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石膏粉煅燒工藝與設(shè)備的發(fā)展分析
王立明
(寧夏博得石膏研究院 寧夏銀川)
摘要：本文主要根據(jù)近年來石膏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中原料、熱源、政策、產(chǎn)品應(yīng)用等方面呈現(xiàn)的新的特點，詳細介紹了目前石膏煅燒工藝設(shè)備類型現(xiàn)狀及特點，進一步對石膏煅燒工藝及設(shè)備的發(fā)展方向和發(fā)展要求進行了分析闡述。
關(guān)鍵詞：石膏產(chǎn)業(yè)新特點 煅燒工藝 煅燒設(shè)備 一步法 二步法 發(fā)展要求
隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們對居住環(huán)境及要求不斷提高，石膏材料作為墻體材料、裝飾裝修材料、功能性材料等大量應(yīng)用于人們的日常生活中;紙面石膏板、石膏砌塊、石膏條板、抹灰石膏、石膏膩子、粘貼石膏、石膏線條、石膏裝飾板、石膏吊頂板、石膏模盒、石膏浮雕、自流平石膏、GRG、石膏裝配式建筑等成為人們生活中經(jīng)常見到或用到的材料。作為一種重要的工業(yè)或功能性材料，水泥緩凝劑、陶瓷模具、工業(yè)模具、齒科石膏、繃帶石膏、精密鑄造、工藝美術(shù)石膏、玩具石膏、石膏晶須、硫酸鈣抗靜電地板、特種地板、3D打印、食用添加劑、工業(yè)填料等方面也成為石膏的主要用途。
石膏建材的快速發(fā)展與配套的工藝技術(shù)設(shè)備和原材料的發(fā)展變化密切相關(guān)。大量副產(chǎn)石膏尤其是脫硫石膏及磷石膏的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的石膏資源分布格局，使國內(nèi)天然石膏資源匱乏的地區(qū)具有了發(fā)展石膏建材的基礎(chǔ)條件，近年來環(huán)保政策的加持進一步推動了石膏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也為石膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了新的要求;
一、石膏產(chǎn)業(yè)的新特點
隨著近年來國家各類政策的調(diào)整及市場需求的變化，石膏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀發(fā)生了較大的變化，這些變化對石膏的生產(chǎn)工藝技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)生著較大的影響，也是石膏煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備發(fā)展中面對的主要問題。
1、原料特點
由于天然石膏的禁采及工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用，國家環(huán)保政策加持的推動，工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石膏成為支撐石膏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原材料，形成了新的石膏資源分布及發(fā)展格局。
副產(chǎn)石膏不同于天然石膏，因其產(chǎn)生的條件不同、控制要求不一，形成了類別較多、特性差異較大的各類副產(chǎn)石膏。我國副產(chǎn)石膏總體呈現(xiàn)總量大、種類多、品質(zhì)差異大的特點。目前主要有脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、氟石膏、檸檬酸石膏、乳酸石膏、鹽石膏、廢酸石膏等等。副產(chǎn)石膏總體上呈現(xiàn)如下特點：
1)附著水含量較高，一般在10-40%，大多集中在10-20%;
2)細度高，比表面積大，晶體形態(tài)各異;
3)成分復(fù)雜，多具有自身生成工藝所賦予的特性(酸性、各類雜質(zhì)成分等);
4)品質(zhì)及可用性差異較大，影響因素各不相同(純度、附著水、酸堿性、有害雜質(zhì)、粒度或比表面積、穩(wěn)定性等);
由于環(huán)保要求的提高及資源化應(yīng)用要求，各類副產(chǎn)石膏的品質(zhì)得到了一定的提高，但仍然有較多的副產(chǎn)石膏與應(yīng)用要求具有較大的差距。
2、燃料特點
煤是石膏生產(chǎn)中*常用也是成本*低的燃料，但隨著國家對硫排放等環(huán)保指標(biāo)的管控，燃煤項目在很多地區(qū)已經(jīng)屬于禁止的項目。隨著碳排放、碳中和等政策的實施，燃料或熱源的選擇將更為直接的影響生產(chǎn)項目本身及發(fā)展。燃料的類型對生產(chǎn)工藝及設(shè)備、生產(chǎn)成本等會產(chǎn)生*為直接的影響。
石膏粉煅燒也逐漸由燃煤工藝向蒸汽煅燒、天然氣煅燒等工藝轉(zhuǎn)變，形成了目前的燃煤煅燒工藝逐步改造，天然氣煅燒工藝、蒸汽煅燒工藝逐漸成為發(fā)展主體的生產(chǎn)煅燒方式。燃煤和天然氣煅燒均為燃料燃燒后熱量直接供給，利用溫度差形成的顯熱換熱，為一次熱源，為高溫?zé)煔庳搲哼\行換熱后凈化排放。不同之處為兩種燃料在穩(wěn)定性(燃料供給、燃燒過程、熱量等)、燃盡率、環(huán)保處理(硫及粉塵排放)、自動化等方面有著很大的不同，天然氣在以上方面遠遠高于燃煤系統(tǒng)。
