岩棉及其制品节能潜力分析

岩棉及其制品节能潜力分析

1岩棉制品市场前景分析岩棉是一种天然、环保、防火、传热材料。以玄武岩、矿渣、白云石等矿物为主要原料，添加一定数量的燃料和辅助材料，通过高温燃烧和高速离心。同时，一定数量的粘合剂、防雨油和排水沟、离水器被喷入式撒布机，形成不同规格和用途的多孔纤维产品，如板、毯、管壳和粒度棉。同时，它也可以形成具有良好耐候性、隔声和吸声性能的产品，如服装涂层、管套筒和涂层。与传统的保温材料相比,岩棉及其制品具有容重轻、导热系数小、不燃烧、防火、无毒、吸音性能好、绝缘、化学稳定性能好、使用温度高、使用周期长等特点,是国内外公认的理想绝热节能隔音材料,已被广泛应用于建筑、石油、化工、电力、冶金、交通运输、农业等行业,是管道贮罐、锅炉、烟道、热交换器、风机、车船等工业设备隔热、隔音的理想材料。在建筑行业中,岩棉制品常用于建筑物的外保温围护结构、建筑物内部分隔墙的隔声填充材料及建筑物室内的吊顶及地面吸声材料。目前,全球岩矿棉年生产和使用量约为800万t,其中我国约为120万t。据中国绝热节能材料协会产业联盟预测,我国未来岩棉市场年需求量保守估计每年需要300万~400万t,一般估计为500万~600万t。岩棉作为工业领域传统的保温防火隔音材料,市场份额占到了80%,且需求仍以每年15%的增速增长。2岩棉、扫码、焚烧目前,岩棉板的生产工艺是将玄武岩、白云石、矿渣等矿石在冲天炉内经1400~1550℃的高温熔化。熔体经高速离心辊甩丝,高压风机使其吹离冷却形成岩棉纤维,在成纤过程中,均匀喷入一定比例的粘合剂及憎水剂,再通过集棉和摆锤均匀布棉,使岩棉平均分布在网带上,通过打褶加压后,将含有粘结剂的岩棉传送至固化炉,经180~220℃高温使粘合剂固化烘干,将岩棉粘合成板,经后加工出厂。冲天炉烟气通过焚烧炉二次焚烧,加热到600~850℃,经高温换热器将空气加热到大于350℃,为冲天炉提供助燃热风,焚烧炉排出烟气的温度为280~350℃,经降温、脱硫、除尘进入烟囱排放。固化干燥岩棉板,采用天然气、煤气、煤等能源燃烧热量送入固化炉,固化每吨产品需80~150kg焦炭的热量,是熔化原料热量的1/3左右。2.1水冷夹套式水冷回收工艺冲天炉为水冷夹套式结构,也有在其内壁贴一层耐火砖。原料、燃料从冲天炉的顶部间断加入,原料和燃料在冲天炉内经1400~1550℃的高温熔化,清洁空气(有的生产线是预热后的)通入冲天炉作为助燃风,原料和燃料在助燃风作用下熔化和燃烧并产生一定量的烟气。原料和燃料从上部加料口加入后自上而下依次发生氧化反应和还原反应,烟气逆着原料从下而上运行,依次发生氧化还原氧化反应,最终通过烟道排出炉体。单独的水冷夹套式结构,由冷却水带走的热量约100~200kg标准煤/吨制品,靠近内壁的料液被迅速冷却并形成一层冷壳,该冷壳可以减少内部熔体的继续快速冷却,同时也阻止了内部热熔体对炉壁的损坏,但随时间推移,该层冷壳逐渐变厚,减小炉膛熔化面积,降低产量。单独的耐火砖贴层式结构冲天炉散热量100~250kg标准煤/吨制品,耐火砖的质量以及施工质量也影响冲天炉的使用寿命和生产的稳定。2.2固化炉内热风循环利用,易造成安全事故树脂固化需要一定的时间和温度控制,是由固化炉设备完成。通常是采用燃烧天然气、煤、煤气、重油等燃料产生热风,送入固化炉各段,岩棉板在固化炉多段多种温度下固化成型。有的只是往固化炉内送热风后,热风经链板孔眼并穿透棉板后通过固化炉本体及端部用风机抽出后直接外排,热量不循环利用,并影响环境保护。有的是热风由风机送入固化炉后并由此风机抽吸穿透棉板的热风至热风炉进行循环使用,节省了能耗。但当有时候烟气的浓度及量控制不好的时候,易引发安全事故,尤其是以煤、煤气等作为热源时。当采用煤、煤气或冲天炉烟气燃烧后废气作为热源去固化产品时,由于烟气中含有尘粒及有害气体成分,易使产品固化不好或影响产品的质量及外观,从而影响产品的使用。2.3废气焚烧利用由于焦炭在岩棉冲天炉上层的化学不完全燃烧等原因,其所排放的废气中含有8%~10%的CO等可燃性气体成分。