一種脫硫石膏氣流煅燒工藝在生產(chǎn)紙面石膏板中的應用

劉永肖 張羽飛 任有歡 李紹冉（北新集團建材股份有限公司，北京 102208）

隨著社會的發(fā)展，電廠廢棄物排煙脫硫石膏的處理已經(jīng)迫在眉睫，利用100%脫硫石膏作為原料生產(chǎn)紙面石膏板，成為石膏板制造業(yè)發(fā)展的趨勢。原有的用天然石膏為原料生產(chǎn)石膏板的工藝已不符合發(fā)展需要，必須提出新的原料生產(chǎn)工藝才能滿足石膏板新的生產(chǎn)要求。脫硫石膏氣流煅燒新工藝就是為了達到此要求而進行的設計開發(fā)項目。

脫硫石膏表面含水量10%～20%[1]甚至更高，造成一次煅燒完成困難，一般工藝為先烘干后煅燒，過程復雜，設備多，控制難度大，能耗高，故本項目關(guān)鍵設備和技術(shù)均采用國內(nèi)相關(guān)建材行業(yè)先進的專用設備，其煅燒工藝是根據(jù)脫硫石膏特性而研發(fā)的專用體系—氣流一次煅燒工藝。此工藝設計適應性強，建設起點高，在生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備以及產(chǎn)品質(zhì)量上都能達到國內(nèi)先進水平。因此，本項目既有高技術(shù)含量，又有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時又節(jié)省投資，符合國家高新技術(shù)投資政策。

1 生產(chǎn)工藝技術(shù)內(nèi)容

脫硫石膏氣流煅燒烘干工藝系統(tǒng)，是一種煅燒質(zhì)量高、且能夠充分利用熱源的氣流脫硫石膏煅燒系統(tǒng)，主要由熱源、原料輸送、物料烘干煅燒、除塵、熱風循環(huán)5 個部分組成。其控制采用全自動化的PLC 控制程序，控制穩(wěn)定，操作簡單，大大節(jié)省了人力資源。

1.1 熱源

本系統(tǒng)中采用沸騰爐燃煤焙燒[2]技術(shù)為整條生產(chǎn)線提供熱量，與以前工藝使用的鏈條爐相比較，沸騰爐對燃料的適應性強，利用率高，燃燒效率高達99%以上，產(chǎn)生的NOx 低；爐體受熱均勻，使用壽命長，燃料制備簡單；操作靈活，爐子升溫快，停爐后再啟動，二、三十分鐘即可滿負荷運行；爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)強，溫度均勻供熱穩(wěn)定，可使烘干機產(chǎn)量提高50%～70%，比其它爐節(jié)煤50%以上，爐渣含碳量小于1%；勞動強度低，易于實現(xiàn)自動化。

沸騰爐對煤顆粒的要求是在10mm 以下，煤粒在爐膛中懸浮燃燒，每公斤煤的著火面積比鏈條爐大得多，沸騰區(qū)溫度在800℃～950℃之間，爐膛相當于一個大的“蓄熱池”，煤粒在爐膛內(nèi)停留時間長，并反復攪動，其傳熱性好，爐內(nèi)熱強度高，是鏈條爐的6～7 倍。由于煤的充分燃燒，從爐渣溢流口出來的爐渣含碳量僅為1%左右。而鏈條爐的爐渣含碳量在35%以上，當炒料工段停止，只供制板車間干燥機使用時，利用率更低。因此沸騰爐能夠很充分的利用資源，為長期發(fā)展節(jié)省了能源[3]。

普通沸騰爐均采用單床設計，這種設計燃燒方式缺點為，爐床在沸騰或流化狀態(tài)才能正常燃燒，保證沸騰或流化狀態(tài)要保持一定鼓風量的配合，造成負荷可調(diào)性差（40%～100%），不適合石膏板生產(chǎn)要求（供熱負荷可調(diào)性至少20%～100%），因此我們經(jīng)過研究，設計采用雙床技術(shù)，可單床獨立供熱（負荷即可在20%～100%調(diào)整），緩解了負荷可調(diào)性差的問題，取長補短，突出了沸騰爐的優(yōu)勢，在節(jié)省能源的情況下，滿足了生產(chǎn)的需要。