蒸汽煅燒工藝為二次熱源換熱，其換熱介質(zhì)為不同壓力和溫度的飽和或過熱蒸汽，釋放的熱量主體為蒸汽的相變熱，利用的是潛熱換熱，換熱系統(tǒng)為正壓運行，換熱后的冷凝水為飽和壓冷凝水，具有二次氣化的特點。蒸汽煅燒系統(tǒng)具有熱釋放的主動性(有換熱條件才釋放熱量，有換熱條件才會熱釋放或熱損失)，因此，熱利用率一般更高。蒸汽煅燒系統(tǒng)供熱更為穩(wěn)定，在**合適的換熱條件(熱傳遞及相變)下熱效率更高，具有很強的環(huán)保、節(jié)能和自動控制的優(yōu)勢;但蒸汽煅燒系統(tǒng)與煙氣(煤、天然氣)煅燒系統(tǒng)相比較，設(shè)備系統(tǒng)一般更為復(fù)雜，投資更高。
3、政策因素
由于環(huán)保政策等的推動，各地相繼出臺了一系列綜廢利用的政策，對副產(chǎn)石膏的應(yīng)用起到了很強的推動作用，尤其是產(chǎn)生量較大的磷石膏，政策的推動更是功不可沒。因此，近年來副產(chǎn)石膏利用率的快速提高，與環(huán)保政策的調(diào)整有著直接的關(guān)系。
同時，由于環(huán)保政策對燃煤和硫排放的限制，對石膏產(chǎn)業(yè)發(fā)展又帶來了更大的沖擊。原有的石膏生產(chǎn)項目多以煤為燃料，尤其是發(fā)展較快的脫硫石膏深加工，多處于環(huán)保嚴(yán)控區(qū)域，面對新的環(huán)保要求，必然面臨煤改氣或關(guān)停改建等要求。
節(jié)能要求、能耗雙控、碳排放等一系列新政策的實施，對于項目實施提出了新的要求，項目的能耗指標(biāo)不再僅僅是影響生產(chǎn)成本的一個指標(biāo)，而是會影響到項目生存的指標(biāo)。石膏生產(chǎn)能耗是傳統(tǒng)膠凝材料里面*低的，這為石膏材料在后續(xù)因能耗控制及碳排放的實施帶來了機遇，但各類石膏工藝技術(shù)及設(shè)備能耗也具有較大差異，所采用的工藝技術(shù)及設(shè)備能耗也必須符合越來越嚴(yán)的各行業(yè)能耗標(biāo)準(zhǔn)的控制要求。隨著與能源相關(guān)政策的深入實施，能耗指標(biāo)必將對項目建設(shè)及運行起著更為重要的影響。
環(huán)保控制和能耗控制對石膏的生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備、生產(chǎn)成本都會產(chǎn)生直接的影響，符合政策發(fā)展的技術(shù)和設(shè)備才能在后續(xù)發(fā)展中存在下去，項目才不會建設(shè)完成后再受各類政策的限制。
4、產(chǎn)品要求
產(chǎn)品是生產(chǎn)線的*終目的，不論是何種原料、選擇什么樣的工藝設(shè)備和控制方式，*終的目的都是得到性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定、市場認可、具有競爭力的產(chǎn)品。因此，產(chǎn)品要求是生產(chǎn)線的**要求，也是檢驗工藝、技術(shù)、設(shè)備是否先進的*主要指標(biāo)。
按照產(chǎn)品后續(xù)用途，主要分為以下幾個部分：
1)石膏砂漿類產(chǎn)品
是目前發(fā)展速度*快，市場認可度*高后續(xù)潛力*大的產(chǎn)品之一。石膏砂漿產(chǎn)品是以石膏粉為基料，添加其它骨料、配合料及外加劑混合而成的材料。
石膏粉作為主要成分，其性能指標(biāo)和穩(wěn)定性直接影響配置砂漿的性能和外加劑配方，因此對石膏粉質(zhì)量穩(wěn)定性及性能指標(biāo)均有較多的要求，如三相組成、煅燒工藝(慢燒工藝)、凝結(jié)時間(盡可能長)、強度(盡可能高)，尤其是質(zhì)量穩(wěn)定性。
2)石膏制品類產(chǎn)品 石膏制品類產(chǎn)品一般均是利用石膏漿體澆注而成，為了提高生產(chǎn)效率，一般對石膏粉要求為高強快凝，在凝結(jié)時間的要求方面與砂漿類產(chǎn)品正好相反。對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性要求取決于制品的自動化程度，自動化越高的制品生產(chǎn)線，對質(zhì)量穩(wěn)定性要求越高，因此，產(chǎn)品的三相要求、凝結(jié)時間要求、煅燒工藝要求需要符合制品的應(yīng)用性能要求。
3)石膏粉類產(chǎn)品 主要指煅燒后的石膏粉產(chǎn)品的直接應(yīng)用。該類用途因類別較多，性能要求各有差異，產(chǎn)品性能主要依賴于煅燒工藝的調(diào)整來實現(xiàn)，因此對原料要求和煅燒工藝要求較高，煅燒工藝及設(shè)備調(diào)整能力要求較強。
二、石膏粉煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備類型
1、目前石膏煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備現(xiàn)狀
