水泥行业的能耗现状
对于水泥生产企业而言，耗能主要在热耗能和电耗能两方面。就这两方面，我国水泥行业转型升级已经步入了关键时期。水泥生产热耗能主要包括以下几个方面，一是水泥熟料反应热，此部分热耗对某一特定生产线而言相对固定，约占总热耗的50%以上;二是外排废气带走热，约占总热耗的30~35%;三是全系统散热损失，这部分包括预热器、回转窑、三次风管、篦冷机及窑头罩等，约占总热耗的8~12%;四是熟料、收尘灰带走热。
由于现在绝大多数新型干法水泥窑都已配套建设了余热发电系统，废气余热已得到了较为充分的利用，因此系统的散热损失大小对热耗的降低就显得尤为重要;目前预分解窑的预热器、分解炉系统、三次风管系统、回转窑，窑门罩和篦冷机等装备外表面散热面积都较大：一条5000t/d水泥熟料生产线的静态热工设备总表面积约为11618m2，单位熟料散热损失约120～150kJ/kg，回转窑散热面积约为1086m2，单位熟料散热损失约为105～130kJ/kg，二项合计约达到250kJ/kg。目前水泥熟料热耗国际先进水平约为2842 kJ/kg，而国内先进水平为2970 kJ/kg，差距中很大一部分是由整体配置耐火材料产品性能不合理造成的。
目前国内外对水泥生产减排的要求越来越严格，一是粉尘排放标准越来越高，致使含有较多有害物的细颗粒收尘灰量增加，由此增大了烧成系统有害物循环对耐火衬料的化学侵蚀;二是加大了对尾气NOx排放的限制，提高了排放标准，这就需要对烧成系统燃料的燃烧条件进行调控，这也对相应部位的耐火材料提出了新的要求。三是随着固废处理、RDF的使用，窑料对窑衬材料的侵蚀会加剧。此外，水泥生产及使用过程中铬污染的问题由来已久，欧盟因此限定水泥中六价铬含量小于2ppm，而目前我国水泥中的六价铬含量却部分高于10ppm。这不仅意味着含铬的工业废渣不能用作水泥原料，镁铬砖和含铬的耐火及耐温材料在水泥窑系统也应限制使用。
好耐材须经得起市场考验
耐火材料作为水泥窑炉必要的基础材料，对水泥企业的节能减排有着至关重要的作用。绿色耐火材料的创新已箭在弦上不得不发。作为水泥窑用耐火材料必须满足耐用、节能、环保的要求。研发人员须在材料选择、结构设计等方面进行了综合性研究，以降低材料导热率，减少热耗，实现水泥行业的节能降耗;改进材料的抗侵蚀性能，以无铬新材料替代含铬耐材实现水泥生产无铬化，这不仅仅是现代水泥工艺技术的需要，更是水泥窑用耐火材料整体配套发展的必然趋势。对此，淄博市鲁中耐火材料有限公司(以下简称“鲁中耐材”)投入1000多万元并聘请北京科技大学陈俊红博士为主研员研究开发了两年多时间。
深入生产第一线，对目前新型干法水泥窑系统的工况条件、能耗状况、耐火材料使用情况等进行跟踪调研，对比国内外先进水平找差距、定措施、挖潜力;同时，与国内外水泥工艺专家及耐火材料专家进行广泛的技术交流，先后与水泥行业的中联、中材、冀东、亚泰、山水、拉法基、海德堡、德富高、奥镁等国内外水泥企业进行了广泛交流;最终开发出一系列覆盖水泥窑各部位的低导热系列耐火材料。系列产品包括：低导热镁铁铝尖晶石砖、低导热镁铝尖晶石砖、低导热抗剥落砖DDR-50/30等。该系列材料已经通过了中国建材联合会组织的科技成果鉴定，技术产品相对成熟。已得到国内外用户的广泛认可。
鲁中耐材结合低导热系列耐火材料产品在节能、长寿命等方面的优势提出了水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案。该方案所选用低导热系列耐火材料均由鲁中耐材自主研发生产，具有自主知识产权，达到国际先进水平。其中鲁中耐材研制的烧成带用镁铁铝尖晶石砖已获得发明专利(专利号ZL2010101045374)，过渡带用低导热镁铝尖晶石砖已申请发明专利(申请号201510936752.3)，分解预热带用低导热抗剥落砖专利正在申请中。
图：水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案对比
水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案的创新点
1、基于成分设计、结构的多尺度调控以及新工艺、新技术等研制出了低导热抗剥落30砖、低导热抗剥落50砖、低导热镁铝尖晶石砖以及烧成带镁铁铝尖晶石砖等系列新材料，并首次在国内外实现了水泥窑用耐火材料的全线低导热和节能匹配;基于该系列材料配置的5000吨/日生产线经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心测定，筒体散热较国内平均值可降低37.91kJ/kg-cl，节能效果非常显著。
