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天然气在陶瓷砖生产应用中的发展前景

未知   admin   2019-05-16 11:48   
  天然气在陶瓷砖生产应用中的发展前景
 
 
 

  伴随工业科技的进步与发展,近年来陶瓷墙地砖行业发展迅猛,市场竞争愈演愈烈,煤炭作为低成本能源,理所当然的成为陶瓷墙地砖生产的主要燃料。然而煤炭在燃烧过程中属于高污染能源:其一,场地存放过程中,煤粉对场地、对空气的污染严重;其二燃烧过程中产生的二氧化硫对大气污染严重,目前全国各地存在的严重雾霾均与煤炭大量在工业中的运用有着莫大的关系;其三煤气发生炉所产生的酚水对土地、水源污染严重。最近几年山东淄博、河北高邑陶瓷产区所存在的酚水对地域的污染尤其严重,尤其是高邑产区,投资、生产基本处于无政府管理状态,常年雾霾严重,有些地方由于酚水的乱排乱放已是寸草不生。甚至有的无良企业老板将酚水作为介质直接加入原料球磨,混入浆料粉料中做成陶瓷产品,严重损害消费者利益。

  当前国家环保政策的抓严及各种环保政策的出台,正是造福子孙后代的正确决策,为子孙后代计,已经赚得盆满钵满的老板们自应积极相应和认真贯彻落实各项环保政策与措施。目前,由于在天然使用的要求上国家政策带有强制性的意味,多地陶瓷产区已激发陶企与当地政府之间的矛盾,今年3、4月间发生的泉州陶企的过激行为便成为这个矛盾的代表。随着环保政策的深入人心,国家对环保政策要求的日益加强,天然气作为清洁能源在今后工业生产中作为生产的主体能源是大势所趋,势在必行,陶瓷行业应认清当前大势,适应当前经济形式、环保政策的发展,尽快整改转型,符合时代前进的步伐,才能更好更快的发展。

  1.天然气资源和供应现状根据我国第二次油气资源评价,全国常规天然气资源量为38.04万亿立方米,其中陆上29.9万亿立方米、海上8.14万亿立方米。据分析,全国常规天然气资源量中,最终可采储量为14万亿立方米,其中东部占30.3%,西部占28.2%,海上占21.4%。

  到2000年底,全国已经探明天然气储量2.6万亿立方米,已经形成了以四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、莺琼、东海六大盆地为主的气层气资源区,以及渤海湾、松辽、准噶尔三大盆地气层气与溶解气共存资源区的格局。

  按照常规天然气统计,全国共发现69个含天然气盆地,其中天然气资源量比较丰富的塔里木、四川、陕甘宁、东海、渤海湾、琼东南、珠江口、准噶尔、柴达木盆地的总资源量为32.26万亿立方米,占全国天然气总资源量的84.8%。

  根据国家经贸委制定的石油工业“十五”计划,今后10~15年内将建成全国天然气工业体系,实现天然气工业的快速发展。重点加强东海、南海、渤海湾、东部老气田、四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地的天然气勘探开发,加快南方海相天然气勘探研究,力争到“十五”末或“十一五”建成几大天然气生产基地,即塔里木、鄂尔多斯、四川、东海、南海、渤海湾、鄂西―川东北―渝东、、胜利油田和南方海相。

  我国天然气工业发展和市场开发比较晚,天然气消费在一次能源消费结构中的比例一直徘徊在2%左右,2000年达到2.5%,远低于世界平均水平23.2%,也低于亚洲的印度、泰国、巴基斯坦和韩国(见图1)。

  从天然气消费结构看,用于发电的天然气占12.7%,化工用气占42.7%,工业燃料用气占11.1%,城市燃气占14.6%,油田生产用气占18.9%。

  目前,我国长输天然气管道还不是很发达,除陕甘宁天然气外,其余基本上是就近利用。其中川渝地区的天然气消费量较大,占全国消费量的45%左右。

  我国天然气市场潜力非常大,消费量的低速发展,不是社会需求量低,而是天然气市场发展受制约因素较多,生产、运输和消费等各个环节存在诸多矛盾和问题,致使天然气消费和生产都处于抑制状态。

