膨胀珍珠岩是将天然珍珠岩矿石(属酸性较大的玻璃质岩石,系火山喷发岩浆急冷浓缩而成的天然***质无机非金属材料),经过破碎筛选,在高温煅烧下,其体积急剧膨胀,制得的多孔、色白的颗粒状物质。由于高温下导热系数低(0.05~0.15kcal/m·h·℃),耐火度>1250℃,容重小(40~280kg/m3),被广泛用作轻质保温隔热材料。
膨胀珍珠岩的大致化学成分为:SiO270%~72%、Al2O310%~14%、Fe2O30.3%~0.9%、CaO1.2%~2.2%、K2O2%~3.5%、Na2O1%~3%、MgO少量、H2O4%~6%.膨胀珍珠岩具有重量轻、无***、隔热性能好、抗蚀、不燃等优良的物理化学特性及使用成本低廉的特点,被制成各种形状的保温制品,用于工业窑炉、蒸汽管道及石化、工业冷库、食品冷库低温管道与冷冻设备的隔热。又因其同时具备保温隔热及吸音等多重特殊性能,在当今社会节能型工业、民用建筑上的应用日趋广泛,现已用于水泥窑炉筒体保温。
以水泥立窑为例,在熟料烧成过程中,边、中部物料所需要的热量是不同的。我国机立窑筒体均采用10~12mm厚钢板制作,窑墙厚度一般小于500mm(偏薄),增大了烧成带部位窑墙的辐射热损失,距边部70~100mm的环形地带因物料与边部衬砖靠近或直接接触,一部分热量被衬砖吸收,并通过窑墙向周围空气介质中散发,加上边部物料在烧结中产生收缩形成“边壁效应”,边部气流流速提高并带走一部分热量,致使边部热量散失严重,熟料难以烧结;而中部不存在热量散失,在与边部相同配热条件下中部温度比边部高出200℃~300℃,熟料因烧结严重而结成大块,影响了中部通风及熟料的冷却速度,往往导致C3S分解及阿利特晶体长大,降低其水硬活性;加上中部不可避免地出现一定的还原气氛,使熟料质量进一步下降。
为克服立窑边、中部温度场不均的问题,捷克立窑水泥***1957年提出了“差热煅烧法”,曾在我国20世纪60~70年代的立窑上推广应用过。由于“差热煅烧法”工艺过程复杂,边、中料混料现象时有发生,进入20世纪80年代以来,该工艺不再使用。
为达到节能降耗增产提质的目的,国外***曾提出加厚窑墙的主张,要求烧成带窑墙厚度保持1m,其余部位0.7m,并采用***保温材料对烧成带进行强化保温,这样熟料烧成热耗可降至800kcal/kg(3360kJ/kg)以下,取得了与“差热煅烧法”相同的结果。若窑墙散失10kJ/kg热量,则熟料烧成热耗增加95kJ/kg,可见强化窑体保温的重要性。
如浙江德志水泥厂Ф2.5×10m摆辊式机立窑,烧成带窑墙厚1m,熟料烧成标准煤耗仅为101kg/t.水泥工业窑炉的窑体保温常用的是白色颗粒状(1~3mm)膨胀珍珠岩,一般按50kg(32.5级矿渣硅酸盐水泥)+300kg(粒化高炉矿渣)+1~1.5m3(膨胀珍珠岩)混合均匀后,与水拌和至不干不湿,作为窑体内部保温隔热材料。使用时,在窑衬砖立窑筒体之间予以填充捣实。按上述比例配制的轻质保温混凝土,具有较高的结构强度和良好的保温隔热性能,节能降耗效果显著。又如鄂东南某水泥厂Ф2.5×10m机窑烧成带窑体内,保温层采用自行设计的膨胀珍珠岩轻质***隔热混凝土,以强化窑体内保温,降低窑体辐射散热,提高窑炉的热效率。通过实施中饱和系数(KH0.88~0.94)、高硅酸率(***2.2~2.4)、低铁(熟料中Fe2O33.5%~3.8%)配料方案,熟料中硅酸盐矿物C3S+C2S总和由69%~70%提高至≥75%,熟料28d抗压强度≥60MPa(ISO法),为稳定生产42.5级,甚至52.5级水泥创造了良好的条件(具体保温方案见表1、表2)。
通过采取强化保温措施后,机立窑烧成带筒体保温材料表面***高温度仅比环境温度高出11℃,边中部温度均趋于一致,为降低熟料热耗、改善中部通风、提高熟料产质量奠定了坚实的基础。采取窑体强化保温措施前,熟料烧成热耗为4162kJ/kg,保温后熟料热耗3612kJ/kg,降低550kJ/kg,节能率13.21%,窑的台产由8.5t/h提高至9.7t/h,增产14.12%,吨熟料烧成电耗下降2.3kWh,年节煤节电效益逾百万元。
窑体保温技术是一项一举多得的系统工程,离不开性能优良的保温材料和优化设计的保温配方及精心的施工,在实施节能减排、走发展循环经济之路的今天,具有显著的经济效益和潜在的社会效益
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