國內(nèi)石膏行業(yè)工藝技術(shù)及裝備經(jīng)過多年來眾多技術(shù)單位的不斷研究、引進、消化吸收，并伴隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策、市場發(fā)展、原料變化、環(huán)保政策等的發(fā)展變化，逐步形成一批適宜石膏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)裝備;也因為石膏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展所帶來的機遇和經(jīng)濟效益，各類設(shè)備單位爭相擁入石膏行業(yè)，不斷推出各類石膏生產(chǎn)設(shè)備，形成了百花齊放，百家爭鳴的表面繁盛現(xiàn)狀;在此過程中，給石膏行業(yè)帶來發(fā)展活力的同時也帶來很多隱患，部分僅以短期經(jīng)濟效益為主的“技術(shù)或設(shè)備”單位給行業(yè)發(fā)展帶來了很大的不利影響。沒有長期的技術(shù)積累、不做基礎(chǔ)研究、不考慮長期發(fā)展、套用一套設(shè)備圖紙就可以向行業(yè)提供設(shè)備及技術(shù)的單位層出不窮;采用低價低投資誤導(dǎo)和迎合企業(yè)的惡性競爭成為項目競爭中的常見模式;長期的低價競爭模式引導(dǎo)技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展走向了迎合市場的低價需求而不是向高性能、高質(zhì)量的**技術(shù)及設(shè)備發(fā)展;行業(yè)部分用戶在項目建設(shè)時只重視設(shè)備選擇(甚至只重視設(shè)備價格)、不重視系統(tǒng)性技術(shù)支撐的選擇，甚至都不需要技術(shù)和設(shè)計單位的介入(節(jié)省費用);導(dǎo)致出現(xiàn)了大量的不達產(chǎn)、不達標(biāo)，甚至失敗的項目，對行業(yè)及技術(shù)的發(fā)展形成了不利的影響。國內(nèi)石膏技術(shù)雖然經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進步，部分技術(shù)設(shè)備也較先進和成熟，但由于行業(yè)環(huán)境及利益競爭，各技術(shù)及設(shè)備單位一直處于適應(yīng)市場需求，而不是根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求不斷升級設(shè)備及技術(shù)等級，生產(chǎn)線設(shè)計配置也不是按照有利于生產(chǎn)、有利于產(chǎn)品等要求，而是在項目競爭與技術(shù)**之間進行平衡，甚至以利于降低價格、利于項目競爭進行方案設(shè)計;造成很多生產(chǎn)線運行不穩(wěn)定、維修率高、環(huán)保不斷技改、能耗指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)等等問題。
2、主要的石膏煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備類型及特點
副產(chǎn)石膏因其與天然石膏不同的物料狀態(tài)(附著水含量不同、粒度不同)，原有的天然石膏生產(chǎn)工藝分類(先燒后磨、先磨后燒、燒磨一體)與副產(chǎn)石膏產(chǎn)生了較大差異，不再適宜于副產(chǎn)石膏。根據(jù)副產(chǎn)石膏原料特性及不同煅燒設(shè)備的運行機理和條件，逐步形成了目前副產(chǎn)石膏的主要工藝類型。主要分為兩種，二步法工藝和一步法工藝。兩種工藝類型的主要區(qū)別在于對原料附著水的烘干與烘干后的煅燒是在一個設(shè)備內(nèi)分段連續(xù)完成還是在兩個獨立的設(shè)備內(nèi)分段完成。
1)二步法工藝特點
二步法工藝是指副產(chǎn)石膏原料的烘干與煅燒分別采用兩個不同的設(shè)備分段完成。二步法工藝的形成主要受到兩個因素的影響：副產(chǎn)石膏含有較高的附著水;流化煅燒技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用;流化煅燒技術(shù)及設(shè)備對原料附著水有著特定的要求，如要求進料附著水必須小于2%，避免較高附著水影響流化狀態(tài)，因此但凡采用流化煅燒技術(shù)及設(shè)備就必須采用另行烘干的二步法工藝。目前石膏行業(yè)較為常見的流化煅燒設(shè)備為沸騰爐，因此兩步法工藝目前主要以沸騰爐為煅燒設(shè)備并配套不同的烘干設(shè)備。
二步法煅燒工藝的主要特點：
⑴二步法把原料附著水烘干單獨在一個設(shè)備內(nèi)完成，可以適應(yīng)部分高含水(15%-25%)的原料，可以根據(jù)原料附著水的含量靈活設(shè)計烘干設(shè)備參數(shù)和形式;
?、茖τ诟吆囊?guī)模的生產(chǎn)線，二步法可以合理匹配設(shè)備外形尺寸，降低設(shè)備附屬成本(大設(shè)備運輸、吊裝等);
?、嵌椒ň哂休^高的煅燒能耗，副產(chǎn)石膏的生產(chǎn)能耗主要由原料升溫需熱、附著水脫水需熱、結(jié)晶水脫水需熱、系統(tǒng)散熱、尾氣攜帶熱量等組成。二步法工藝中，烘干和煅燒分步完成，烘干物料升溫后再降溫，進入煅燒設(shè)備再升溫，會提高物料升溫所需熱量;換熱系統(tǒng)由烘干及煅燒兩部分組成，系統(tǒng)更為復(fù)雜，漏風(fēng)系數(shù)增加，散熱面增加，會增加熱量消耗;烘干和煅燒設(shè)備分別排出尾氣和收塵，尾氣攜帶熱量增加，熱耗增加;二步法工藝蒸汽消耗一般在550-700公斤/噸產(chǎn)品;
