.35萬(wàn)元，投資回報(bào)期為14個(gè)月。更換新材料運(yùn)行半年后觀察下料管內(nèi)部幾乎沒(méi)有結(jié)皮，大大減少了人工清理頻次，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少清理時(shí)高溫燙傷的風(fēng)險(xiǎn)。