  国家天然气产业“十二五”规划指出,2015年天然气在一次能源中的消费占比有望达到8%。旺季气荒现象日趋严重。2013年“气荒”新增缺口超过去年一成,日需求量在1800万立方米左右,是谷值的10倍。天然气的消费结构在过去十年有了很大的变化,除了天然气化工外,其他领域的用气占比迅速上升,天然气发电、天然气运输、民用燃气是2005年至今增速最快的三个领域。

  我国自2007开始变为天然气净进口,此后进口依存度不断上升,2012进口依赖度29%。发改委数据显示,5月份我国天然气对外依存度已达到33%。(见图3)

  根据我国规划的常规天然气产量,2015年可达1270亿立方米,远远无法满足需求的增长(见表1)。对进口气的依赖度将继续提升,根据能源局预测,2015年进口天然气将达到935亿立方米,对外依存度将超过35%。我国天然气到2025年可能演变为进口和非常规为主的供应格局。(见图4)

  陶瓷砖生产线燃料耗用主要体现在窑炉对燃料的需求较大,也成为陶瓷砖生产成本控制的重点。当前国家环保政策的出台,要求燃烧清洁能源天然气,陶瓷砖产品成本高,市场售价低,成为当前陶瓷行业发展的瓶颈,因此窑炉节能技术的推广和应用在陶瓷砖生产领域中的作用尤显突出。结合目前陶瓷砖生产发展状况,辊道窑节能技术主要体现在以下几个方面。

  1、优化窑炉尺寸,合理布局窑炉的长宽高。有专家研究表明:辊道窑内高由0.2米增加到1.2米时,热耗增加4.43%,窑墙散热量增加33、2%。从节能的角度看,窑内高度越低越节能,但过低的窑炉内高对陶瓷砖制品的调整范围非常有限,尤其大规格的玻化砖产品窑内空高时才能够保证更好的质量;窑内宽增大时,单位制品热耗和窑墙散热量减少,当窑内宽度由2.5米增大到3.15米时,窑墙散热损失可减少27.2%;当窑内宽度和高度一定的情况下,随着窑长的增加,单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少,当前技术条件下所建400米宽体窑已是窑炉最经济陶瓷砖生产线,当窑炉过长、产量过大时,窑体散热面积过大,单位产品的热耗不再下降,再加上排烟风机负压太大,高温带正压大、预热带负压大、窑炉散热和漏风大,燃料耗用量反而容易增加。

  2、合理的风机配置和风管的布局。由于当前窑炉设计长度增加,燃气管道分为前后两端分开供热,则助燃风机和排烟风机的设计就要重新进行合理的分布,助燃风管、排烟风管在设计安装时,将原来接口处三角形连接一律改为弧形、半圆形,减少排风、助风在管道中所受的阻力而造成的供、排不足的矛盾。

  目前,在辊道窑炉中,普遍采用的耐火材料产品,使用了轻质材料与硬质材料两种。其中硬质耐火材料分为粘土砖、高铝砖、硅砖、半硅砖及其它部分。粘土砖含三氧化二铝35%,高铝砖中三氧化二铝含量为43%-96%,其中莫来石中三氧化二铝含量为75.65%;硅线%;硅砖中以二氧化硅为主,含量达到95.6%。欧洲窑墙的热面采用氧化铝含量为54~60%大硅线毫米的较高级的隔热砖,然后是230毫米的较低级的隔热砖,最后是315毫米的隔热粉与114毫米的红砖。拱顶也采用硅砖砌筑,紧接着是两层厚75毫米的不同级别的隔热砖,再用隔热粉与一层水泥浆料抹平窑顶。英国的摩根公司其预热带热面采用42-44%的耐火砖。烧成面采用的是硅线石砖。道尔顿公司隧道窑的热面采用的都是高铝轻质砖。其它部位则采用膨胀系数相同的同一材质不同密度的轻质砖。如热面的温度范围可达1100-1500℃,其体积密度为0.42-0.77g/cm3。具有不同的热传导率。