?、? 以流化煅燒為主的二步法工藝對烘干要求較高，物料烘干后的附著水含量必須小于2%，否則會影響煅燒系統(tǒng)的運行;且烘干物料中細度也有一定的要求，一般對烘干物料需要打散，避免粒度不合格導(dǎo)致運行中頻繁排渣;
⑸二步法烘干煅燒系統(tǒng)設(shè)備配置多，控制參數(shù)多，烘干與煅燒的相互影響更大，系統(tǒng)更為復(fù)雜;流化煅燒設(shè)備對蒸汽壓力溫度要求更高;
2)二步法工藝的主要設(shè)備配置
目前二步法工藝主要采用流化煅燒機(沸騰爐)為煅燒設(shè)備，因流化煅燒機為了**物料流化效果，對喂入物料的水分有嚴(yán)格要求，一般需要物料水分小于2%以下，否則影響物料的流化效果從而影響煅燒機的運行。二步法配置的烘干設(shè)備類型較多，且各有特點，尤其是煙氣(燃煤、燃氣)二步法烘干設(shè)備類型更多，差異更大，各家各有特點。在此主要對目前蒸汽二步法工藝中主要的幾種設(shè)備配置類型特點分析如下：
?、?槳葉烘干機+流化煅燒機(沸騰爐)
烘干設(shè)備采用槳葉烘干機，煅燒設(shè)備采用蒸汽沸騰爐。槳葉烘干機是一種以熱傳導(dǎo)為主的攪拌型連續(xù)干燥設(shè)備，適合顆粒狀及粉末狀物料的干燥。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，所需空間小;換熱效率較高，但設(shè)備換熱面積一般較小，產(chǎn)能較低，雙軸槳葉烘干機換熱面積多在100平米以內(nèi);設(shè)備運行時，中空軸帶動空心攪拌葉對物料進行攪拌換熱，同時承受蒸汽壓力，因此，空心軸及攪拌葉受力易損，維護量較大。
?、?蒸汽管束干燥機+流化煅燒機(沸騰爐)
蒸汽管束干燥機是化工行業(yè)較為常用的一種蒸汽烘干設(shè)備，主要由管束換熱器、傳導(dǎo)系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和殼體組成。管束換熱器在傳動系統(tǒng)的帶動下在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，與殼體內(nèi)的物料進行換熱并攪動物料運動，殼體不隨管束轉(zhuǎn)動。因管束兩端軸承支撐距離長(8-12米)，自重大，運行阻力大，對兩端軸功率要求較高，易引起軸端斷裂;因設(shè)備內(nèi)部管網(wǎng)布置密度高，可以設(shè)置較大的換熱面積，但如果出現(xiàn)粘管等現(xiàn)象，對設(shè)備運行影響大，檢修難度大，不適合粘性物料。換熱面積設(shè)計較大，適合較大規(guī)模的產(chǎn)能，但由于管束軸距有限，限制了設(shè)備更大的產(chǎn)能設(shè)計，在石膏行業(yè)多用于年產(chǎn)15萬噸以內(nèi)的生產(chǎn)線烘干。
?、?蒸汽換熱后的熱風(fēng)烘干設(shè)備+流化煅燒機(沸騰爐)
該類烘干設(shè)備主要利用蒸汽換熱器將空氣加熱為200度左右的熱風(fēng)，利用筒式烘干機對物料進行烘干。該類烘干設(shè)備一般結(jié)構(gòu)簡單，烘干設(shè)備成本相對較低(烘干機結(jié)構(gòu)簡單，蒸汽換熱器僅考慮空氣換熱，不接觸物料，結(jié)構(gòu)簡單)。但由于烘干設(shè)備采用了熱源二次轉(zhuǎn)換(蒸汽換熱形成熱風(fēng)、熱風(fēng)與物料換熱)，熱效率低，熱損耗大;且因溫度低，空氣對熱量攜帶能力有限，需要的熱風(fēng)量大，導(dǎo)致系統(tǒng)收塵負荷大，電耗增加較多。因此，該方式結(jié)構(gòu)簡單，但蒸汽消耗量大，生產(chǎn)運行成本遠高于其它蒸汽烘干換熱的方式。
?、?蒸汽管式干燥機(蒸汽回轉(zhuǎn)窯)+流化煅燒機(沸騰爐)
蒸汽管式干燥機是間接換熱方式旋轉(zhuǎn)干燥機的代表，也稱為蒸汽列管傳導(dǎo)加熱干燥機或蒸汽回轉(zhuǎn)窯。設(shè)備主要由筒體、換熱管網(wǎng)、蒸汽分配室、汽軸、支撐系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)組成。設(shè)備運行時利用固定于筒體內(nèi)的多層蒸汽換熱管網(wǎng)與物料接觸的傳導(dǎo)換熱方式對物料進行烘干，物料按照筒體安裝斜度由進料端向出料端運動。由于管網(wǎng)與筒體一起旋轉(zhuǎn)，管網(wǎng)除承壓外，不受其它外力，不易損壞;物料在設(shè)備內(nèi)因斜度和窯體旋轉(zhuǎn)順序運動(排隊向前運動，**換熱時間一致性)。窯體內(nèi)根據(jù)需要分為多個倉，調(diào)整物料運行速度并加強每段物料混合效果，調(diào)節(jié)原料水分波動的影響，對原料水分適應(yīng)性強。因管網(wǎng)固定在筒體上，該類設(shè)備可根據(jù)需要設(shè)置較大的換熱面積(換熱面積可設(shè)計到幾千平米)，適合大規(guī)模生產(chǎn)線物料烘干。目前二步法年產(chǎn)15萬噸以上生產(chǎn)線基本均采用蒸汽回轉(zhuǎn)窯為烘干設(shè)備;
3)一步法工藝及設(shè)備特點
