利用電廠旋流爐生產(chǎn)巖棉新工藝

利用電廠旋流爐生產(chǎn)巖棉新工藝

1保溫和阻燃整理礦棉（通常稱為巖棉）及其產(chǎn)品是一種環(huán)保、節(jié)能的材料。它不僅具有良好的隔熱和隔聲性，而且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗性和抗阻性。因此通常被做成板狀、管狀和粒狀制品而大量應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、紡織、熱電、交通、建筑等領(lǐng)域作保溫材料。由于礦棉生產(chǎn)具有原料豐富、工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、效益突出的優(yōu)點(diǎn)，在保溫材料工業(yè)中礦棉占有領(lǐng)先地位。1.1國(guó)內(nèi)外礦棉工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀礦棉自發(fā)明至今已有160多年歷史，1840年首先在英國(guó)試制成功并進(jìn)行生產(chǎn)，之后美國(guó)、德國(guó)、蘇聯(lián)、日本、法國(guó)、瑞典等國(guó)相繼發(fā)展礦棉生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝是以沖天爐、壓縮空氣水平噴吹為主要工藝內(nèi)容，20世紀(jì)60年代改垂直立吹工藝，80年代普遍采用多輥離心法成纖工藝。過去礦棉制品主要用于工業(yè)設(shè)備保溫，而目前主要用于建筑業(yè)。礦棉工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，也有了成套機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)定型設(shè)計(jì)和系列設(shè)備，其中以瑞典和澳大利亞最為先進(jìn)。世界礦棉總產(chǎn)量約900萬噸,主要分布在以上諸國(guó)。我國(guó)1958年才開始生產(chǎn)礦棉，90年代初生產(chǎn)廠已達(dá)150多家，引進(jìn)瑞典等國(guó)巖棉生產(chǎn)線有30多條（如北新集團(tuán)，南方新材公司等），目前，我國(guó)礦棉工業(yè)正在蓬勃發(fā)展。目前世界各國(guó)礦棉生產(chǎn)均采用常規(guī)工藝過程（見圖1），將原料（玄武巖、輝綠巖等巖石、冶金爐渣等）在高溫熔爐（沖天爐、電爐、工頻爐或池窯等）中熔融為液態(tài)熔體，經(jīng)高速離心方法或高壓空氣（蒸汽）噴吹將熔體制成很細(xì)的纖維（礦棉的原棉），再將原棉通過不同工藝制成板狀、管狀、粒狀等20余種系列產(chǎn)品。高溫熔爐中，由于沖天爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)燃料要求不高，能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣。1.2主要技術(shù)和技術(shù)(1）棉液體熔合物的化學(xué)成分見表1具體根據(jù)所用巖石、冶金爐渣、焦炭的種類及其化學(xué)組成，以及生產(chǎn)中對(duì)礦棉等級(jí)和質(zhì)量的要求，配成合適比例混合加料。(2）不同熔體的高溫特性熔體成纖的決定因素是粘度，其最佳范圍在0.5～2.5Pa·s。對(duì)特定配方的熔體其對(duì)應(yīng)參數(shù)是溫度，溫度高粘度小，溫度低粘度大，對(duì)不同配料的熔體，其高溫特性有較大的差別。通常熔體成纖溫度范圍為1340～1380℃，由于熔體從出口至輥頭成纖有一段落差距離（500～1000mm），因此熔體出爐溫度應(yīng)控制在1400～1450℃范圍內(nèi)。而要保證熔體在通常成纖溫度范圍能成纖，仍然是熔料配比要合適。2利用法利錯(cuò)法生產(chǎn)礦棉新技術(shù)2.1制造礦棉和焦?fàn)t用熱風(fēng)爐(1）取消常規(guī)工藝中熔體熔煉的所有裝置，利用鍋爐排出的高溫液態(tài)熔渣作常規(guī)工藝的熔體并經(jīng)專門設(shè)備導(dǎo)流、補(bǔ)熱制造礦棉。(2）取消礦棉板、管生產(chǎn)中的熱風(fēng)爐，固化爐用熱風(fēng)取自鍋爐低溫空氣預(yù)熱器，使用后回收熱風(fēng)送回鍋爐高溫空氣預(yù)熱器加熱，再供鍋爐燃燒使用。其余工藝流程均相同，詳見圖2。2.2新技術(shù)的機(jī)制2.2.1降低生產(chǎn)廢水的爐渣熱電廠液態(tài)排渣鍋爐通常均采用適當(dāng)配比的煤和石灰石混合燃料。由于煤的灰熔點(diǎn)較高（一般>1500℃），增加的石灰石是助熔劑，可改變灰渣的化學(xué)組成，降低灰熔點(diǎn)（1280～1380℃）實(shí)現(xiàn)低共熔，還能降低SO2和NOX的排放。