一、技術(shù)名稱
水泥窯用綠色節(jié)能耐火材料和成套技術(shù)。
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍
建材水泥行業(yè)，水泥窯用耐火材料。
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前水泥熟料熱耗國(guó)際先進(jìn)水平約為2842kJ/kg，而國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平為2970kJ/kg，差距中很大一部分是由整體配置耐火材料產(chǎn)品性能不合理造成的。應(yīng)用本技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量171.02萬(wàn)tce/a，減排約451.5萬(wàn)tCO2/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
本技術(shù)在保證使用性能不低于現(xiàn)有材料的前提下，以降低窯襯材料的導(dǎo)熱系數(shù)作為技術(shù)突破口，從材料的微觀結(jié)構(gòu)和礦物相成份進(jìn)行調(diào)控，研制低導(dǎo)熱系列耐火材料并配套應(yīng)用于水泥窯系統(tǒng)，降低窯筒體散熱損失，降低窯體的表面溫度，以達(dá)到降低水泥生產(chǎn)熱耗的目的。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）基于成分設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的多尺度調(diào)控以及新工藝、新技術(shù)等研制出了低導(dǎo)熱系列新材料，并首次在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了水泥窯用耐火材料的全線低導(dǎo)熱和節(jié)能匹配，大幅度降低了水泥窯筒體表面溫度和散熱損失。
（2）基于對(duì)耐火材料抗熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性等使用性能的調(diào)控，使各段帶低導(dǎo)熱材料使用壽命有了大幅度提高，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了水泥窯用系列低導(dǎo)熱耐火材料在使用壽命和檢修周期上的協(xié)調(diào)與同步，檢修次數(shù)減少，生產(chǎn)效率明顯提高。
（3）全系列低導(dǎo)熱耐火材料在水泥窯上的匹配，不但實(shí)現(xiàn)了耐材無(wú)鉻化和節(jié)能減排，而且實(shí)現(xiàn)了窯襯材料的輕量化，降低了采購(gòu)費(fèi)用和窯的負(fù)荷。
3.工藝流程
本技術(shù)通過(guò)全線采用研制的新型低導(dǎo)熱耐火材料替代現(xiàn)有水泥窯用耐火材料，明顯降低水泥窯筒體表面溫度和散熱損失，并相應(yīng)提高水泥窯用耐火材料的使用性能、減輕重量，從而綜合實(shí)現(xiàn)水泥窯在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中節(jié)能降耗的目的。
本技術(shù)與原配置方案對(duì)比見(jiàn)工藝原理圖（圖一）。
五、主要技術(shù)指標(biāo)
（1）鎂鐵鋁尖晶石磚：體積密度：≥2.9g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)（350℃±25℃）：3.50w/m.k；
（2）低導(dǎo)熱鎂鋁尖晶石磚：體積密度：工作層2.90～3.05 g/cm3，隔熱層≤2.65g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)（700℃）：3.713w/m.k，隔熱層2.508w/m.k；
（3）低導(dǎo)熱30抗剝落磚：體積密度：≤2.2g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)（700℃）：1.433w/m.k；
（4）低導(dǎo)熱50抗剝落磚：體積密度：≤2.4g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)（700℃）：1.58w/m.k；
（5）窯體散熱損失：82.31～84.38kJ/kg-cl。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
本技術(shù)關(guān)鍵耐火材料鎂鐵鋁尖晶石磚獲得2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，于2012年11月獲得山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)并列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，于2016年10月19日通過(guò)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定。目前，本技術(shù)已在國(guó)內(nèi)中國(guó)建筑材料集團(tuán)有限公司、華潤(rùn)水泥控股有限公司、唐山冀東水泥股份有限公司、吉林亞泰集團(tuán)、山東重山集團(tuán)魯中水泥有限公司、山東山鋁環(huán)境新材料有限公司等水泥企業(yè)多條水泥窯生產(chǎn)線上應(yīng)用，整體運(yùn)行效果優(yōu)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有水平，產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊。
七、典型應(yīng)用案例
典型用戶：中國(guó)建筑材料集團(tuán)有限公司、唐山冀東水泥股份有限公司、吉林亞泰集團(tuán)、山東重山集團(tuán)魯中水泥有限公司等水泥企業(yè)
典型案例1
案例名稱：淄博魯中水泥有限公司水泥用窯新型耐火材料綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用
技術(shù)提供單位：淄博市魯中耐火材料有限公司
用戶生產(chǎn)規(guī)模：5000t/d熟料生產(chǎn)線；應(yīng)用條件：水泥窯正常大修期內(nèi)；主要應(yīng)用內(nèi)容：按本技術(shù)更換原有回轉(zhuǎn)窯耐火材料；主要設(shè)備為：Φ4.8m×72m水泥窯。節(jié)能技改投資額：本技術(shù)為替代原有耐火材料，仍屬用戶正常大修期項(xiàng)目，未形成新的投資；工期：20天（與原用材料工期、施工方案相同）。應(yīng)用本技術(shù)配置方案后，比使用原配置方案每年可節(jié)能2137.8噸標(biāo)煤，可減少CO2排放約5643.8噸，減少SO2排放約160噸及減少NOX排放約80噸。年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為154萬(wàn)元。投資回收期：0（未新增投資）。
典型案例2
