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“混燒法”——一種實現(xiàn)脫硫石膏產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)
Hybrid Firing”--A New Technology for the Realization of Desulfurized Gypsum Industrialization
王立明，于棣春，陳興福(寧夏石膏工程技術(shù)研究中心， 寧夏750001)
摘要：通過對目前國內(nèi)外脫硫石膏資源、應用現(xiàn)狀和脫硫石膏原料特性的分析，論述了開發(fā)適合于國內(nèi)市場和脫硫石膏特性的專用技術(shù)和設(shè)備的重要性，同時詳細地介紹了一種能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫石膏產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)一一一一混燒法工藝技術(shù)及設(shè)備，通過對混燒法工藝技術(shù)及設(shè)備的工作原理及工藝特點介紹，論述了混燒法是能夠適應目前國內(nèi)市場需求、有效實現(xiàn)脫硫石膏資源化和產(chǎn)業(yè)化、具有較高的環(huán)保節(jié)能意義的新技術(shù)。
關(guān)鍵詞：脫硫石膏;混燒法;產(chǎn)業(yè)化技術(shù)
中圖分類號：TQ177.3 文獻標識碼：B
0引言
脫硫石膏是指來自排煙脫硫工業(yè)，顆粒細、品位高的濕態(tài)二水硫酸鈣晶體。目前主要是電廠發(fā)電時，為除去煤燃燒后產(chǎn)生的SO2氣體，采用磨細石灰/石灰石料漿噴淋吸收經(jīng)過除塵處理后的SO2煙氣，使之發(fā)生化學反應形成的工業(yè)副產(chǎn)石膏。國內(nèi)天然石膏生產(chǎn)企業(yè)已具備了較大的規(guī)模，天然石膏資源豐富，價格低廉;因此，脫硫石膏處理技術(shù)必須開發(fā)適合國內(nèi)的，特點和市場的脫硫石膏處理技術(shù)，開發(fā)成本低，投入少，生產(chǎn)應用與天然石膏相比具有一定的市場競爭力，才能真正有效地利用脫硫石膏。
1脫硫石膏產(chǎn)業(yè)化技術(shù)一混燒法工藝技術(shù)及設(shè)備
1.1各類主要煅燒設(shè)備的工藝特點對比
目前石膏粉的煅燒設(shè)備從煅燒設(shè)備的傳熱形式上，可分為內(nèi)燒設(shè)備和外燒式設(shè)備兩類，從設(shè)備的運行形式上又可分為間歇式設(shè)備和連續(xù)式設(shè)備兩類，連續(xù)式設(shè)備從工藝形式上分為逆流式和順流式兩種;在各類設(shè)備的長期運行或熱工標定及實際的生產(chǎn)實踐中，一般認為，內(nèi)燒式設(shè)備煅燒速度快，產(chǎn)量大，能耗低，產(chǎn)品凝結(jié)時間偏短，強度較高(高溫快速煅燒，產(chǎn)品中Ⅲ型相比例較高( 40%—70%)，二水相例較低(20%~40%))，產(chǎn)品較適合建筑石膏制品，目前市場中的大規(guī)模建筑石膏粉生產(chǎn)設(shè)備如閃燒窯、連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯、斯德爐等均屬此類設(shè)備，但其在具體的設(shè)備構(gòu)造上和運行工藝技術(shù)上各有特點，生產(chǎn)得到的產(chǎn)品性能上也不盡相同;外燒式設(shè)備一般較適合小規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)能耗較高(煤在爐膛或燃燒室燃燒，產(chǎn)生的火焰和熱煙氣通過輻射、傳導等方式直接對煅燒設(shè)備進行加熱，通過設(shè)備鋼板的熱傳遞進行物料的加熱升溫脫水)，設(shè)備壽命較短，熱利用率低(排出的煙氣溫度一般在250—350℃)，但由于物料受熱速度慢，物料脫水過程較長，產(chǎn)品凝結(jié)時間一般較長，強度較高，物相中半水石膏比例較高，Ⅲ型相比例較低，且在生產(chǎn)過程中，燃料對產(chǎn)品白度不會產(chǎn)生污染，產(chǎn)品尤其適合用于一些特殊的用途或?qū)Π锥扔幸蟮男袠I(yè)。間歇式設(shè)備一般均為外燒設(shè)備，生產(chǎn)規(guī)模較低，能耗較大，但產(chǎn)品由于間歇式生產(chǎn)，生產(chǎn)調(diào)整范圍較寬，產(chǎn)品適應性較好，適合于生產(chǎn)小規(guī)模多用途的產(chǎn)品，一般產(chǎn)品質(zhì)量較高，但穩(wěn)定性較差;連續(xù)式設(shè)備是實現(xiàn)石膏粉規(guī)?；a(chǎn)的主要設(shè)備形式，特點是規(guī)模大、產(chǎn)品穩(wěn)定、機械化和自動化控制水平高、環(huán)保能夠得到較好的**。而連續(xù)式設(shè)備在工藝布置上根據(jù)工藝要求或產(chǎn)品需要可采用逆流和順流兩類，一般，逆流的工藝形式換熱效率高，熱利用更為充分，但由于物料進窯后逐步通過預熱、烘干、煅燒等溫度帶，物料煅燒完成在高溫帶，易形成大量的無水石膏相和Ⅲ石膏相，因此對設(shè)備控制要求較高;順流的工藝形式主要利用高溫帶對物料進行預熱烘干，利用較低的溫度進行煅燒，煅燒控制要求較低，但熱利用率因設(shè)備的規(guī)格區(qū)別較大，設(shè)備長度較長才能**較高的熱利用率。
