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脫硫石膏的“明天”
馬世臻 段慶奎
(寧夏石膏工業(yè)設(shè)計研究院，銀川750001)
摘要：脫硫石膏又稱排煙脫硫石膏、硫石膏或FGD石膏，是對含硫燃料(主要是煤)燃燒后產(chǎn)生的煙氣進行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)石膏，伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展和節(jié)能減排要求的日趨嚴(yán)格，一大批電廠脫硫設(shè)施相繼配套建成，相應(yīng)的產(chǎn)生大量的脫硫石膏，如何科學(xué)有效的處理利用成為當(dāng)下石膏行業(yè)一大熱門。
關(guān)鍵詞：脫硫石膏;應(yīng)用
1 脫硫石膏及其現(xiàn)狀
由于國內(nèi)**套脫硫裝置是重慶華能珞璜電廠*早從日本三菱重工引進的石灰石/石灰石膏濕法脫硫裝置，基本國內(nèi)以后普遍使用此技術(shù)，在脫硫過程中，石灰石經(jīng)破碎、制粉、配置漿液進入吸收塔，在吸收塔內(nèi)，漿液中的水首先吸收煙氣中的二氧化硫，再與漿液中的碳酸鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣被鼓人的氧化空氣中的氧氣氧化，*終生成石膏晶體二水硫酸鈣，泵將石膏漿液打出至石膏旋流站，脫水至含水量為40%左右的石膏漿液，*后出真空皮帶脫水機脫水至含水率約為10%左右的石膏餅，即為下游石膏加工研發(fā)企業(yè)的原材料。
2009年我國脫硫石膏產(chǎn)生量約為4300萬噸，綜合利用率約為56%，累計堆存量超過5000萬噸，脫硫石膏的大量堆積，不僅占有大量的土地、浪費資源，還對周邊環(huán)境造成污染，已經(jīng)成為制約我國燃煤機組煙氣脫硫企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。根據(jù)《“十二五”大宗工業(yè)固體廢物綜合利用專項規(guī)劃》，2015年大宗固體廢棄物利用率從目前的40%提高到50%，其中脫硫石膏綜合利用率由56%提高到80%，前景廣闊。
2 脫硫石膏的特點
灰石/石灰石膏濕法煙氣脫硫的產(chǎn)物是高純度石膏，與天然石膏相比，脫硫石膏具有以下不同的物理特性：
(1)顆粒過細(xì)：天然石膏經(jīng)粉碎后，細(xì)度約140μm，而脫硫石膏顆粒直徑小于60μm，由于顆粒過細(xì)而帶來流動性和觸變性等問題。
(2)有一定的含水率：一般達到10%—15%，由于含水率高，粘性強，在裝載、提升、輸送過程中很容易粘附在各種設(shè)備上，造成基料堵塞，影響生產(chǎn)過程正常運行，同時也增大了熱耗。
(3)顏色偏深：質(zhì)地優(yōu)良的脫硫石膏時純白色的，但常見的呈深灰色或帶黃色，作為粉刷石膏和裝飾石膏將影響外觀，其主要原因是電廠煙氣除塵設(shè)備效率不高，導(dǎo)致脫硫石膏含有較多的粉煤灰，石灰石中含有鐵等雜質(zhì)也有一定的影響。
(4)堆積密度大：達到1g/Cm3，堆積密度大對儲存、生產(chǎn)和產(chǎn)品的性能有重要的影響。
3脫硫石膏的應(yīng)用
3.1熟石膏
脫硫石膏經(jīng)過干燥，脫水處理成為熟石膏，熟石膏按用途可分為：墻體石膏(石膏砌塊、條板、紙面石膏板)，陶瓷工業(yè)用石膏，裝飾石膏，土壤改良石膏等，應(yīng)用量*大的是建筑用熟石膏，目前國內(nèi)利用脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏粉的工藝有連續(xù)炒鍋、沸騰爐、回轉(zhuǎn)窯、氣流煅燒等，如寧夏石膏工程技術(shù)研究中心根據(jù)脫硫石膏的特性，研制開發(fā)出了閃燒法工藝和設(shè)備在——利用脫硫石膏生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)建筑石膏粉技術(shù)。
煅燒工藝的選擇非常關(guān)鍵，對于電廠而言，從環(huán)保角度出發(fā)，應(yīng)**用電、氣作熱源;從市場的角度出發(fā)，應(yīng)選擇適合當(dāng)?shù)厥袌龅暮罄m(xù)產(chǎn)品，不可盲目開發(fā)。
3.2高強石膏