一步法工藝是把原料附著水烘干與結(jié)晶水煅燒兩個過程集成在一個設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成，在一個設(shè)備內(nèi)連續(xù)完成石膏升溫、烘干、繼續(xù)升溫、煅燒為半水石膏等過程，溫度變化過程為一個連續(xù)升溫換熱的過程。一步法工藝形成的條件：設(shè)備能夠集成烘干和煅燒兩種功能，設(shè)備對原料附著水沒有特定的要求，煅燒過程物料為常態(tài)接觸換熱;一步法目前采用的主要設(shè)備為管式煅燒窯，設(shè)備長度較長，在長度方向上分為多個倉，分別完成烘干和煅燒功能，換熱過程主要以管網(wǎng)和物料接觸的傳導(dǎo)換熱為主，物料不需要流態(tài)化，物料因窯體斜度和旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整換熱時間，物料在窯體內(nèi)因管網(wǎng)攪拌、分倉混合、“按順序運動”達到換熱的一致性和均勻性。
管式煅燒窯既可作為烘干設(shè)備應(yīng)用、也可作為煅燒設(shè)備應(yīng)用，同時可作為烘干煅燒一體化設(shè)備應(yīng)用;蒸汽管式煅燒窯可以根據(jù)應(yīng)用條件和規(guī)模要求合理設(shè)計換熱面積及設(shè)備參數(shù)，對附著水和原料粒度適應(yīng)范圍寬 。
4)一步法的工藝及設(shè)備特點：
?、艑⒑娓珊挽褵稍谝粋€設(shè)備內(nèi)完成，工藝配置簡單，減少兩個過程分段執(zhí)行的銜接設(shè)備及指標(biāo)控制，簡化了工藝和質(zhì)量影響因素;
?、颇芎牡? 物料烘干后繼續(xù)升溫完成煅燒，中間無物料降溫后再次升溫的熱耗;設(shè)備集成后散熱面小，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)少，熱損失小;尾氣系統(tǒng)簡單，尾氣量小，可合理的控制尾氣溫度(尾氣溫度100-120度)，熱損耗減小;蒸汽一步法工藝煅燒蒸汽消耗一般為500-550公斤/噸產(chǎn)品左右;
?、菍φ羝蟮?，一般蒸汽壓力大于0.8MPa,溫度大于200度即可作為一步法烘干煅燒的熱源。對原料適應(yīng)性強，原料附著水含量小于20%，粒度小于15mm的原料可直接進行烘干煅燒，不需預(yù)烘干和打散處理;
?、任锪响褵^程參數(shù)易于控制，物料煅燒時間(從進料到出料時間)一致性強(排隊通過);煅燒時間可調(diào)性強(窯體斜度、窯體轉(zhuǎn)數(shù)、導(dǎo)料板結(jié)構(gòu));煅燒均勻性好(物料煅燒過程一直處于翻騰攪拌，并有多個分倉混合過程);
?、纱笠?guī)模產(chǎn)能時，設(shè)備外形較大，設(shè)備運輸、吊裝不方便，占地較大;設(shè)備集成了烘干和煅燒兩個工序，設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制作要求高;
5)兩種煅燒設(shè)備的主要特點對比
目前蒸汽為熱源的石膏煅燒系統(tǒng)中，煅燒設(shè)備有兩種類型：流態(tài)化煅燒機(沸騰爐)和蒸汽管式煅燒窯，兩類設(shè)備的主要特點對比如下：
?、艙Q熱形式和物料換熱狀態(tài) 兩種設(shè)備均是以間接換熱為主;但沸騰爐內(nèi)為流態(tài)化煅燒和運行;蒸汽管式煅燒窯內(nèi)為自然或攪拌接觸換熱，不需要流態(tài)化;
?、乒に囶愋? 沸騰爐只能適應(yīng)二步法工藝，只能作為煅燒設(shè)備應(yīng)用;蒸汽管式煅燒窯即可適用于兩步法工藝，在二步法工藝中既可作為烘干設(shè)備，也可作為煅燒設(shè)備，同時也可適用于一步法工藝，作為烘干煅燒一體化設(shè)備應(yīng)用;
?、菍υ弦?沸騰爐對喂入原料的附著水含量、粒度均有較嚴(yán)格的控制要求;蒸汽管式煅燒窯對喂入原料的附著水和粒度適應(yīng)范圍寬，沒有嚴(yán)格控制要求;
⑷設(shè)備形式 沸騰爐為立式煅燒設(shè)備，高度要求高，占地面積小;蒸汽管式煅燒窯為臥式設(shè)備，長度長，占地面積要求大;
6)質(zhì)量控制與工藝及設(shè)備
原料的品質(zhì)是影響產(chǎn)品性能的主要因素，原料各成分的穩(wěn)定性是影響質(zhì)量穩(wěn)定性的主要因素，原料穩(wěn)定性在工藝配置上可以通過原料均化解決，煅燒設(shè)備是一個換熱設(shè)備，任何煅燒設(shè)備都不能解決原料不穩(wěn)定帶來的質(zhì)量不穩(wěn)定問題。
工藝及設(shè)備是除原料外影響產(chǎn)品質(zhì)量的*主要因素。產(chǎn)品性能主要由工藝過程中的煅燒控制如煅燒溫度、煅燒時間、煅燒相比例控制(不是陳化后的相比例)、陳化、粉磨等參數(shù)控制。同原料條件下不論何種煅燒設(shè)備，只要**了以上煅燒控制的參數(shù)，就可以**合理的性能指標(biāo)。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性主要決定于工藝運行的穩(wěn)定性(喂料穩(wěn)定、供熱穩(wěn)定、配風(fēng)穩(wěn)定、控制穩(wěn)定)、設(shè)備換熱均勻性(主要由設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理決定)、煅燒時間的一致性性、陳化時間的一致性、粉磨細度的一致性等;喂料均勻穩(wěn)定和供熱均勻穩(wěn)定是形成煅燒過程熱平衡的主要條件，也是導(dǎo)致波動的主要原因，在需要的出料溫度下形成熱平衡且一直持續(xù)該狀態(tài)，煅燒就會達到就好的穩(wěn)定性，破壞平衡就是不穩(wěn)定的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)中所有控制都是以維持煅燒過程的熱交換平衡為目的的。