1、第36卷第5期 工业炉 v0136 No5兰Q!兰!旦 !里鱼坠!垡坐!坠里竺! 璺!P：兰Q!兰陶粒生产工艺与节能措施肖利涛秦朝葵(同济大学机械与能源工程学院，上海201804)摘要：介绍了陶粒的种类，不同种类陶粒的生产工艺和发展现状，分析了陶粒行业的能耗现状，提出了节能措施等建议。关键词：陶粒；生产工艺；发展现状；能耗水平；节能方法中图分类号：TQl746 文献标识码：B 文章编号：10016988(2014)05002404Production Process and Energy-Sa订ng Me嬲ures 0f CeramsiteXIAO Litao，QIN Chaokui(coff
2、e舻矿l知c帆ic以帆d阢呦，En百聊e矗几g，乃，研i如ers妨，虢觎咖反201 804，现i施)Abstract：The ceramsites kind and the production technolog)r and development status of difkrentkinds of ceramsite are intmducedThe energy consumption situation of ceramsite industry is analyzed，andthe energ)r conseation measures are put forwardKey wor
3、ds：ceramsite；man血lcturing technique；cuHent situation；energy consumption leVel；energysaving method陶粒(又称人造轻骨料)，即陶质颗粒，一般呈圆形或椭圆形，或不规则碎石状。堆密度一般小于1 100 km3(300。900 kg，m3居多)，以陶粒为骨料制作的混凝土密度为1 100l 800 km3，相应的抗压强度为30540 MPa是一种质量轻抗压强度高的物质；保温隔热效果好，由于陶粒内部多孔，用其制作的混凝土导热率一般为0308 W(mK)，是普通混凝土导热率的l21，3：耐火性好粉煤灰陶粒可以配制
4、耐火度1 200以下的耐火混凝土在650下陶粒混凝土能维持常温下强度的85(普通混凝土仅维持常温下强度的3575)。此外还具有吸水率低、抗冻性能和耐久性能好等优点。由于陶粒产品具有诸多优点，常用于建筑行业、保温工程和石油开采行业1 陶粒分类陶粒的粒径一般在520 mm之间最大粒径为25 mm，在生产陶粒产品时，会产生许多小于5 mm的收稿日期：20140616作者简介：肖利涛(1989一)，男，硕士研究生，主要从事燃气燃烧与应用方面工作细颗粒一般用筛分机将这部分细小的颗粒筛选出来，称之为陶粒砂，主要用于石油支撑剂。传统陶粒以黏土和页岩烧结而成经过几十年的发展，95以上的陶粒产品均由固体废弃物(
5、粉煤灰、钢渣、矿渣和河海淤泥等)生产。按照生产原料的不同，陶粒可分为：(1)黏土陶粒以黏土、亚黏土等为主要原料，经加工制粒烧胀而成粒径在5 mm以上。(2)粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，加入一定的胶结料。经加工成球。烧结烧胀或自然养护而成。(3)淤泥陶粒主要利用河海淤泥代替黏土烧制，规格为520 mm，堆积密度等级为300700 kg，m，筒压强度为15 MPa性能可达到或超过国家相关标准要求。(4)硅藻土陶粒用硅藻土为原料，采用焙烧法和免烧法制作密度更轻，保温性能更好。(5)页岩陶粒 以黏土质页岩、板岩等经破碎、筛分或粉磨后成球烧胀而成。(6)垃圾陶粒将生活垃圾处理后，经造粒、焙烧生产出烧结
6、陶粒。或将垃圾烧渣加人水泥造粒，生产出免烧垃圾陶粒。此外还有煤矸石陶粒、玻璃陶粒、生物污泥陶粒万方数据工业炉 第36卷第5期2014年9月和珍珠岩尾矿粉陶粒。2陶粒生产工艺陶粒可以根据是否需要通过焙烧而分成免烧陶粒和焙烧陶粒。对于不同的陶粒产品，其生产工艺也是有所不同的。我国的陶粒以焙烧型为主。无论何种类型的焙烧陶粒，都要经过粉磨、造粒、焙烧、冷却和堆场等工艺过程不同类型的陶粒在配料和焙烧温度方面有一些差别。当前国外陶粒已形成5大代表性生产技术体系：以烧结机法生产粉煤灰陶粒的英国“莱太克”技术体系：以回转窑法生产黏土陶粒的丹麦“莱卡”陶粒技术体系：利用烧结机生产粉煤灰陶粒的日本“FAb小t”技
