回转窑窑衬设计与保温节能

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1、回转窑—窑衬设计与保温节能《2013年联合国际耐火材料技术会议》摘要：回转窑被广泛的应用在原材料的干燥、烧结和煅烧等工艺过程中。本文将主要关注回转窑在矿物加工行业中的应用，特别是通过双层衬砌保温设计的理念，探讨如何提高窑炉的能源使用效能，延长耐火材料内衬的服役寿命，以及相应的辅助机械设备。随着能源价格的飙升，效益在全球竞争日益激烈的商业环境中正日渐成为一个重要影响因素。CO2，NOX,SOX以及其他有害气体的排放控制在政策上也越来越受到重视。因此，寻找替代的解决方案和优化回转窑内衬设计是必要的。通过回转窑内衬的优化施工和高效保温耐火材料的应用，可以节约大量的能源成本。本文内容还包括轻质骨料

2、砌筑回转窑内衬的热力学模拟，阐述说明双层衬砌筑设计的优缺点，以及面临选择何种耐火材料设计时，回转窑所有者该如何考量和做出决策。此外，本文还将对安装方法进行实例说明。双层衬砌筑设计的背景直到上世纪五十年代，单层炉衬设计一直都是回转窑内衬施工设计的首选。通常在窑内的烧成带使用镁质耐火材料或镁铬砖，而在窑炉的其它部分应用浇注料和粘土砖。这种方法在上世纪50到60年代由FL.Smith做出了改变。FL.Smith选择一种硅藻泥质保温砖安装在回转窑炉中，这是一种能在900℃温度下服役，并且常温耐压强度能达到5.5MPa的保温砖，正是这种性能的提升使双层衬砌的设计能被使用在直径为2米的回转窑上。目前，

3、更为优质的保温材料在上世纪八十年代早期被开发出来，这种材料具有能在1000℃下服役且常温耐压强度能达到18MPa。这种材料研发的成功使双层衬砌的设计能被使用在直径达4米的回转窑上。热力学计算模拟节约能源是考虑选择双层衬砌设计的主要因素。生产中日益增加的能源成本是可以显著节省的。在一些国家，以及在美国有免税激励的各州，能源改进产生的全部或部分费用是可享受减免税的。这使得双层衬砌设计相比只需低劳动成本的单层衬砌设计反而更具竞争优势。下面的计算参数采用的是某轻质骨料制造商在斯堪的纳维亚半岛上的一个实际生产项目。该回转窑入口区的直径为2.75米，具有锥形出口且窑炉的其他区域直径为3.4米，窑炉总长

4、度为60.5米，烧成带的最高工作温度为1175℃。燃气窑总的能源消耗是每年1680万KWh。7初始条件如下表Ⅰ所示，入口处、干燥区域和布料装置的内衬材料都是使用的浇注料，窑炉的其他区域使用高铝耐火砖（50%）。在Fig.1(ii)中我们可以看出：在钢质外壳与内衬层间存在着一个明显的温降。在烧成带（高温端），高铝砖的冷端与热端大约也会存在一个900℃的温差，且外部温度为275℃，这会导致外部6.5kW/m2的热损失。表Ⅰ初始条件区域工作面热面用砖保温砖入口处(窑头)120mm传统浇注料1300℃无干燥带120mm传统浇注料1300℃无布料装置120mm传统浇注料1300℃无预热带180mm高

5、铝砖50%无烧成带180mm高铝砖50%无冷却带180mm高铝砖50%无出口区（窑尾）180mm高铝砖50%无在图1和图2中，磨损后的窑炉内衬和新砌内衬间能量损失比较的结果差异很明显。随着耐火材料的磨损程度增大，钢壳外部的温度也随之升高；在本实验示例中，高铝砖由于磨损厚度减少了45mm。窑炉内衬厚度变薄导致外部温度上升了14%，而外部的热损失却由6.5kW/m2升高到8.4kW/m2，增幅大约为30%。该计算结果表明：内衬材料的磨损会极大地影响窑炉的能量消耗。图1.使用原来单层衬砌设计时烧成带的热量损失图2.使用磨损后烧成带的热量损失（单层衬砌设计）7推荐的双层衬砌设计推荐使用的双层衬砌设

6、计方案如表Ⅱ所示，施工图如图3所示。在具有双层保温材料的窑炉设计中，烧成带使用高铝砖的热冷端存在更低的温度梯度。外壳温度相比单层衬砌设计时低了94℃。同时我们也应该注意到：在相同的使用条件和位置上，此时的外部热损失相比单层衬砌设计时降低了52%的热量损失。我们对新砌双层保温设计的炉衬做相似的比较，如图3（新砌筑）和图4（磨损后）所示。研究结果表明：磨损后温度增加6％，且外部的热量损失增加11%。相比于单层衬砌设计，使用双层衬砌设计的回转窑炉磨损后，外部的热量损失大约只有单层衬砌的1/3。表Ⅱ推荐使用方案区域工作面热面用砖保温砖入口处(窑头)100mm传统浇注料1300℃38mm干燥带100

7、mm传统浇注料1300℃38mm补料装置100mm传统浇注料1300℃38mm预热带150mm高铝砖50%50mm烧成带150mm高铝砖50%50mm冷却带150mm高铝砖50%50mm出口区（窑尾）150mm高铝砖50%50mm使用双层衬砌设计后总的节能量如表III所示，相比原先单层衬砌的设计，选用双层衬砌设计后，节能总量可达57.8%。其中热损失的计算是通过WDurch软件程序执行的。总的节能效果十分显著，根据所提出