高強石膏是將脫硫石膏制成濃度適宜的石膏漿體，加入一定量的轉(zhuǎn)晶劑，在攪拌加壓的條件下，石膏漿體的處理溫度，時間和壓力控制在一定范圍內(nèi)生成柱狀石膏晶體，然后經(jīng)過脫水，干燥制得高強熟石膏，在生產(chǎn)中轉(zhuǎn)晶劑的種類和加入量，漿體的熱處理溫度及時間和壓力，漿料濃度等因素是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。寧夏石膏工程技術(shù)研究中心根據(jù)脫硫石膏的特性，研制開發(fā)出了蒸壓法工藝和設(shè)備一一一利用脫硫石膏生產(chǎn)高強石膏粉或特種石膏粉技術(shù)。
3.3粉刷石膏
利用脫硫石膏配制的粉刷石膏，強度高，和易性好，同時成本低，特別是利用脫硫石膏和粉煤灰混合型粉刷石膏，后期強度相對于單一石膏的產(chǎn)品高，且耐水有明顯的提高。利用脫硫石膏配制粉刷石膏時應(yīng)考慮脫硫石膏顆粒較細(xì)，雜質(zhì)等因素的影響。寧夏石膏工程技術(shù)研究中心根據(jù)脫硫石膏的特性，研制開發(fā)出了混合式回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝和設(shè)備一一利用脫硫石膏生產(chǎn)混合相粉刷石膏技術(shù)。
3.4水泥緩凝劑
脫硫石膏用于水泥緩凝劑，附加值不高，利潤也不客觀，但卻不失為大規(guī)模處理脫硫石膏的主要途徑。脫硫石膏用作水泥緩凝劑對水泥性能，如細(xì)度、凝結(jié)時間、放射性、抗折強度、抗壓強度、安定性基本沒有影響。雖然利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑簡單易行，但要求脫硫石膏的附著水含量必須控制在5%以內(nèi)，從而滿足水泥生產(chǎn)工藝的需要。由于大部分電廠脫硫石膏的附著水含量設(shè)計為10%左右，而實際產(chǎn)出的脫硫石膏附著水含量均在12%以上，所以需要對脫硫石膏進行脫水處理或購進熟石膏粉與脫硫石膏混合攪拌，制成附著水含量在5%以內(nèi)的散狀水泥緩凝劑。
3.5 自流平石膏
自流平石膏是自流平地面找平石膏的簡稱，又稱為石膏基自流平砂漿，是由石膏材料、特種骨料及各種建筑化學(xué)添加劑在工廠精心配置、混合均勻而制得的一種專門用于地面找平的干粉砂漿。目前，我國已制定的相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為JC/T 1023-2007《石膏基自流平砂漿》;它具有以下優(yōu)點：
①采用自流平石膏施工的地面，尺寸**，水平度極高，不空鼓、不開裂;作業(yè)時輕松方便，效率高;并且可以采用泵送施工，日鋪地面可達800~1000m2。
?、谟米觥暗嘏闭移礁采w層(地暖與其它采暖方式相比，節(jié)能幅度約為20%，如采用分區(qū)溫控裝置，節(jié)能幅度可高達到40%)，不會象水泥砂漿層那樣，因熱脹冷縮產(chǎn)生開裂、起鼓等現(xiàn)象。
?、圩粤髌绞嗪退嗌皾{用于建筑物地面的找平層時，兩者連工帶料的*終成本相近。
如若用自流平石膏替代水泥砂漿，由此減少水泥的用量在整個水泥產(chǎn)量中比例很小，不足百分之一;基本上不會影響水泥生產(chǎn)企業(yè)的利益。因此，在我國建材市場推廣應(yīng)用自流平石膏的阻力小、前景大。
?、車鈶?yīng)用非常普遍，已有幾十年，有成熟的施工技術(shù)及配套的施工機具。
脫硫石膏技術(shù)和設(shè)備目前在國內(nèi)也有一定的研究，如寧夏石膏工程技術(shù)研究中心根據(jù)脫硫石膏的特性，研制開發(fā)出了內(nèi)燒逆流式回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝和設(shè)備一利用脫硫石膏生產(chǎn)無水石膏粉配置自流平石膏技術(shù)。
3.6紙面石膏板
紙面石膏板是國內(nèi)外主要的建材產(chǎn)品，由于脫硫石膏有純度高、粒度細(xì)、氯離子含量低等優(yōu)點，在紙面石膏板中得到了廣泛的應(yīng)用，如泰和，北新建材等早已在國內(nèi)大量生產(chǎn)使用。日本、德國已有多年利用脫硫石膏成產(chǎn)紙面石膏板的大型生產(chǎn)線，相對于使用天然石膏粉，生產(chǎn)成本有明顯的優(yōu)勢，但與面紙的粘結(jié)性較差，對現(xiàn)有工藝參數(shù)的適應(yīng)性不如天然石膏，目前采取摻加使用的方法生產(chǎn)，探討解決此問題對脫硫石膏在紙面石膏板中的的應(yīng)用有深遠的意義。
4 當(dāng)前存在的問題
近年來，盡管我國脫硫石膏的利用途徑不斷拓寬、規(guī)模不斷擴大、技術(shù)水平不斷提高，但隨著脫硫石膏產(chǎn)生量的逐年增大，綜合利用仍存在一些問題。
(1)區(qū)域之間不平衡。