7、术体系；利用养护仓生产蒸养粉煤灰陶粒的荷兰“安德拉”技术体系：以多孔式回转窑生产粉煤灰及有机垃圾陶粒的美国“杜罗莱安特”技术体系。以莱太克技术为例工艺过程及要求如下：原料全部采用粉煤灰，粉煤灰中大于45斗m的颗粒含量超过45时，通过选粉器，进行预处理。粉煤灰中碳含量不足5时。需添加煤粉。煤粉细度要求小于150“m，当粉煤灰细度45“m筛余小于12时，不掺加外加剂，筛余大于20时必须掺加外加剂。当粉煤灰含碳量大于8时。不能用于生产陶粒。将细度合格的粉煤灰原料输入混合仓。均化一天；均化后的粉煤灰，通过计量，输入混合器，混合均匀的粉煤灰进入搅拌器，加入一定比例的水量。搅拌形成小的生料球核：生料球核进
8、入成球机，在成球过程中喷洒一定量的水通过调整成球盘的倾斜角和转速使其球核逐渐增大形成颗粒组成符合设计要求的料球；生料球通过喂料机，均匀喂入烧结机。一般焙烧温度在9001 200之间；烧成的陶粒。通过传送带输入振动筛分级。大于设计要求的颗粒，通过锤式破碎机破碎后再输人到振动筛小于4 mm的颗粒作为陶砂产品粉料返回原料储仓。莱太克生产工艺过程实现了全自动一体化控制陶粒产品的堆积密度在7501 000 km，；吸水率20；烧失量40；硫酸盐含量40粒径范围在814mm，可以配制R28为45。55 MPa的高强度混凝土。3我国陶粒的发展咖07817 m和咖1010 m回转窑试制成功。当时陶粒的密度等级
9、为600级和900级两种。按混凝土配制技术可配制LC40。20世纪60一70年代我国分别建设了4抑9311621 m回转窑焙烧工艺的粘土陶粒、页岩陶粒和规模为3万m3a立窑机粉煤灰陶粒三条中试线进行试验研究于60年代中、后期先后通过技术鉴定。为以后建厂提供了依据。上世纪7080年代由北京建材所研究完成的采用磨细成球立波尔窑焙烧烧胀煤矸石陶粒工艺；陕西省建研所研究完成的采用泥浆成球双筒回转窑焙烧高强粉煤灰陶粒工艺和分层预热器回转窑机组。生产烧胀粉煤灰陶粒工艺；上海建研所研究完成了采用竖式预热器回转窑机组生产高强粉煤灰陶粒工艺。三项研究课题和中间试验线，均在70年代末和80年代中期先后通过技术鉴定
10、。上世纪70年代后期至90年代以中国建研院为主会同全国各地有关研究、设计、高等院校共50多个单位组成全国性科研协作网，花了20多年时间完成了20多项研究课题【2】主要包括对全国各地区各类轻骨料的物理、力学性能和轻骨料的试验方法进行大量试验研究用数理统计方法评定其质量指标，为编制相应标准文件提供依据；对全国各种轻骨料混凝土的基本力学性能、变形性能、热力性能和耐久性能及试验方法进行了大量试验研究。与普通混凝土进行对比，通过数理统计分析找出规律，为有关规程的编制提供依据：对轻骨料混凝土在承重结构及构件中的使用及其构件的一系列的基本性能进行了大量系统的试验研究与普通混凝土结构和构件对比提出有关设计参数
11、和设计计算原则及其标准性文件；研究轻骨料混凝土的应用技术，对轻骨料混凝土在大型外墙板小型空心砌块轻质隔墙板和各种建筑结构及构件中应用，以及在多层、高层建筑和工业厂房的设计施工中的有关问题进行了大量的试验研究20世纪90年代起，我国人造轻骨料(陶粒)的生产和应用得到了快速发展陶粒的品种和质量有了很大的提高。我国的陶粒正朝着高性能、高产量以及低能耗的方向发展。陶粒在我国已经有近60年的发展历程，黏土陶 4 陶粒的能耗现状及节能趋势粒的试制始于1956年，由原建工部建研院先后在 目前，我国陶粒的生产设备采用的都是工业回25万方数据综述：陶粒生产工艺与节能措施转窑，一般分为干燥、预热、分解、放热反应、