由于這種爐渣的化學(xué)成分和常規(guī)礦棉生產(chǎn)中的高溫熔體非常接近，因此可以用來生產(chǎn)巖棉。根據(jù)甩棉中對(duì)高溫熔體的粘度要求，化學(xué)成分上的差異也會(huì)造成甩棉要求的熔渣溫度比常規(guī)沖天爐法甩棉熔料溫度高50～100℃。我們將太原西山煤與葫蘆島蓮花山石灰石，按6:1重量比混配、球磨、送旋風(fēng)爐燃燒（其爐渣成分見表2中序2），曾甩出過國(guó)標(biāo)優(yōu)級(jí)品棉，甩棉溫度要比常規(guī)法高100～160℃。若其中再摻和海城、大石橋白云石，其配比為煤：石灰石：白云石=150:6.5:16（爐渣成分見表2中序3），其甩棉溫度要比常規(guī)法高50～80℃，質(zhì)量也較序2更優(yōu)。2.2.2項(xiàng)目建設(shè)的效益(1）節(jié)約能源。由于直接利用旋風(fēng)爐排出的高溫液態(tài)增鈣渣作原料，省去了熔煉礦石能耗，每噸可節(jié)焦炭600kg，同時(shí)利用鍋爐預(yù)熱空氣作生產(chǎn)線固化爐熱風(fēng)，從而省略了柴油燒熱風(fēng)的工藝，每噸產(chǎn)品節(jié)省柴油120kg，對(duì)錦化年產(chǎn)1萬t裝置，每年節(jié)焦炭6000t，節(jié)柴油1200t。(2）節(jié)省資源，環(huán)保效益顯著。裝置每產(chǎn)1t巖棉，即利用1t鍋爐廢渣，不僅節(jié)省1.115t礦石資源，而且減少1t爐渣排放污染。此外，本工藝將固化后的含酚熱風(fēng)回送鍋爐燒掉，既消除了對(duì)大氣的污染，又節(jié)省了處理它的環(huán)保裝置費(fèi)用。(3）節(jié)省建設(shè)投資。該工藝?yán)靡延绣仩t，省去了熔煉礦石的沖天爐及其上料系統(tǒng)、附屬設(shè)備，又省去了熱風(fēng)爐，從而節(jié)省1/4的建設(shè)投資。(4）低成本，經(jīng)濟(jì)效益好。正是由于上述原因，新法生產(chǎn)的每噸巖棉產(chǎn)品成本比常規(guī)沖天爐法降低462元，同時(shí)由于利廢環(huán)保，免征增值稅，從稅收政策補(bǔ)貼中每噸收益255元，合計(jì)利潤(rùn)提高717元/t。2.2.3降壓機(jī)技術(shù)重點(diǎn)從圖2可知，該工藝是把常規(guī)法（編號(hào)13以后）的生產(chǎn)線裝置與旋風(fēng)爐工藝對(duì)接所形成的新工藝方法。而常規(guī)法生產(chǎn)巖棉是非常成熟的工藝方法。由于旋風(fēng)爐系統(tǒng)（圖2中編號(hào)1～11）也是成熟的生產(chǎn)工藝，只是通常不用來制棉時(shí)鍋爐排出的熔渣是經(jīng)水淬后撈出、運(yùn)輸、堆放的，對(duì)煤、石混合燃料的質(zhì)量、配方有要求，但不很嚴(yán)格，只要求其最終灰分能形成熔融液態(tài)渣順利排出爐外即可，對(duì)是否適用甩棉的粘度不作要求。因此在保證鍋爐正常生產(chǎn)、不降低熱效率的前提下，如何通過保證燃料質(zhì)量、選擇合適的混合配方，使燃燒后形成的熔渣在現(xiàn)有溫度（不是非常高）條件下，其粘度特性符合甩棉工藝要求，成為首要的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)然要保證爐子正常燃燒、出力以及對(duì)煤種的要求，極難做到爐渣化學(xué)成分完全符合表1中巖棉的要求范圍，因此在其對(duì)應(yīng)粘度要求范圍（0.5～2.5Pa·s）的對(duì)應(yīng)溫度比常規(guī)法要高一些，而鍋爐排出熔渣的溫度又往往比甩棉要求的爐出口溫度低100～150℃，因此要利用該爐渣制巖棉，就需要對(duì)其補(bǔ)熱升溫。同時(shí)由于實(shí)際的工藝布置上，甩棉機(jī)輥頭與排渣口總有一定的距離和位差，因此還存在一個(gè)高溫熔渣導(dǎo)流問題。也就是說，排渣口與輥頭間導(dǎo)流、補(bǔ)熱的熱銜接技術(shù)成為必須攻克的技術(shù)關(guān)鍵。錦化熱電廠1991年建成的利廢法巖棉生產(chǎn)裝置一直受此制約，不能正常投產(chǎn)，經(jīng)過10年的努力，終于探索出成功的道路，研制出樣機(jī)并經(jīng)過接淌熔渣導(dǎo)流補(bǔ)熱實(shí)際連續(xù)試驗(yàn)，達(dá)到工藝要求，并通過了技術(shù)成果鑒定。2.3經(jīng)濟(jì)效益分析鑒于上述這種新工藝的特點(diǎn)，我們對(duì)其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益及該工藝與常規(guī)工藝相比其單耗、成本及利潤(rùn)等項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析。見表3、表4。2.4技術(shù)的推廣應(yīng)用(1）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。