1.2混燒法工藝及設(shè)備的特點
混燒法工藝技術(shù)和設(shè)備主要是一種適用于脫硫石膏特點的新型的**節(jié)能的大型煅燒設(shè)備。該設(shè)備主要是結(jié)合了內(nèi)燒設(shè)備的低能耗、**率、;外燒設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量好、不影響產(chǎn)品白度、煅燒過程明顯的特點，同時利用逆流的熱利用率高、換熱充分，順流的高溫預熱烘干、提高烘干效率的特點進行設(shè)計制造的。該設(shè)備采用高溫熱煙氣對煅燒窯烘干帶外體的加熱，使物料在高溫帶迅速的完成預熱烘干，使含水量高達20%的脫硫石膏中的水分迅速脫除，物料迅速烘干。烘干后的物料通過初步熱利用降溫后進人旋管中的熱煙氣的逐步換熱升溫達到脫水溫度，物料開始吸收熱量脫出結(jié)構(gòu)水。同時，由于物料同出旋管后逆流返回的熱煙氣( 250~ 400℃)直接接觸，進行進一步的熱交換，由于換熱效率的加大和換熱方式的增加，進一步提高了設(shè)備的換熱效率和熱煙氣的熱利用率，即提高了生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)量，又降低了產(chǎn)品的熱耗。脫硫石膏細度大，在高溫下脫水速度快，溫度過高，極易形成較多比例的無水相，影響產(chǎn)品性能或降低產(chǎn)品應用性能。因此，該工藝方法和設(shè)備能夠適應脫硫石膏和其它副產(chǎn)石膏高含水量、高細度的特點，并且具有適應附著水含量范圍寬、原料不采用預烘干等處理措施、生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品熱利用效率高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)品可調(diào)整范圍寬等特點，是一種針對副產(chǎn)石膏特點的新型的、**的，節(jié)能的大規(guī)模生產(chǎn)工藝和設(shè)備。
1.3混燒法生產(chǎn)工藝流程
混燒法工藝由于對原料不采用任何預處理，因此工藝相對于較為簡單，整個生產(chǎn)線主要由喂料、煅燒、粉磨、包裝等工序組成，在生產(chǎn)過程中對于生產(chǎn)的不同產(chǎn)品，根據(jù)產(chǎn)品的需求可增加陳化、均化、混合等工序，工藝流程示意圖見圖1。
1.4混燒法生產(chǎn)工藝的幾個特點
混燒法工藝主要是結(jié)合目前各種煅燒設(shè)備和煅燒形式的優(yōu)點并針對目前工業(yè)副產(chǎn)石膏的特點而開發(fā)的，該工藝方法主要具有如下的特點：
(1)原料適應性廣，對原料要求低，對原料不預先進行任何處理，工藝簡單。由于該工藝方法和設(shè)備結(jié)合了內(nèi)燒、外燒、順流、逆流等多種煅燒和換熱形式，并且可通過工藝調(diào)節(jié)單獨實現(xiàn)其中的純外燒、純順流以及各種形式混合應用后的主次之分，因此，該工藝方法具有很強的工藝調(diào)節(jié)性，對不同原料和用戶需要的不同產(chǎn)品，可以通過工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)來進行調(diào)整，實現(xiàn)一套設(shè)備適應多種原料、生產(chǎn)多種產(chǎn)品的*大利用價值;由于采用了獨特的可調(diào)節(jié)的高溫快速烘干和煅燒過程長短的控制，使該設(shè)備對原料所含水分的適應性較寬，能夠適應原料附著水在50/0-25%之間的原料均可直接應用，而不對原料采用預烘干及其它的預處理過程。