12、烧成及冷却6个带。物料由窑尾喂人回转窑后由于窑的旋转，物料靠摩擦力被带起，当到达一定高度后。在自身重力作用下物料就会沿着表层滑落或翻滚下来：由于窑有一定的斜度物料落下的位置向前移动了一段距离。经过这样的向前翻滚运动。物料便逐步前进。在回转窑内，高温烟气在窑内逆向流动对物料进行加热经高温焙烧后的陶粒成品由窑头排出。冷却后进入堆场。回转窑能够根据陶粒配方和焙烧温度的不同既可生产出超轻陶粒(堆积密度500 kg，m3)，也可生产出普通陶粒(堆积密度500700 km3)和高强陶粒(堆积密度700900 kg，ms)，成为一条多功能陶粒生产线。陶粒回转窑的功能好但热耗相对较大。在我国，以粉煤灰陶粒(堆
13、积密度650 km，)为例，采用回转窑法焙烧的单位热耗约为4 800 l洲kg，采用烧结机法焙烧的单位热耗约为3 000 l【Jkg，回转窑法的热耗是烧结机法的16倍左右。我国现阶段陶粒回转窑生产陶粒的单位热耗多数为4 600。5 030 kJ，kg，比发达国家高30。40(发达国家一般为3 1403 560 kJl【g)翻，主要原因是生产线规模小、生产技术和装备水平低等。各个国家生产陶粒所需热耗见表114l。表1各国的陶粒生产热耗一般情况下生产1 m，超轻陶粒的电耗在35kWh之间，热耗为7090 k标煤，生产成本为90110元：生产1 ms高灰陶粒的电耗为4050 kWh。热耗为90。11
14、0 kg标煤，生产成本为100120元。以我国年产量5万m，黏土陶粒生产线烟煤粉为燃料，陶粒堆积密度500 kg，m，为例，经部分实测数据和相关资料计算，焙烧l kg陶粒的出料余热热耗占总热耗的15以上(设陶粒出窑温度为950)，陶粒回转窑的有效热利用率仅28。由于陶粒回转窑的热利用率低下导致陶粒的生26产成本增加，不利于整个陶粒行业的发展所以研究陶粒回转窑的节能方案具有重大意义。陶粒回转窑的热耗主要由陶粒的出料预热、回转窑尾部烟气预热、窑体表面散热和燃料的不完全燃烧所造成的热损失组成对回转窑进行节能改造也应从减少这几个方面的热损失着手，主要有以下几种节能措施：(1)保证燃料的完全燃烧回转窑的
15、燃料主要有三种：粉煤、柴油和天然气。使用煤粉做燃料时要预先对其进行制备和加工。煤粉的细度、含水量和挥发物三项主要指标对完全燃烧有重大的影响最好采用挥发分22煤粉细度180目筛10含水率15。煤粉进行燃烧前最好进行干燥和预热送人燃烧器中的空气尽量利用陶粒回转窑的出料余热进行预热。使用天然气作为燃料有许多优点，不需粉碎、烘干和预热等准备工作只需要很少的或不要一次空气所以可使用更高热值的二次空气来进行助燃。采用重油作燃料要首先将它雾化成很小的油滴，促使它易于同氧燃烧，它的使用成本高于天然气和煤不宜成为生产陶粒的燃料。不管何种燃料都要严格控制空燃比，使之完全燃烧可以通过自动化设备进行量化控制。(2)降
16、低窑体表面散热损失陶粒回转窑表面积很大以较小型的西1822m回转窑为例它的筒体表面积就达125 mz大型回转窑的表面积可达上千平方米。若回转窑窑体保温不好会造成大量热量通过窑体表面向外散失。一般情况下，窑体表面温度可达300500甚至更高。若是在回转窑内面都砌筑耐火砖可以起到一定的保温效果砌筑厚度一般只有150200 mm小型回转窑只有100120 mm加大回转窑内部保温层厚度会使筒内体积减小影响陶粒的产量。且对于保温层于窑体内表面的粘接提出了更高的要求影响保温层的使用年限。应使用导热率低的轻质保温耐火砖，如丹麦的FLS公司黏土陶粒生产线回转窑所采用的耐火砖为高强耐热隔热砖其热导系数为029W
17、，(mK)；若砌筑200 mm此种类型的保温砖，则可使窑体表面温度降到200以下，大大降低了散热损失。回转窑的外表面一般不砌筑保温砖。这是因为砌筑外部保温层之后会影响对回转窑内部保温层的监测若内部保温层脱落，难以及时发现，则内部的高温环境对窑体造成热破坏严重时导致整条生产线瘫痪停产。对于窑体的外保温可以采取喷涂保温万方数据工业炉 第36卷第5期2014年9月料或保温无机涂料，这种涂料是粉状，喷涂前加入一定量的抗裂纤维短切丝它的热导系数在006012W，(mK)之间。有很好的保温效果。(3)降低烟气排热损失降低烟气的排热损失可以分为两个部分：增加窑内陶粒与烟气的换热和回收利用排烟的余热。目前增加