均化、陳化等工序都是彌補煅燒過程控制不穩(wěn)定的措施。因此，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的主要影響因素不是取決于烘干和煅燒是一步完成還是二步完成，而是換熱均勻性和控制穩(wěn)定性。同等條件下，蒸汽供熱及天然氣供熱系統(tǒng)穩(wěn)定性高于燃煤系統(tǒng)，采用燃氣和蒸汽的煅燒系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性一般高于燃煤系統(tǒng)。
三、石膏煅燒工藝及設(shè)備技術(shù)的發(fā)展要求分析
隨著近年來石膏應(yīng)用市場的快速拓展、環(huán)保及綜廢利用政策的推動等，石膏行業(yè)得到了較高的發(fā)展速度和產(chǎn)業(yè)擴充，石膏生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備也得到了快速的發(fā)展，尤其是在規(guī)?；⒆詣踊?、環(huán)保、節(jié)能、質(zhì)量控制等方面得到了較大的提升，形成了一批較為專業(yè)的工藝技術(shù)及設(shè)備。同時，也因為我國石膏產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展時間短，市場需求的低價導(dǎo)向，原料及產(chǎn)品類別多，市場需求情況復(fù)雜等因素的制約，石膏生產(chǎn)工藝技術(shù)及設(shè)備與快速變化的各類要求(原料、燃料、政策、市場、產(chǎn)品等)存在較大距離，石膏生產(chǎn)工藝技術(shù)及設(shè)備的后續(xù)發(fā)展和研發(fā)，必須與各類要求尤其是政策要求和市場條件縮小差距，才能**行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和投資的合理回報，避免政策調(diào)整的影響如煤改汽(氣)的重建等諸如此類的損失。
根據(jù)現(xiàn)有石膏煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備特點，結(jié)合各類條件變化，石膏生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備將由能用(基本可以實現(xiàn)基本生產(chǎn)要求如產(chǎn)能、燃料、質(zhì)量基本要求)向高性能技術(shù)及設(shè)備發(fā)展，石膏煅燒工藝技術(shù)及設(shè)備就必須滿足如下要求：
1)規(guī)?；?、自動化、智能化生產(chǎn)要求
行業(yè)的發(fā)展對石膏規(guī)?；a(chǎn)提出了更高的要求，石膏單機產(chǎn)能有原來的10萬噸以下逐步過渡到了以10-30萬噸為主，產(chǎn)品由適合多用戶要求逐步向單一用戶要求過渡，為規(guī)?；纳a(chǎn)模式奠定了基礎(chǔ)。規(guī)?；a(chǎn)線也對生產(chǎn)配置提出了更多的要求，如合理設(shè)置儲存期、選用高性能產(chǎn)能匹配的配套設(shè)備，避免頻繁停機的質(zhì)量影響及成本升高。
自動化、智能化的生產(chǎn)模式是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，隨著人力成本的升高，用工難等問題的凸顯，質(zhì)量控制要求的提升，自動化及智能化成為有效應(yīng)對的主要方式。同時自動化及智能化系統(tǒng)對投資及設(shè)備配置也提出了更高的要求，選用優(yōu)質(zhì)的配套設(shè)備是對自動化智能化實施的*好保障，設(shè)備配置不合理導(dǎo)致的維護維修對自動化和智能化的實施會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
2)節(jié)能要求
隨著國家節(jié)能政策的調(diào)整、碳排放碳達峰的逐步實施、各地能耗雙控要求的嚴(yán)格監(jiān)管，生產(chǎn)能耗控制成為項目立項的先決條件，也會成為生產(chǎn)后續(xù)監(jiān)管的主要項目，甚至成為地方關(guān)停淘汰項目的主要依據(jù)。根據(jù)建筑石膏生產(chǎn)能耗國家標(biāo)準(zhǔn)，建筑石膏生產(chǎn)能耗1-3級為30/39/43公斤標(biāo)煤/噸產(chǎn)品，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的副產(chǎn)石膏附著水的影響，含水15%的副產(chǎn)石膏，純度90%，蒸汽1.5MPa 220度為條件，目前蒸汽煅燒的實際消耗值約在500-600-700公斤蒸汽/噸產(chǎn)品，單位產(chǎn)品電耗值20度，折合標(biāo)煤值為51.21-60.76-70.71,折算為建筑石膏單位產(chǎn)品可比綜合能耗約為33.83-43-52.35公斤標(biāo)煤/噸產(chǎn)品;即附著水15%，生產(chǎn)過程消耗大于600公斤蒸汽時，生產(chǎn)能耗指標(biāo)已經(jīng)超標(biāo)。能耗要求不達標(biāo)，對項目運行會產(chǎn)生越來越大的影響，對生產(chǎn)成本的 影響更是*直接的。因此，后續(xù)工藝技術(shù)設(shè)備的發(fā)展必須與如何**低能耗銜接，從設(shè)備及工藝上合理的配套節(jié)能措施和設(shè)施。