  由于我国陶瓷窑炉和热工设备种类繁多,数量大且很多属非标设备,由于操作管理落后,技术装备水平较差,以致造成热耗高和热效率低。窑炉及热工设备的表面散失的热量占总燃料消耗的1/4-3/4。因此在窑炉和热工设备的内外表面涂上无机高温防火涂料不仅能降低能耗,而且还保护窑炉和热工设备的完好和延长使用寿命。

  在相同的工艺设备及化学组成条件下,用不同原材料制作的无机涂料性能上有较大差异,同时,合适的配方不仅能提高抗高温防火度,而且具有优异的悬浮性、触变性、SiC、ZrO4、SiO2、CaO、Al2O3,RPO4、R2SO4。这种无机抗高温防火涂料容量大,导热系数低,粘结性能好,可塑性强,使用时可冷热加工,绝缘结构整体性好、抗腐蚀、不老化、不污染环境。

  涂抹时可以进行热补,施工时遮挡火源降低温度。喷涂则为调节水溶液在物品表面喷涂1mm的涂层,然后在空气中放置12h,放置后涂层自己硬化凝固,用红外线min即可。目前,无机涂料在防水、阻燃、抗高温方面具有特殊的优点,采用防火涂料使窑体密封,不受侵蚀,延长炉龄,提高熔化率和产品质量,对节能降耗大有好处。

  目前,国内陶瓷窑炉所使用的燃烧器普遍存在燃烧速度较慢、混合不够充分、火焰射流喷射速度不够快、射程不够远等缺点,这样一来,往往造成窑炉中央温度较低的横向温差问题,以及出现色差、阴阳色等质量问题。现在,国内陶瓷辊道窑大多数是内宽3.0米以上的宽体窑,窑炉又长且日产量非常大。为了缓解这些问题,许多陶瓷厂不得不通过加大助燃风流量来提高火焰射流速度,这种做法无疑增加了窑炉的耗气量、耗电量和排量,加大了窑炉正压,造成窑炉散热加大,使窑体本身易损坏。为了解决这些疑难问题,也为了顺应窑炉节能减排的大趋势,最新研发的新型高效节能喷枪就是运用燃烧学的原理,对窑炉的助燃风系统和燃烧器进行改造,其主要性能有以下几个方面:第一,燃烧反应速度快、混合和燃烧均匀充分,火焰射程速度快,喷射有力,可根据窑炉性能参数的需要获得更大的射程,可有效减小截面温差、色差疑难问题。第二,降低助燃风机的电机的运转频率,节约助燃风机耗风量,节约助燃风机、排烟风机、抽热风机的耗电量。在减小助燃风流量方面可达15%至25%,可以降低助燃风机、排烟风机、抽热风机的功率达18KW至30KW,折合每月节省电费8500元至15000元。第三,减少烟气量,节约每平方米瓷砖耗气量。如果排烟风机进口处烟气温度为300℃,那么窑炉的烟气流量每小时可以减少2500~6500/小时以上,则减少排烟量所含的热量为(0.481~1.25)×106(KJ/小时)。第四,降低窑炉正压,其节能效果约为2%至4%,减少散热,有利于保护窑炉本身,延长寿命,节省维修费用,也可为提高窑炉产量提供有力的手段。据实际采用该喷枪后的窑炉统计数据,使用该新型高效节能喷枪每月可节省能耗成本45526元至70539元。

  利用余热提高助燃风温度的方式有以下三种:其一直接抽取冷却带热风作为助燃风,即直接安装抽取冷却带的热风的管道进入助燃风机入口,可使窑炉现用助燃风机的温度提高150-200℃;其二,通过热交换器将排烟的热量转换为助燃风的热量,当窑炉排烟量供给干燥窑过多而出现余热排空浪费的情况时,可通过换热器将排烟的热量转化为助燃风的热量;其三,通过窑炉冷却带辊棒上下的换热器加热助燃风,将助燃风的送风通过在窑炉冷却带辊棒上下所设置的热交换器,使助燃风提高适当温度后,再进入助燃风管道系统。