18、陶粒与烟气的换热可以在预热段增加热交换装置，主要有十字架式热交换器、链环式热交换器和扬料转式热交换器。十字架式热交换器采用钢板制作，它吸、放热快，可以有效拦截吸收烟气热量，再传热于陶粒生料球。链环式热交换器是在预热段悬挂链环状链条原理也是通过扩大热交换面积来减小热损失。扬料转式热交换器能够加快生料球的运动速度，又能够增加物料展开面使得生料球层减薄。物料接受火焰高温烟气辐射传热和窑内衬对流换热的几率增加。对防止陶粒结块、结圈和提高陶粒膨胀性能均有益处。据有关生产经验介绍，在陶粒回转窑的干燥预热段增设以上三种热交换器能够使窑尾的烟气温度从300500降到180280减少热损失约40。利用陶粒回转窑
19、排烟余热烘干原料和外加剂或预热燃料：在大型的陶粒生产线中，可以将回收后的余热用于员工的生活热水或蒸汽。(4)回收利用陶粒出料余热当陶粒从回转窑卸出时温度一般可达到900。l 000有的甚至达到1 200以上所以对陶粒出料余热进行回收利用是有意义的。国内外对出窑陶粒的余热进行回收利用一般采用冷却机将升温后的空气送入燃烧器作为二次助燃空气有利于改善燃烧状况。提高燃烧温度。目前主要有三种类型的冷却机：多筒冷却机、单筒回转冷却机和竖式冷却机。多筒冷却机一般用于重油或天然气为燃料的陶粒生产线，直接铆固于焙烧窑的窑头。斜度与回转窑相同并同窑体一起转动窑头的热陶粒直接卸入到多筒冷却机，冷却筒内配有导向式扬料
20、板。冷却筒的数量随窑的直径而变，一般为68个长度56m直径400600舢。冷空气靠回转窑头的负压从多筒冷却机的出料口吸人在冷却陶粒的同时气温逐步升高，最后导人窑内作助燃空气。逐步冷却的陶粒不断从多筒冷却机的出料口卸出。相关资料介绍j此类冷却机卸出的陶粒温度一般为200250导入窑内的二次风温度多为160200陶粒余热的利用率约40，优势是无电能消耗。单筒回转冷却机由单一回转筒体和传动装置组成。斜度4。5，筒内砌有部分隔热窑衬。焊有导料式扬料板(弧形钢板)。高温陶粒经封闭、隔热式导料槽卸入单筒回转冷却机尾部筒内并向前扬料滚动低温空气由于窑内负压作用被吸入到冷却机在冷却陶粒的同时气温逐步升高。并导
21、入回转窑内作二次风助燃。但是，由于引入风量较小与陶粒的热交换面积及时间也少。此类冷却机卸出的陶粒温度一般为200250，导入窑内的二次风温度约120160。而且单筒回转冷却机的电能消耗较大折合每立方米陶粒约2530 kWh。竖式冷却机属于强制性鼓风风量大，冷却效果好，出窑陶粒连续卸入固定、封闭、隔热的立方体形竖式冷却机上部进料口，在机内形成圆锥形料层随着料层底部已冷却的陶粒经电磁振动给料机有序卸料，送入的热陶粒不断有序向下流动：同时鼓风机将机外冷空气经位于冷却机下部的风管和均匀布置的排风口吹入冷却机内位于下部的陶粒料层，在冷却下部、中部、上部陶粒料层的同时，空气不断吸热升温透过料层后的热空气温
22、度多为250300一部分升温空气可以用于二次助燃空气另一部分空气可以烘干燃料或生料。相关数据显示陶粒卸出的温度可达到80陶粒余热的利用率达7080，提高陶粒回转窑热效率约1l。5结语简要介绍了陶粒的工业生产、制作工艺和应用场合；目前生产陶粒产品的工业炉窑耗能很大。必须做好节能工作。对炉窑生产线应尽量做好保温工作，轻质耐热低导热率的保温材料；充分利用窑内高温烟气的热量，降低排烟温度；对陶粒的出料余热在不影响陶粒产品性能的前提下应尽量回收利用：严格控制空燃比，改善燃料的燃烧状况；采用高水平的自控装置。参考文献：【l】李寿德，陈烈芳，宋淑敏我国人造轻骨料及轻骨料混凝土的现状与发展概况叨砖瓦，2006
23、(2)：485I【2】李建华国外轻集料混凝土应用啤北京：中国建筑工业出版，198 2【3】范锦忠提高陶粒回转窑热效率的有效措施们墙材革新与建筑节能，2007(11)：2932【4】李寿德陶粒生产节能、节材、降低成本的迫切性叨砖瓦，2007(1)：676927万方数据陶粒生产工艺与节能措施作者： 肖利涛， 秦朝葵， XIAO Litao， QIN Chaokui作者单位： 同济大学机械与能源工程学院,上海,201804刊名： 工业炉英文刊名： Industrial Furnace年，卷(期)： 2014,36(5)引用本文格式：肖利涛.秦朝葵.XIAO Litao.QIN Chaokui 陶粒生产工艺与节能措施期刊论文-工业炉 2014(5)