石膏粉生產(chǎn)過程中對節(jié)能控制的主要因素如下：
(1)原料附著水 原料附著水含量是對生產(chǎn)能耗影響*大*直接的因素，根據(jù)相關(guān)計算，原料附著水每增加1%，會導(dǎo)致能耗增加1.34公斤標(biāo)煤。因此，利用各種方式(副產(chǎn)石膏產(chǎn)生過程的附著水控制、堆放通風(fēng)等)盡可能降低副產(chǎn)石膏附著水，是降低能耗*有效的手段。
(2)生產(chǎn)工藝措施及設(shè)備配置選擇 不同的生產(chǎn)工藝及設(shè)備生產(chǎn)過程中熱效率有著較大的差異，是除原料因素外，對能耗影響*大的因素。不同的工藝對煅燒的要求有一定的差異，如部分設(shè)備因換熱均勻性差異等問題，在煅燒控制時一般會采用適度過燒，以**產(chǎn)品中二水相降到合理的控制比例，并利用過燒形成的Ⅲ型相的轉(zhuǎn)化條件，***終的產(chǎn)品性能及相比例控制要求;該方式相比較在煅燒設(shè)備末端合理控制相比例的煅燒溫度高，生產(chǎn)能耗也就比較高，因此在沒有特定產(chǎn)品性能要求的情況下，盡可能采用合理控制煅燒溫度控制煅燒三相合理比例的方式，能夠從工藝控制上降低煅燒能耗。工藝設(shè)備配置上盡可能采用熱利用效率高的熱工設(shè)備，減少工藝中的各類熱損失如減少散熱面積、減少不需要的降溫過程、加強保溫措施、配置高質(zhì)量的疏水器(減少漏氣率)等;盡可能采用一次熱源(燃料燃燒后的高溫?zé)煔?、蒸汽?換熱，避免采用二次熱源(由一次熱源在此轉(zhuǎn)換的熱源)在轉(zhuǎn)換過程中的熱損失;考慮尾氣溫度合理控制，生產(chǎn)過程中尾氣溫度一般只需要**水氣壓與溫度的合理關(guān)系，**尾氣不結(jié)露、不影響收塵器運行及正常排氣即可，過高的尾氣溫度造成熱量損失;
(3)余熱利用 考慮完備的余熱利用系統(tǒng)，如較高溫度尾氣的利用、蒸汽冷凝水及二次汽的熱量利用、冷卻風(fēng)的利用等。合理的余熱利用可有效的降低生產(chǎn)能耗，尤其是利用余熱盡可能的降低原料附著水含量，是石膏煅燒生產(chǎn)線余熱利用的較為合理的途徑之一，把余熱利用與現(xiàn)有的工藝進行合理銜接是能夠較大幅度降低能耗的措施之一。
3)工藝及設(shè)備對原料的適應(yīng)性、燃料適應(yīng)性
副產(chǎn)石膏替代天然石膏成為石膏產(chǎn)制品生產(chǎn)的主要原材料已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然，副產(chǎn)石膏因產(chǎn)生工藝及條件不同，形成了很多的類別，不同類別甚至同一類別在品質(zhì)、成分組成、雜質(zhì)類別、顆粒形態(tài)、酸堿性、有害成分含量、可用性等方面都有較大的差異。因各類副產(chǎn)石膏的較大差異，在應(yīng)用中不同的副產(chǎn)石膏對工藝和設(shè)備存在一定的選擇性，工藝及設(shè)備也對原料存在著一定適應(yīng)性，只有針對原料特性選擇合適的工藝和設(shè)備，才能把原料本身的優(yōu)勢發(fā)揮出來，形成與原料性能匹配的產(chǎn)品。
因為國家對燃煤的限制，石膏生產(chǎn)的供熱系統(tǒng)逐步由燃煤體系向更符合環(huán)保要求的燃氣、蒸汽等供熱系統(tǒng)過渡，蒸汽和天然氣供熱系統(tǒng)將成為副產(chǎn)石膏生產(chǎn)的主要供熱方式。適應(yīng)蒸汽和天然氣供熱系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝及設(shè)備也將成為石膏煅燒的常規(guī)技術(shù)和設(shè)備。這與傳統(tǒng)的燃煤供熱有著一定的區(qū)別。相比較而言，蒸汽和天然氣系統(tǒng)供熱更為穩(wěn)定、更為環(huán)保、更易實現(xiàn)自動化控制，利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制和穩(wěn)定**的生產(chǎn)。但對于生產(chǎn)成本，熱耗成本產(chǎn)生了很大的增幅，熱耗成本將占到生產(chǎn)直接成本的40%以上，部分地區(qū)甚至達到70%以上。因此，石膏生產(chǎn)工藝和設(shè)備不是簡單的適應(yīng)和利用新熱源，而是研發(fā)新熱源條件下更高熱利用效率的工藝和設(shè)備，必須考慮到熱耗成本對生產(chǎn)的影響，并將其優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品質(zhì)量、和生產(chǎn)控制優(yōu)勢。
4)環(huán)保要求