(2)產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗低、生產(chǎn)規(guī)模大、環(huán)保效果好在脫硫石膏煅燒時，由于物料中含有大量的水分，因此，產(chǎn)量主要取決于煅燒速度，煅燒速度主要取決于附著水的烘干速度和結(jié)晶水的脫出速度，物料粒度較小，干燥后的煅燒脫水速度很快，但含高附著水的物料的烘干速度則較慢，附著水(20%時)蒸發(fā)所需的熱量幾乎與煅燒結(jié)晶水所需的熱量相等，**烘干是提高生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵。由于生產(chǎn)設(shè)備采用了較多的換熱方式和**的烘干方法，在煅燒過程中采用較低的煅燒溫度和相對較溫和的換熱過程，因此，既有效的提高了換熱過程、提高了生產(chǎn)規(guī)模(單機生產(chǎn)能力達到5~20萬t)，又**了產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品性能的可調(diào)性，同時充分利用了熱能，降低了生產(chǎn)能耗(利用含水15%的脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏粉，能耗為50kg煤/t產(chǎn)品)。大型連續(xù)生產(chǎn)，配套有成熟完備的除塵裝置，**了較好的環(huán)保效果。
(3)產(chǎn)品類別的多樣化
利用該種工藝方法和設(shè)備可實現(xiàn)一條生產(chǎn)線、一套設(shè)備配套多種工藝參數(shù)，生產(chǎn)出能夠適用于多個行業(yè)應用的各類產(chǎn)品，能夠有效的發(fā)揮出生產(chǎn)線的*大價值。如采用該套技術(shù)和設(shè)備，利用同一種或不同種原料，根據(jù)市場要求生產(chǎn)建筑石膏粉、陶瓷模具用石膏粉、粉刷石膏用石膏粉、石膏砌塊用石膏粉等各類石膏產(chǎn)制品的專用產(chǎn)品。使產(chǎn)品能夠更大幅度的適應市場和增強市場競爭能力。
(4)燃料種類的適應性強
該設(shè)備可采用煤(各種質(zhì)量的煤均可)、燃油(重油或輕油)、天然氣等作為生產(chǎn)供熱的燃料，也可利用溫度達到300—1000℃之間的熱煙氣或廢氣作為熱源。
(5)設(shè)備功能性強
主設(shè)備混燒窯同時具備烘干(對含附著水5%一1 5%的原料烘干)、煅燒(根據(jù)需要，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，煅燒出不同相比例的各類石膏粉產(chǎn)品)、冷卻(對出煅燒帶的物料進行一定程度的冷卻，使出料的料溫低于100℃，一般無冷卻裝置的設(shè)備出料的料溫一般在140℃)等功能，簡化了生產(chǎn)工序、節(jié)省了設(shè)備投資。
(6)產(chǎn)品粉磨
脫硫石膏由于細度細(可達180～250目)，而大多建筑石膏產(chǎn)品的應用細度也僅為120目，因此對脫硫石膏的粉磨工序一直存著爭議。脫硫石膏由于是化學合成，合成前的主要原料一碳酸鈣細度為200目左右，合成后形成的石膏顆粒經(jīng)粒度分析，其粒度一般在30～80微米，相對比較集中，因此煅燒后的產(chǎn)品不能形成有莉的顆粒級配，對后續(xù)應用效果產(chǎn)生很大的影響，具體試驗見表1。
由上表中試驗數(shù)據(jù)可以看出，利用脫硫石膏生產(chǎn)的各類產(chǎn)品，可以根據(jù)產(chǎn)品的種類和用途決定是否采用粉磨設(shè)備，但不論何種產(chǎn)品，粉磨均有利于產(chǎn)品的應用。
1.5混燒法生產(chǎn)的石膏產(chǎn)品種類及性能參數(shù)
采用泥燒法通過對煅燒過程工藝參數(shù)的調(diào)整，可穩(wěn)定的生產(chǎn)多種性能指標差異較大的石膏產(chǎn)品。以下是采用脫硫石膏為原料，采用混燒工藝和設(shè)備生產(chǎn)的部分具有代表性的產(chǎn)品種類。原料的分析檢測數(shù)據(jù)和石膏產(chǎn)品性能指標見表2、表3。
以上產(chǎn)品中，產(chǎn)品1、2、3為直接通過工藝參數(shù)的調(diào)整而得到的，粉刷石膏產(chǎn)品和陶瓷模具石膏產(chǎn)品為利用煅燒得到的產(chǎn)品配制而成，由上表中的數(shù)據(jù)可以看出，通過該套工藝技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)的各類產(chǎn)品，性能指標均遠優(yōu)于標準的要求和天然石膏的同類產(chǎn)品。
產(chǎn)品能夠適應于市場中各類產(chǎn)制品對其性能的要求，產(chǎn)品具有很高的質(zhì)量指標和很強的市場競爭能力。
2結(jié)論
混燒法是實現(xiàn)脫硫石膏產(chǎn)業(yè)化應用的一種合適的、有效的生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備，該工藝技術(shù)和設(shè)備能夠適應脫硫石膏的特性，能夠充分利用脫硫石膏的優(yōu)勢，生產(chǎn)適合市場要求的各類石膏產(chǎn)制品。該套工藝和設(shè)備能耗低、生產(chǎn)規(guī)模大、設(shè)備功能性強，生產(chǎn)線工藝簡單、操作簡便，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能優(yōu)良。是能夠充分利用脫硫石膏資源的一種有效的產(chǎn)業(yè)化工藝技術(shù)和設(shè)備。