众所周知,CO的理论低值燃值为3020kcal/m3,折合0.43千克标准煤/m3,因而由CO等可燃气体成分所带走的燃烧热值为3612×103kJ/吨产品,折合123千克标准煤/吨产品。CO在空气中的实测着火温度为610~658℃,因此冲天炉废气焚烧温度一般控制在720~760℃。废气焚烧炉对废气中CO等可燃成分焚烧所产生的热量通过高效热量回收系统进行回收再利用。排出炉体的烟气通常对其焚烧,使其中的可燃气体燃烧释放热量,去预热清洁空气,用于冲天炉助燃,焚烧后的烟气用于固化成型或经脱硫后排放。小型岩矿棉厂因其生产技术落后、产品低劣、成本低,则是直接将冲天炉排出的烟气直排烟囱或大气中,根本不考虑余热利用和烟气处理,造成环境污染。有的制造厂是将冲天炉烟气正压冒出,让其与清洁空气换热,换热后的清洁空气用于冲天炉助燃,烟气则直接用于固化成型或外排或送至脱硫等后道工序,将影响产品质量和使用性能。3能耗及热性能分析生产线能源主要有电、焦炭、水、天然气、煤等。生产线耗能部位如表1所示。生产线散热部位如表2所示。生产线热量散失的利弊分析如表3所示。年产2万t岩棉制品生产线的能源的消耗情况表如表4所示。4关于降低生产线能耗的技术的概念和方法4.1原料及燃料的组成生产岩棉在原料相对稳定的情况下,其总能耗(熔化+固化)是固定不变的,岩棉生产原料和燃料在熔制炉中熔制过程中,先后发生一系列氧化还原反应,燃料燃烧释放热量,热量供原料的熔融,同时会产生大量的CO、CO2以及少量的SO2等废气,而废气外溢排入大气会带走部分热量,必然会加大燃料的消耗和加剧环境的污染。岩棉的组成成分SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O等,其中SiO2、Al2O3、CaO、MgO为主要成分,SiO2、Al2O3为岩棉产品的基本骨架,熔化困难,CaO、MgO可以改变原料熔点,熔化容易,但不利于纤维成型。岩棉主要生产原料为玄武岩、白云石、矿渣等,燃料通常为焦炭,原料和燃料的配制根据产品的要求和成型特性进行调整,同时还要在点炉时放入一定量的燃料作为底焦,以保证持续的热量供应和炉内温度的均匀,原料和燃料的成分、粒径及含水量等必须满足生产要求,否则会对生产产生不利影响。原燃料质量影响表如表5所示。4.2再生烟气回收利用冲天炉和固化炉为岩棉制品生产线的最大耗能部分,冲天炉中的能源有焦炭、热空气、氧气、电、天然气、煤气等,原料的熔化所需要的能量是固定的,每种燃料的增加都会降低其他燃料的消耗,但是以上几种能源中的一种或几种供给原料熔化,就需要在衡量熔化质量、效率和成本的基础上综合考虑采用能量供给方式和数量。给固化炉提供热量的能源有天然气、煤气、煤和热空气等,产品的固化需要热风穿透棉板,采用低温和大的循环热风量去固化,同时做好排湿风量的平衡,使产品表面及内部整体固化均匀。原料和燃料在冲天炉中熔化和燃烧过程中产生烟气,烟气中含有CO、CO2、NxOy、SO2及灰分等,烟气带走冲天炉中一定的热量,排出温度为100~250℃,经除尘后进入焚烧炉焚烧,焚烧过程中由经预热到约150~300℃的清洁热空气进行助燃,使烟气中可燃气体燃烧,并放出热量,焚烧后的烟气温度加热到700~1000℃,高温烟气通过换热器与清洁空气进行热交换,分别供冲天炉、固化炉、焚烧炉和包装机使用。预热到450~650℃的清洁空气,用于冲天炉助燃。预热到180~300℃的清洁空气,用于固化炉中产品固化。预热到100~180℃的清洁空气,用于包装机的产品包装。预热到150~300℃的清洁空气,用于焚烧炉助燃。经换热后的烟气温度为80~150℃,由风机送至脱硫等环保处理设备处理后外排。在上述过程中产品固化后的150~230℃烟气经除尘后由风机送入焚烧炉,烟气中含有的游离有机物在焚烧炉中燃烧,同样放出热量,以供热交换器换热,换热后的清洁空气进行生产使用。