受地域資源差異和經(jīng)濟發(fā)展水平影響，不同地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)生、堆存及綜合利用情況差異較大。北京、河北、珠三角及長三角等地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)生量小、綜合利用率高;而山西、內(nèi)蒙古等燃煤電廠集中的地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)生量大、綜合利用率較低。
(2)品質(zhì)不穩(wěn)定。
盡管理論上脫硫石膏品質(zhì)要高于天然石膏，但由于我國部分燃煤電廠除塵脫硫裝置運行
效率不高，加之電煤的來源不固定，導(dǎo)致脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定，品質(zhì)波動較大，給下游利用企業(yè)
帶來困難。
(3)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。
缺乏用于生產(chǎn)建材產(chǎn)品的脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)，不利于其在不同建材領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面缺乏脫硫石膏綜合利用產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只能參照其他同類標(biāo)準(zhǔn)，市場認(rèn)可度低，造成其難以被大規(guī)模利用。
(4)天然石膏豐富，脫硫石膏產(chǎn)量大，分布廣。
由于當(dāng)前我國天然石膏開采成本(包括資源成本和開采成本)較低，且產(chǎn)量豐富，不利于脫硫石膏替代天然石膏應(yīng)用。同時脫硫石膏產(chǎn)量大，利用中存在一定的技術(shù)、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問題，石膏制品企業(yè)更愿意使用品質(zhì)穩(wěn)定的天然石膏。
(5)電力和建材部門之間缺乏溝通與合作。
脫硫石膏的主要用途是水泥、石膏板等建材生產(chǎn)，屬規(guī)模大、附加值低的行業(yè)，要實現(xiàn)較好的盈利，必須依靠大規(guī)模銷量，否則難以調(diào)動企業(yè)積極性。目前，電力和建材部門缺乏溝通與合作，電廠因技術(shù)、煤種等種種原因不太重視脫硫石膏的質(zhì)量，建材部門因石膏質(zhì)量難以**，不敢依賴電廠的脫硫石膏。此外，有專家指出，由于天然石膏價格便宜，如果加工工廠與電廠的距離過遠，脫硫石膏的價格優(yōu)勢將不復(fù)存在。而單獨的電廠脫硫石膏產(chǎn)量有限，無法實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，電廠如果上設(shè)備對脫硫石膏進行深加工將無利可圖。
5 建議
(1)健全標(biāo)準(zhǔn)體系
進一步完善脫硫石膏綜合利用標(biāo)準(zhǔn)體系，加快脫硫石膏綜合利用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會、科研院所和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)的作用，適時制修訂生產(chǎn)建材的脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)：加快脫硫石膏綜合利用相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢測標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制修訂，推進建立脫硫石膏綜合利用產(chǎn)品檢測中心;會同建設(shè)主管部門研究制定脫硫石膏綜合利用建材產(chǎn)品施工標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范;強化標(biāo)準(zhǔn)實施，引導(dǎo)建筑行業(yè)提高使用脫硫石膏綜合利用產(chǎn)品比重。
(2)加強技術(shù)改造
把脫硫石膏綜合利用列為企業(yè)技術(shù)改造項目重點支持范圍，加大中央和地方財政資金對其綜合利用技術(shù)改造支持力度，提升脫硫石膏綜合利用技術(shù)水平，加強脫硫裝置運行的**性管理，強化脫硫系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，確保脫硫石膏品質(zhì)的穩(wěn)定性，為下游綜合利用提供保障。