  近10年来。陶瓷釉面砖的烧成温度从1180℃~1200℃降低到现在的1050℃~1100℃左右。卫生瓷烧成温度已经从过去的1300℃降低到了现在的1150℃~1200℃左右。根据陶瓷热工学计算原理,越是高温烧成时,能源消耗越多。据此,从1200℃烧成到1300℃时,耗费的能源大约是产品烧成总能耗的40%左右。这样看来,节能效果就非常明显。低温快烧方法除了节能外,还可以缩短生产周期,节约人力物力。

  推行低温快烧技术,除了对窑炉有特别技术要求外,还必须研制与发出更好的适宜于低温快烧的陶瓷原料。目前,此类原料有硅灰石原料、珍珠岩原料、透辉石原料、叶蜡石原料等。国外为了降低烧成温度与降低产品的成本,则大量使用了含铁量较多的红土原料、紫砂原料等,也有使用工业废料制作瓷砖坯体的。

  近年来我国陶瓷工业发展迅速。2006 年我国日用陶瓷、建筑卫生陶瓷的产量均位居世界第一,其中日用陶瓷产量高达170 亿件,约占世界总产量的65%,建筑陶瓷砖年产量约为35 亿,约占世界总产量的55%。同时我国也是能源消耗大国,建筑卫生陶瓷行业是煤耗和电耗大户。目前,我国陶瓷工业的能源利用率仅为28%~30%,与发达国家50%~57%的能源利用率差距还比较大。

  喷雾干燥制粉是陶瓷工业高能耗的生产工序之一,也是陶瓷投产中空气重污染源之一。据陶瓷厂能源审计数据显示,喷雾干燥制粉的能耗占陶瓷厂总能耗的10%~20%。随着能源危机及市场竞争的激烈,降低喷雾干燥制粉的能耗,对降低企业生产成本、提高企业竞争力及促进陶瓷行业可持续发展具有深远而重要的意义。

  1 喷雾干燥塔节能降耗的主要措施由于喷雾干燥过程中的能耗直接影响着企业的经济效益及发展前景,所以陶瓷企业及行业专家们都提出了很多对喷雾干燥过程节能降耗的措施,总结起来主要有以下几方面:首先是喷雾干燥塔本身性能结构等方面的调整;另外是干燥物质本身的性质控制、干燥介质性质控制等方面的因素。

  在出塔温度恒定的条件下,热风的进塔温度(又称进风温度)越高,带入的总热量就越高,单位质量的热风传递给泥浆雾滴的热量就越多,单位热风所蒸发的水分也越多。在生产能力恒定不变的情况下,所需热风风量减少(即减少了热风离塔时所带走的热量),降低了喷雾干燥制粉的热量消耗,提高热风的利用率及热效率。但进塔热风温度不可过高(不超过600 ℃),温度太高,就会烧坏塔顶分风器。

  在进塔热风温度一定的情况下,热风出塔温度越低,进出塔温差就越大,热风传递给泥浆用于干燥的热能就越大,所以热风利用率就越高。但排风温度也不可过低,低于75℃时因粉料太湿,影响正常干燥。

  陶瓷泥浆经喷雾干燥制粉后,出塔热风若被直接排入大气,这部分热量损失将十分可观(约为制粉工序能耗的10 %~20 %)。所以应该将此部分余热充分地利用起来,如可将出塔热风循环利用到预热干燥工序。出塔热风除了直接循环利用外,还可以利用热交换器对这部分余热储存或交换后再利用。

  陶瓷行业大部分厂家采用4000 型喷雾干燥塔,有些陶瓷厂采用5000 型和6000 型,最大的有SACMI研制的12000 型,喷嘴多达48 个。型号越大生产能力越大,生产每吨粉的能源相对就少,厂家可根据具体情况进行型号选择。