2、基于对耐火材料使用性能的调控，使烧成带用镁铁铝尖晶石砖和过渡带用低导热镁铝尖晶石砖的使用寿命达到1.5年以上，预热分解带用低导热低铝抗剥落30/50砖的使用寿命达到3年以上，在国内外首次实现了水泥窑用系列低导热耐火材料在使用寿命和检修周期上的协调和同步，大大减少了检修次数、降低了能耗，提高了生产效率。
3、全系列低导热、节能耐火材料在水泥窑上的匹配，不但实现了无铬化，而且降低耐火材料用量8%左右，使5000吨/日水泥熟料生产线减少耐火材料砌筑用量约50吨，这不但实现了窑衬材料的轻量化，降低了采购费用，也降低了窑的负荷，窑主机电流也有所降低。
另外成套方案还具有以下特点：1、成套方案烧成带选用的是无铬材料，实现了水泥生产用耐火材料的无铬化。同时低导热材料的使用，在节能的同时也减少了二氧化碳、二氧化硫和氮氯化物的排放，从而降低了水泥生产对环境的污染。以5000吨/日水泥熟料生产线为例：年可减少CO2排放约5330吨，减少SO2排放约160吨及减少NOx排放约80吨，社会环保效益显著。2、成套方案选用材料具有优良的抗化学侵蚀性能，适应使用固废处理和RDF的水泥窑工况条件。
水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案的应用
水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案陆续在冀东水泥、鲁中水泥、平阴山水水泥、山铝水泥、临沂中联水泥等水泥单位试用，通过对比此前配置材料，其使用效果得到用户肯定并获得一致好评。
(1)鲁中水泥5000t/d水泥熟料生产线:
自2015年7月使用该方案以来，回转窑系统运行平稳，与以前使用效果对比，筒体温度平均降低40-50℃左右，2016年7月停窑检修时观察，各段带低导热材料表面平整无剥落，预计使用寿命烧成带、过渡带可继续使用12个月，预热分解带可继续使用24个月以上。经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心检测窑体散热为84.38kJ/kg-cl，国内平均值为122.29 kJ/kg-cl。对比检测结果可减少窑体散热损失37.91kJ/kg-cl，根据热工公式计算折算为标准煤，每公斤熟料可节省0.00129kg，熟料产量按5500 t / d，可节约标准煤7.126吨 /天。按一年连续生产300天计算，可节约标准煤2137.8吨，折算为实物煤(按5800 kCal / kg)可节约2578.18吨。按当前实物煤价格600元/吨计算，一年可为企业可节约成本1546908元，取得了良好的节能效果和使用效果，经济效益显著。
(2)山铝水泥3200t/d水泥熟料生产线
自2015年2月使用该方案以来，已平稳运行16个月， 2016年6月19日停窑检修，进窑观察，根据观测结果，预计烧成带、过渡带可继续使用8～12个月，分解预热带可继续使用20～26个月。同时对比筒体温度结果，平均温度降低30～50℃，节能效果、经济效益显著。
(3)冀东启新水泥5000t/d水泥熟料生产线
自2016年2月使用该方案以来，已平稳运行了6个月，窑系统运转正常，回转窑筒体温度平均降低40℃左右。经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心检测窑体散热为82.31kJ/kg-cl，冀东启新水泥以前检测窑体散热为126.1kJ/kg-cl。对比检测结果可减少窑体散热损失43.79kJ/kg-cl，根据热工公式计算折算为标准煤，每公斤熟料可节省0.00149Kg，熟料产量按5500 t/d，可节约标准煤8.231吨 /天。按一年连续生产300天计算，可节约标准煤2469.3吨，折算为实物煤(按5800 kCal /kg)可节约2963.16吨。按当前实物煤价格600元/吨计算，一年可为企业可节约成本1777896元。取得了良好的节能效果和使用效果，经济效益显著。
目前，越来越多的水泥企业将绿色节能耐火材料引进水泥生产线，节能降耗的同时减少污染排放。在环保和能源等多方面发力的“严苛”条件下，水泥企业要生存就必须节能、降耗、减排同步进行。