(3)完善配套政策
首先，可以考慮出臺限制天然石膏開采的政策法規(guī)。比如，可以較大幅度提高天然石膏資源稅，加大開采成本。運用經(jīng)濟杠桿促使企業(yè)加強脫硫石膏綜合利用，提高脫硫石膏市場競爭力。其次，完善脫硫石膏綜合利用優(yōu)惠政策。在增值稅、所得稅、貼息貸款等方面進一步細(xì)化，現(xiàn)有脫硫石膏綜合利用優(yōu)惠政策力度較小，如水泥產(chǎn)品享受增值稅即征即退的優(yōu)惠范圍僅限于“在生產(chǎn)原料中摻有不少于30%的煤矸石、石煤、粉煤灰、燒煤鍋爐的爐底渣及其他廢渣生產(chǎn)的水泥”，而脫硫石膏作為水泥調(diào)凝劑，其摻量只有3%~5%，遠遠達不到政策規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，不能享受
稅收優(yōu)惠政策。對于其他利用脫硫石膏生產(chǎn)的建材產(chǎn)品，也缺少相應(yīng)的政策支持。*后，制定脫硫石膏利用技術(shù)政策和指南。國家可以因地制宜，確定可行的技術(shù)路線、原則和方案。如在經(jīng)濟發(fā)達、缺乏石膏資源的地區(qū)，優(yōu)先考慮生產(chǎn)紙面石膏板、石膏切塊、粉刷石膏等石膏建材制品：在水泥工業(yè)較發(fā)達地區(qū)，優(yōu)先考慮以脫硫石膏代替天然石膏作水泥調(diào)凝劑;在土地鹽堿化嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)區(qū)，優(yōu)先考慮用脫硫石膏改良土壤。
(4)加快先進適用技術(shù)推廣應(yīng)用
鼓勵大摻量利用脫硫石膏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，包括紙面石膏板、石膏基干混砂漿、石膏砌塊、石膏磚等。大力推進脫硫石膏用作水泥緩凝劑，鼓勵脫硫石膏產(chǎn)生企業(yè)對石膏進行預(yù)加工。支持改造現(xiàn)有水泥生產(chǎn)喂料系統(tǒng)，推進水泥生產(chǎn)直接利用原狀散料脫硫石膏。加快脫硫石膏生產(chǎn)膠凝材料產(chǎn)業(yè)化，包括粉刷石膏、膩子石膏、模具石膏和高強石膏粉等。
(5)建立示范項目
可以考慮建立脫硫石膏綜合利用示范工程。針對脫硫石膏生產(chǎn)建材、土壤改良等大宗利用及高附加值改性技術(shù)，重點研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，提升石膏產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平。環(huán)保專項資金應(yīng)對脫硫石膏綜合利用及其配套工程給予支持，重點扶持大宗量利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥調(diào)凝劑和建筑石膏的示范項目，以點帶面，促進脫硫石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。
6 小結(jié)
由于歷史和具體國情等因素的影響.目前國內(nèi)利用脫硫石膏與發(fā)達國家相比雖有較大的差距，但隨著環(huán)保要求的日益提高、環(huán)保法制法規(guī)的逐步健全和加強，以及國家相關(guān)政策的傾斜支持，近年來，以石膏材料為代表的新型建筑材料、新型墻體材料及裝飾裝修材料在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用量的高速增長，脫硫石膏的資源化利用，具有較高的經(jīng)濟效益和較好的社會效益，既發(fā)展了經(jīng)濟、符合了環(huán)保、節(jié)約了資源，符合國家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟”、“建設(shè)節(jié)約社會”、“可持續(xù)發(fā)展”的方針政策，各相關(guān)部門、企業(yè)、研發(fā)單位應(yīng)拓寬思路，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，形成圍繞脫硫石膏資源化**應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈。在適宜的工藝及設(shè)備技術(shù)條件下，脫硫石膏將成為一種廉價的、優(yōu)質(zhì)的、高品位的石膏產(chǎn)制品生產(chǎn)的原材料，相信脫硫石膏的利用會有很好的前景，期待脫硫石膏輝煌的“明天”。