現(xiàn)在使用的沸騰爐與往復式鏈條爐比較，以燃燒值5000 大卡的煤為基準，給錘式打散機提供熱量作比較：沸騰爐燃煤量比鏈條爐兩者每年節(jié)約14400t 煤，以600 元/t 煤的價格計算每年可節(jié)約600×14400×40%=345.6 萬元。

1.2 送料儲存及定量取料系統(tǒng)

送料存儲系統(tǒng)所用設備為定量圓盤給料機，用于傳送脫硫石膏及暫時儲存，防止?jié)裾趁摿蚴嘣谳斔蛢Υ孢^程中堵塞系統(tǒng)。

定量圓盤給料機是一種連續(xù)喂料的容積式給料設備，安裝于料倉、筒倉及斗倉等儲存裝置的卸料口，依靠物料的重力作用及給料機工作機構(gòu)的強制作用，將存放倉內(nèi)的物料卸出并連續(xù)均勻地喂入到下一裝置中。當它停止工作時，還可起存藏閉鎖作用，它是連續(xù)生產(chǎn)工藝過程中的關(guān)鍵設備之一。它不易堵料、掛料，可以方便地設置給料量的大小，調(diào)節(jié)方便、調(diào)節(jié)范圍寬，并且可以根據(jù)工藝要求，設有角度可調(diào)節(jié)的刮刀裝置，將物料卸到下一設備上，并對物料起到一定的導向作用。在低頻滿載情況下，能順利啟動、運轉(zhuǎn)，提速平穩(wěn)，這是其他圓盤所無法達到的。

針對脫硫石膏這種粘濕物料，我們采用了大拖動力的雙稱重計量配料皮帶秤作為計量設備，用于定量稱取所述送料儲存系統(tǒng)傳送過來的脫硫石膏原料，并送至錘式打散機，以適應原料和工藝的要求。此皮帶秤精度高，給料穩(wěn)定，易操作，好控制，故障率低，保證了煅燒的穩(wěn)定性。

1.3 物料烘干煅燒

氣流煅燒系統(tǒng)設計的關(guān)鍵就是如何將濕粘的脫硫石膏均勻地分散到熱煙氣之中，同時快速完成干燥煅燒兩步換熱，通過對在水泥等行業(yè)早有應用錘式烘干機進行設計改造，聯(lián)合生產(chǎn)廠家開發(fā)了適合脫硫石膏煅燒的錘式打散機，改進了轉(zhuǎn)子直徑使其適合脫硫石膏較小產(chǎn)量的要求，改進了進出風口設計，使其適合煅燒脫硫石膏需要熱量大的特點，改進了進口耐火層設計，使其適合脫硫石膏煅燒需要煙氣溫度高的特點。

用雙稱重的定量給料機，穩(wěn)定送料，進入錘式打散機，和錘式打散機中的熱煙氣混合，物料被干燥煅燒。在這里所用的供熱系統(tǒng)采用專利技術(shù)的高溫閘板自動控制，來提供物料被煅燒所要的熱量。通過錘式打散機出口溫度來控制錘式打散機內(nèi)物料量所需的熱量。在錘式打散機內(nèi)未充分被煅燒的物料通過后期管道所設計的導流錐，以達到繼續(xù)煅燒的作用，我們稱之為后煅燒裝置，該后煅燒裝置包括：筒體，筒體內(nèi)部的導流錐及沿周向設置有導流板。可以增加煙氣和物料的速度差，從而對脫硫石膏進行進一步均勻和充分的煅燒處理，達到物料煅燒均勻穩(wěn)定的要求，而得到質(zhì)量最優(yōu)的產(chǎn)品。

氣流煅燒所得熟料質(zhì)量良好，穩(wěn)定，煅燒速度快，在高溫氣流中脫硫石膏在3-4s內(nèi)快速脫水，無效成分二水石膏含量2%以下，無水石膏含量5%左右，適合大規(guī)模石膏板工業(yè)生產(chǎn)，達到德國同類先進設備水平，但是建設成本卻得到了極大地控制，節(jié)省了沒有必要的浪費。為保證快速質(zhì)量，還應用了快速水分儀進行及時過程檢驗，確保生產(chǎn)出的熟料最優(yōu)化。