高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求已經(jīng)成為目前及以后生產(chǎn)企業(yè)的正常配置，因為環(huán)保要求不達標(biāo)而導(dǎo)致的企業(yè)停產(chǎn)改造甚至關(guān)停，不僅影響企業(yè)的正常運行，還會造成更大的損失。副產(chǎn)石膏相當(dāng)一部分是因為環(huán)保而產(chǎn)生的，副產(chǎn)石膏市場的快速發(fā)展也在享受著環(huán)保帶來的利益，因此，副產(chǎn)石膏生產(chǎn)中可能引起的環(huán)保問題均應(yīng)該得到重視，從工藝及設(shè)備配置上規(guī)范處理。如粉塵、尾氣、水、噪音等，除部分副產(chǎn)石膏生產(chǎn)或處理原料產(chǎn)生的廢水處理難度較大外，其它均有較為成熟的處理方式，只是處理成本和設(shè)施投資的問題。
5)產(chǎn)品要求
石膏煅燒到的半水石膏產(chǎn)品僅僅是一個中間產(chǎn)品，其后續(xù)深加工產(chǎn)品較多，不同的后續(xù)產(chǎn)品對半水石膏性能要求也存在一定的差異，但總體上，主要控制的產(chǎn)品要求包括兩個方面：產(chǎn)品性能指標(biāo)和產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。
產(chǎn)品性能指標(biāo)較多，具體指標(biāo)主要有標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間、強度、細度、三相比例、白度、部分雜質(zhì)含量、吸水率、軟化系數(shù)等;不同的原料條件下，同樣的工藝和設(shè)備，以上指標(biāo)也會產(chǎn)生較大的差異;在同樣的原料條件下，標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間、強度、細度、三相比例等產(chǎn)品指標(biāo)受工藝及設(shè)備影響較大。高溫快燒工藝及直接換熱設(shè)備易導(dǎo)致產(chǎn)品凝結(jié)時間快、二水相或AⅢ相含量高;低溫慢燒工藝及間接換熱設(shè)備易煅燒出凝結(jié)時間長、相比例更易控制的產(chǎn)品;二水相和AⅢ相均會加快凝結(jié)時間，三種主要的組成相對產(chǎn)品會產(chǎn)生不同的影響，不同產(chǎn)品應(yīng)用要求對相組成有不同的要求;*終在生產(chǎn)中會表現(xiàn)在不同的相組成如何通過煅燒工藝及設(shè)備調(diào)整和控制，工藝和設(shè)備如何更好的適應(yīng)煅燒控制要求并實現(xiàn)產(chǎn)品指標(biāo)要求。
產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性隨著石膏煅燒生產(chǎn)線的規(guī)?；⒑罄m(xù)應(yīng)用的規(guī)?；⒆詣踊刂?、產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升變得尤為重要。質(zhì)量穩(wěn)定性主要的兩個影響因素：原料的穩(wěn)定性和煅燒過程控制。原料穩(wěn)定性是影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的*直接因素，可以通過對原料產(chǎn)生端的控制解決或根據(jù)原料實際情況進行原料均化處理。在生產(chǎn)中，工藝控制參數(shù)不可能隨原料波動進行頻繁調(diào)整，對不穩(wěn)定的原料，沒有均化等措施配套，很難**后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
煅燒工藝及設(shè)備對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在工藝控制的穩(wěn)定性和設(shè)備換熱的均勻性。煅燒過程對各種工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制如均勻穩(wěn)定的喂料、均勻穩(wěn)定的供熱、煅燒設(shè)備的穩(wěn)定連續(xù)運行、煅燒溫度及時間的穩(wěn)定控制等均是**產(chǎn)品穩(wěn)定性的主要參數(shù)。物料相對均一的換熱時間、物料的均勻受熱、設(shè)備內(nèi)均勻合理的溫度場等是設(shè)備**煅燒穩(wěn)定性的基本要求。
隨著行業(yè)發(fā)展中各類因素的影響，發(fā)展要求快速提高，對石膏粉生產(chǎn)工藝及設(shè)備提出了更多新的要求，要適應(yīng)新的要求和變化，不僅僅是技術(shù)上不斷完善，更重要是樹立合理的項目導(dǎo)向，引導(dǎo)項目科學(xué)合理的比較方案投資而不是簡單比價，考慮投資對發(fā)展要求的符合性而不是擦邊球項目。以上適合后續(xù)發(fā)展要求的技術(shù)及設(shè)備配置均需要合理的投資支撐，在不斷控制投資的技術(shù)方案中，*先省掉的就是能滿足以上發(fā)展要求的配置系統(tǒng)，其結(jié)果必然是只滿足目前生產(chǎn)要求或基本生產(chǎn)或產(chǎn)品要求，在后續(xù)的政策監(jiān)管或市場升級中不斷改造或淘汰。
作者單位：寧夏博得石膏設(shè)計研究院
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