案例名稱：冀東啟新水泥有限公司水泥窯用新型耐火材料綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用
技術(shù)提供單位：淄博市魯中耐火材料有限公司
用戶生產(chǎn)規(guī)模：5000t/d熟料生產(chǎn)線；應(yīng)用條件：水泥窯正常大修期內(nèi)；主要應(yīng)用內(nèi)容：按本技術(shù)更換原有回轉(zhuǎn)窯耐火材料；主要設(shè)備為：φ4.8m×72m水泥窯。節(jié)能技改投資額：本技術(shù)為替代原有耐火材料，仍屬用戶正常大修期項(xiàng)目，未形成新的投資；工期：20天（與原用材料工期、施工方案相同）。應(yīng)用本技術(shù)配置方案后，比使用原配置方案每年可節(jié)能2253.6tce（標(biāo)煤），可減少CO2排放約5949.5噸，減少SO2排放約169噸及減少NOx排放84.5噸。年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為163萬(wàn)元。投資回收期：0（未新增投資）。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力（另附節(jié)能潛力計(jì)算過(guò)程）
目前，我國(guó)大型干法水泥回轉(zhuǎn)窯的數(shù)量已近1800余條，其熱量損失主要是窯體外表面的散熱損失。我公司提出的水泥窯用新型耐火材料綠色節(jié)能技術(shù)就是在保證材料整體使用性能的前提下，最大限度地發(fā)揮材料特性，實(shí)現(xiàn)最佳配置，進(jìn)一步推動(dòng)回轉(zhuǎn)窯窯襯材料的節(jié)能環(huán)保，預(yù)計(jì)可在1000余條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線上推廣，可推廣比例大于60%，保守估計(jì)至2020年在800條線上推廣應(yīng)用。本技術(shù)基于替代原有耐火材料，成本沒(méi)有增加，按原生產(chǎn)檢修計(jì)劃實(shí)施即可，且使用壽命比原有材料有所增加，不需新增投資。使用本技術(shù)新型耐火材料后，可年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤171.02萬(wàn)噸，一年可減少CO2排放451.5萬(wàn)噸、SO2排放12.8萬(wàn)噸、NOX排放6.4萬(wàn)噸。
附、節(jié)能潛力計(jì)算過(guò)程
一、典型應(yīng)用案例節(jié)能減排潛力測(cè)算
典型案例1
案例名稱：淄博魯中水泥有限公司水泥用窯新型耐火材料綠色
（1）節(jié)能量測(cè)算
根據(jù)測(cè)定結(jié)果，魯中水泥回轉(zhuǎn)窯窯體散熱損失84.38 kJ/kg-cl，與國(guó)內(nèi)其他單位窯體散熱損失平均值122.29kJ/kg-cl相比，該方案減少窯體散熱損失37.91kJ/kg-cl。
根據(jù)我國(guó)慣用的標(biāo)煤熱工測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)29271kJ/kg折算，每公斤熟料可節(jié)省0.001295kg標(biāo)準(zhǔn)煤，熟料產(chǎn)量按5500t/d，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7.126t/d。按一年生產(chǎn)300天計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2137.8噸。
按每節(jié)約1kg標(biāo)準(zhǔn)煤可減排2.64kgCO2，減排0.075kgSO2，減排0.0375kgNOX來(lái)計(jì)算，可減少CO2排放約5643.8噸，減少SO2排放約160噸及減少NOX排放約80噸。
（2）節(jié)能效益測(cè)算
一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2137.8噸，折算為實(shí)物煤（按5800 kCal/kg）可節(jié)約2578.18噸。按當(dāng)前實(shí)物煤價(jià)格600元/噸計(jì)算，一年可節(jié)約成本154.69萬(wàn)元。
典型案例2
案例名稱：冀東啟新水泥有限公司水泥用窯新型耐火材料綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用
（1）節(jié)能量測(cè)算
根據(jù)測(cè)定結(jié)果，冀東啟新水泥有限公司回轉(zhuǎn)窯窯體散熱損失82.31kJ/kg-cl，與國(guó)內(nèi)其他單位窯體散熱損失平均值122.29kJ/kg-cl相比，該方案減少窯體散熱損失39.98kJ/kg-cl。
根據(jù)我國(guó)慣用的標(biāo)煤熱工測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)29271kJ/kg折算，每公斤熟料可節(jié)省0.001366kg標(biāo)準(zhǔn)煤，熟料產(chǎn)量按5500t/d，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7.512t/d。按一年生產(chǎn)300天計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2253.6噸。
按每節(jié)約1kg標(biāo)準(zhǔn)煤可減排2.64kgCO2，減排0.075kg SO2，減排0.0375kgNOX來(lái)計(jì)算，可減少CO2排放約5949.5噸，減少SO2排放約169噸及減少NOX排放84.5噸。
（2）節(jié)能效益測(cè)算
一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2253.6噸，折算為實(shí)物煤（按5800 kCal/kg）可節(jié)約2719.86噸。按當(dāng)前實(shí)物煤價(jià)格600元/噸計(jì)算，一年可節(jié)約成本163.19萬(wàn)元。
二、推廣前景及節(jié)能減排潛力測(cè)算
以一條5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線為核算基準(zhǔn)，按窯體散熱損失減少37.91kJ/kg-cl，每年生產(chǎn)300天，日產(chǎn)熟料5500噸計(jì)算，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2137.8噸，若有800條水泥線得以應(yīng)用，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤171.02萬(wàn)噸。
按每節(jié)約1kg標(biāo)準(zhǔn)煤可減排2.64kgCO2，減排0.075kg SO2，減排0.0375kgNOX來(lái)計(jì)算，可減少CO2排放約5643.8噸，減少SO2排放約160噸及減少NOx排放約80噸。若有800條水泥線得以應(yīng)用，一年可減少CO2排放451.5萬(wàn)噸、SO2排放12.8萬(wàn)噸、NOX排放6.4萬(wàn)噸。