点炉初期或生产线试产阶段,因没有废气,焚烧炉采用天然气、煤、煤气等作为燃料燃烧,用于焚烧炉烘炉、固化炉烘炉、冲天炉烘炉、冲天炉助燃等,当满足烟气燃烧条件后,随着烟气的燃烧,为保持焚烧炉的温度,以上燃料用量将逐渐减少。冲天炉、固化炉能量循环利用原理图如图1所示。通过原料和燃料在熔制炉熔制过程中产生的富含CO等可燃气体和固化炉产品固化过程中释放的含少量有机物的废气进行燃烧,并放出热量。再经过余热利用,利用此热量预热清洁空气,清洁空气经过热交换后,可使熔制炉助燃风加热至450~650℃后送入熔制炉,为原料的熔制提供热风,使原料充分燃烧,大大提高了燃烧热点温度,有利于取得更高温度的熔体,减少燃料的消耗,节约能源,同时减少有毒有害气体的排放,节能环保。经过热交换后可使热风加热至180~300℃后送入固化炉,供产品固化使用,减少燃料的消耗,同时含有机物的回风经过燃烧,释放热量,同时减少有害废气排放,节能环保。据统计,可回收冲天炉熔制过程产生废气能量中的60%~70%和固化炉排放废气能量中的60%~80%。4.3冲天炉炉壁水冷模型冲天炉的炉身水冷散失,带走的热量200千克标煤/吨产品(耐火材料+水冷夹套)。在冲天炉的内壁及底部不同的热量温度带砌筑一层相应耐火等级的耐火保温砖,减少热量的损失和对冲天炉炉壁的损害,同时冲天炉炉壁采用水冷夹套式结构,此时只需要保证水冷夹套中有水在慢慢流动就可以,主要是为保护炉壁和应急作用,这样将大大减少冲天炉的热能损失,减少燃料的消耗。炉底铺耐火砖和炉壁水冷图如图2所示。炉壁铺贴耐火砖图如图3所示。4.4富氧系统的节能技术风道富氧炉内温度分布图如图4所示。风口富氧炉内温度分布如图5所示。通过添加O2为入炉风量的1%~3%送风工艺可以实现以下目标:1)提高生产率。实施富氧后,焦炭燃烧效率更高,炉内温度提高,熔化条件得以大幅提高,熔化率在原来的基础上可期望提高20%~30%。2)节约焦炭。实施富氧后,可以通过降低风量,以降低冲天炉助燃风机、换热器引风机的电能消耗。减少了N2的进入,避免N2作为废气带走大量热量,同时焦炭燃烧充分,燃烧火焰温度更高,有效利用了化学能,同时与空气燃烧相比,降低CO/CO2比例,减少化学能损失,热传导效率更高,产生的废气较少,热量利用率更高,节焦效果最为明显,可以减少10%~15%的焦炭。3)提高熔液温度。富氧后,风口燃烧温度增加,炉膛温度提高,焦炭中的渣残留减少,从而可以提高熔液出炉温度。熔液出炉温度可以期望提高超过20℃,减小由于熔液温度低造成的产品缺陷。同时炉体的温度没有太大变化。4)改善冲天炉温度均匀性。可以通过调节不同风口的氧气量,改善局部区域的燃烧温度,从而实现熔炉整体的温度均匀性。5)灵活控制冲天炉。富氧送风后使冲天炉操作者能够对操作过程中的变化作出极其快速反应,其中包括温度和化学成分的调整。6)减少废气排放。富氧的空气提高了燃烧效率,废气及粉尘等的排放更能满足环保方面的要求。7)富氧后,吨制品鼓风量减少,风机电耗减小,同时吨制品的废气排放减少。8)由于富氧的空气强化了焦炭的燃烧,使得使用低质廉价的焦炭成为可能。4.5固化炉本体的保温采用优质保温材料加强冲天炉热风管路、固化炉热风管路和固化炉本体的保温。全部热风管路和固化炉炉体实行全保温后,可实现节约能耗10%,同时可提高固化质量,减少热量的散失,能降低环境温度,改善工人操作环境。4.6作为水加电剂的锅炉补水预加热空压机热量分配情况如图6所示。热量利用方式如下:1)可用作其他液体介质的加热;2)可作为锅炉补水的预加热;3)进入中央空调系统使用;4)生活用水及地暖用水;5)利用热水来制冰水;6)工业工艺加热;7)工业清洗和卫生设施清洁。4.7减少回用回用生产污水经污水处理站处理后,继续作为粘结剂配制用水、集棉机链板冲洗、废气处理用水回用,提高回用率,大量节约用水。采用低飞溅系数的循环冷却水塔,减少软化水的补充量等。冲天炉等需要消耗大量冷却水的设备采用合理的保温措施减少冷却水的消耗。5节约省能,低能耗,低碳高效熔制炉熔制系统采用富氧燃烧,强化了熔制炉的燃烧,使燃料燃烧更充分,