  由于该系统采用负压操作,若有漏风就会增加能耗,所以设备各部位及连接法兰处,热风炉、热风管道、排风管道的热电偶插孔,塔体上的负压测量孔,以及塔体下锥翻板下料器出料口,旋风除尘下料口等部位必须密封好,不能漏风。

  热风炉是喷雾塔干燥的热风源,其燃料消耗直接影响干燥成本的高低,所以是喷雾干燥塔节能的关键部分。热风炉效率主要取决于燃油雾化喷嘴,当燃油雾化均匀且燃烧充分时,热效率最高,为此应严格控制雾化空气压力和流量以及燃气压力和流量。另外雾化喷嘴的雾化角、喷射高度、喷枪角度都应控制在合适的范围内。一般雾化喷嘴的雾化角()为90~120,喷射高度为4~4. 5 m ,喷枪角度保持在110~120之间 ,以保证喷雾料与热风可以进行充分的热交换。

  1) 降低陶瓷泥浆的含水率,干燥所需热量就少,但是含水率低的泥浆流动性又不好,流动性差雾化效果就差。为解决这一矛盾,生产中通常加入合适的稀释剂(减水剂)或电解质(如水玻璃、纯碱、腐殖酸等) 来调节泥浆的流动性,同时降低泥浆的含水率。笔者和广东新明珠集团合作采用复合减水剂,泥浆水分由39. 5 %减至36 % ,球磨时间缩短了5 h ,每吨粉可节电16. 5 元,产量增加了18. 8 % ,年节约成本达150 多万元。

  2)提高陶瓷泥浆温度可有效降低泥浆粘度,改善泥浆雾化性能,防止因泥浆结晶而堵塞雾化喷嘴。所以可以利用出塔热风回收的余热来预热泥浆,这是能源循环利用的有效途径。

  和粉尘。而且,与煤炭和石油相比,可减排约60%的CO和50%的NOx。然而,在我国一次能源结构中,煤炭所占比例高达60%以上,而天然气所占比仅4%左右, 远远低于世界23.5%的平均水平因此,提高天然气在能源构成中的比重,是我国经济与环境可持续发展的重要途径之一。 国家能源局指出,为推进“十二五”期间能源优化工作,需要大力发展天然气,到“十二五”末期,天 然气利用规模达到2600亿m3 ,在能源消费结构中 的比例从目前3.9%提高到83%左右。未来几年对天然气的消费量将以每年25%的速度 递增。随着我国 “西气东输”、“海气登陆”、“液化天然气上岸”和“俄罗斯天然气南输”等为代表的重大开发项目的实施, 天然气必将起到推动我国能源结构优化、 减少污染物排放的重要作用。在干燥行业,采用天然气燃料替代传统的煤炭,具有干燥介质温度高、热效率高、系统简单可靠、污染物排放低等特点,节能和环保优势非常明显。

  天然气直燃热风炉干燥系统运行稳定可靠,热风炉采用旋流扩散式结构。助燃空气经过轴向叶片, 形成旋流,天然气从中心管小孔中高速射出,边混合边燃烧。由于二次风是旋转的,扰动强烈,可加强天然气与空气的混合,强化燃烧。旋转射流在中心形成回流区,回卷高温烟气,起到稳燃作用。燃烧区域采用绝热的多孔成型耐火砖,提高燃烧温度,进一步促进稳燃和燃尽,采用PID控制,通过调节燃气流量,控制混合风温度,燃烧充分,利用合理,最大程度上达到节能效果。

  1、天然气辊道窑利用节能型喷枪,加上窑炉余热利用系统,燃料成本在每平方产品耗气1.1-1.3立方米相较于当前1.40-1.6立方米气每平方砖节约0.3立方米。

  2、用天然气热风炉作燃料的干燥塔,做好节能改造后,燃料成本每顿粉料耗气量为25-28立方,相较于当前33-35立方米节约8立方米气。

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