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“混燒法”——一種實(shí)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(yīng)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(xì)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(diǎn)介紹，論述了混燒法是能夠適應(yīng)目前國內(nèi)市場需求、有效實(shí)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(xiàn)標(biāo)識碼：B
0引言
脫硫石膏是指來自排煙脫硫工業(yè)，顆粒細(xì)、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(xì)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(xué)反應(yīng)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(diǎn)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(yīng)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(diǎn)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(yùn)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(yùn)行或熱工標(biāo)定及實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中，一般認(rèn)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(qiáng)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(yùn)行工藝技術(shù)上各有特點(diǎn)，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(dǎo)等方式直接對煅燒設(shè)備進(jìn)行加熱，通過設(shè)備鋼板的熱傳遞進(jìn)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(qiáng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)石膏粉規(guī)?；a(chǎn)的主要設(shè)備形式，特點(diǎn)是規(guī)模大、產(chǎn)品穩(wěn)定、機(jī)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(jìn)窯后逐步通過預(yù)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(jìn)行預(yù)熱烘干，利用較低的溫度進(jìn)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(diǎn)
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(diǎn)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(diǎn)，同時利用逆流的熱利用率高、換熱充分，順流的高溫預(yù)熱烘干、提高烘干效率的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。該設(shè)備采用高溫?zé)釤煔鈱褵G烘干帶外體的加熱，使物料在高溫帶迅速的完成預(yù)熱烘干，使含水量高達(dá)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(jìn)人旋管中的熱煙氣的逐步換熱升溫達(dá)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(jìn)行進(jìn)一步的熱交換，由于換熱效率的加大和換熱方式的增加，進(jìn)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(xì)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(yīng)用性能。因此，該工藝方法和設(shè)備能夠適應(yīng)脫硫石膏和其它副產(chǎn)石膏高含水量、高細(xì)度的特點(diǎn)，并且具有適應(yīng)附著水含量范圍寬、原料不采用預(yù)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(diǎn)，是一種針對副產(chǎn)石膏特點(diǎn)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(yù)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(diǎn)
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(diǎn)并針對目前工業(yè)副產(chǎn)石膏的特點(diǎn)而開發(fā)的，該工藝方法主要具有如下的特點(diǎn)：
(1)原料適應(yīng)性廣，對原料要求低，對原料不預(yù)先進(jìn)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(dú)實(shí)現(xiàn)其中的純外燒、純順流以及各種形式混合應(yīng)用后的主次之分，因此，該工藝方法具有很強(qiáng)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(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備適應(yīng)多種原料、生產(chǎn)多種產(chǎn)品的*大利用價值;由于采用了獨(dú)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(yīng)性較寬，能夠適應(yīng)原料附著水在50/0-25%之間的原料均可直接應(yīng)用，而不對原料采用預(yù)烘干及其它的預(yù)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(jī)生產(chǎn)能力達(dá)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(shí)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(yīng)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(yīng)市場和增強(qiáng)市場競爭能力。
(4)燃料種類的適應(yīng)性強(qiáng)
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(dá)到300—1000℃之間的熱煙氣或廢氣作為熱源。
(5)設(shè)備功能性強(qiáng)
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(jìn)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(xì)度細(xì)(可達(dá)180～250目)，而大多建筑石膏產(chǎn)品的應(yīng)用細(xì)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(xué)合成，合成前的主要原料一碳酸鈣細(xì)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(yīng)用效果產(chǎn)生很大的影響，具體試驗(yàn)見表1。
由上表中試驗(yàn)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(yīng)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(biāo)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(biāo)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(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的要求和天然石膏的同類產(chǎn)品。
產(chǎn)品能夠適應(yīng)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(biāo)和很強(qiáng)的市場競爭能力。
2結(jié)論
混燒法是實(shí)現(xiàn)脫硫石膏產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(yīng)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(qiáng)，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。