由于該工藝?yán)缅仩t高溫液態(tài)廢渣制棉，淘汰了傳統(tǒng)老工藝，每年將減少數(shù)十萬噸廢渣排放和礦石資源開采，節(jié)省大量的焦炭和柴油，不但節(jié)約了建設(shè)投資，而且增加了利潤(rùn)。此外由于該工藝產(chǎn)品的低成本，對(duì)巖棉作為人造木材和復(fù)合墻材的開發(fā)應(yīng)用將是有力的推動(dòng)。特別是對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)發(fā)展中的人口大國(guó)，不僅拓寬了巖棉市場(chǎng)需求范圍（產(chǎn)品需求量將增至300～350萬t），同時(shí)取消了秦磚漢瓦似的建筑材料，每年可節(jié)約大量的土地?fù)p耗，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的意義。(2）新工藝產(chǎn)品的市場(chǎng)分析目前國(guó)內(nèi)的巖棉生產(chǎn)廠全部采用常規(guī)法（沖天爐）工藝，有國(guó)有大中型企業(yè)，也有鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體企業(yè)，規(guī)模大小不等，裝備、技術(shù)與管理水平也有很大差異，因而產(chǎn)品質(zhì)量上的差異也很大。以北京新型建材集團(tuán)為例，其1.5萬t巖棉生產(chǎn)裝置是國(guó)外引進(jìn)的，總投資約6000萬元，其技術(shù)管理水平和巖棉制品質(zhì)量均屬上乘，產(chǎn)品十分暢銷，供不應(yīng)求。經(jīng)濟(jì)效益較好。而一些小企業(yè)由于盲目上馬，設(shè)備粗制濫造，能耗大，質(zhì)量差，產(chǎn)品不暢銷，陷于困難局面。但是，隨著巖棉產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，特別在建筑上人造木材和復(fù)合墻材的開發(fā)應(yīng)用，其未來市場(chǎng)前景是極其廣闊的。錦化巖棉生產(chǎn)裝備水平與北新集團(tuán)基本相近，規(guī)模為1萬t蛐年，曾經(jīng)試產(chǎn)過巖棉及其制品，經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢測(cè)，符合GB11835的技術(shù)要求，屬于國(guó)標(biāo)優(yōu)等品。由于錦化新工藝巖棉產(chǎn)品的成本比常規(guī)工藝成本低462元/t，同時(shí)由于環(huán)保特色享受免稅優(yōu)惠255元/t，常規(guī)法凈利潤(rùn)僅為2元/t，而新工藝凈利潤(rùn)有717元/t，因此新工藝產(chǎn)品在巖棉產(chǎn)品激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，將是一匹黑馬，勢(shì)不可擋。此外，新工藝正常投產(chǎn)后，還有實(shí)力和能力進(jìn)行擴(kuò)寬產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域（即人造木材和復(fù)合墻材）的研究與開發(fā)，可以獨(dú)立開辟新的市場(chǎng)。正是因?yàn)槔麖U法新工藝有利于環(huán)保和生態(tài)平衡，節(jié)約能源，綜合利用資源，經(jīng)濟(jì)效益顯著，曾得到過國(guó)家計(jì)委、科技部、建設(shè)總行，華能集團(tuán)和中國(guó)節(jié)能公司等大力支持，都希望以此為示范，限制落后工藝，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。(3）新工藝的技術(shù)推廣應(yīng)用前景利廢法巖棉生產(chǎn)熱銜接技術(shù)的成功就是利廢法巖棉生產(chǎn)新工藝的成功，由于其經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益顯著，將會(huì)引起國(guó)內(nèi)旋風(fēng)爐熱電廠利廢法巖棉項(xiàng)目的競(jìng)相上馬。錦化熱電廠有130t旋風(fēng)爐兩臺(tái)，4個(gè)排渣口，現(xiàn)只利用一個(gè)，若全部利用，年產(chǎn)4萬t，產(chǎn)值將是6000萬元/年，利潤(rùn)2800萬元/年。遼寧省有7家旋風(fēng)爐電廠，21臺(tái)旋風(fēng)爐若全部利用，年產(chǎn)30萬t巖棉，年產(chǎn)值將達(dá)到4.5億元，利潤(rùn)2.1億元，全國(guó)40多家旋風(fēng)爐熱電廠，全部利用可年產(chǎn)180萬t巖棉，年產(chǎn)值27億元，利潤(rùn)可達(dá)12.6億元。由于除旋風(fēng)