1.4 熱源穩(wěn)定系統(tǒng)

本工藝中，保證脫硫石膏的煅燒質(zhì)量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要通過高溫閘板及回風系統(tǒng)，完成煙氣量及煙氣溫度的控制；通過煙氣流量計和主引風機頻率的自動閉環(huán)控制，完成總體煙氣量的穩(wěn)定控制；通過防堵中間倉的圓盤給料機變頻調(diào)速，皮帶秤雙稱重回路的自動穩(wěn)料系統(tǒng)，完成脫硫石膏的快速精確穩(wěn)定可調(diào)的自動喂料。設計了回風系統(tǒng)，把排放的廢熱煙氣從新配入高溫煙氣，循環(huán)使用，進一步節(jié)省了能源提高了系統(tǒng)熱效率。

1.5 物料收取及改性措施

本工藝系統(tǒng)采用電收塵將脫硫石膏煅燒后產(chǎn)生的建筑石膏粉從煙氣中分離并進行收集。這種剛煅燒出來的建筑石膏粉物料粒徑分布很窄，顆粒多為球形，原始顆粒比表面積小（2000 左右），此時石膏在水中的泌水性很強，造成石膏板生產(chǎn)過程中石膏漿體分層，發(fā)泡劑添加困難等問題。

為解決此問題，本系統(tǒng)在脫硫石膏煅燒后增加熟石膏粉改性設備—球磨機，通過優(yōu)化襯板選型以及調(diào)整磨球級配，增加粒徑分布范圍，使煅燒后的脫硫石膏粒徑分布變寬，1 ～6um 的含量比以往增加了4%～8%，增加石膏顆粒表面缺陷，比表面積增加到4500cm2/g，改善了脫硫石膏泌水性高的缺陷，更適合石膏板生產(chǎn)需要。

1.6 控制系統(tǒng)

整個氣流煅燒系統(tǒng)均采用PLC自動連鎖控制，熟料的合格與否由錘式打散機后煅燒裝置的出口物料溫度來控制，出口溫度可以控制在±1 度以內(nèi)。

出口溫度的高低又由進入錘式打散機熱煙氣的溫度和物料量所決定。進料量增加，煙氣溫度也必須隨之增加。而進口的溫度可以由高溫蝶閥和系統(tǒng)的余熱量來控制。這就形成了一個自動連鎖控制系統(tǒng)，給料量以及溫度控制穩(wěn)定，所煅燒出來的產(chǎn)品穩(wěn)定性高。

2 與當前國內(nèi)外同類技術(shù)比較

本氣流煅燒系統(tǒng)所選設備均為先進、高效率、低能耗的節(jié)能型設備，在同一設備內(nèi)進行干燥和煅燒，既減少了設備，又節(jié)省能耗、節(jié)省投資。所得熟料質(zhì)量良好，穩(wěn)定，煅燒速度快，在高溫氣流中脫硫石膏在3-4s 內(nèi)快速脫水，二水石膏含量1%以下，無水石膏含量5%，適合大規(guī)模石膏板工業(yè)生產(chǎn)。而國外最好的一步煅燒公司承諾無水石膏含量15%以下，能耗：320kcal/kg 熟料，與此相比，我們所用設備達到德國同類設備水平，煅燒石膏的燃料消耗小于285Kcal/kg，干燥石膏板的燃料消耗小于2770 Kcal/ m2，但是建設成本卻得到了極大地控制，節(jié)省了沒有必要的浪費。氣流煅燒工藝不論是在設備投資，還是在生產(chǎn)過程中，均具有先進性，節(jié)省了投資，增加了產(chǎn)量，為石膏板行業(yè)技術(shù)樹立了新坐標。氣流煅燒工藝流程圖如圖1 所示。

3 結(jié)語

脫硫石膏氣流煅燒工藝的設計成功，為使用100%脫硫石膏作為原料生產(chǎn)紙面石膏板創(chuàng)造了一種新的煅燒技術(shù)，此系統(tǒng)投資少，能耗低，為石膏板生產(chǎn)線的前期投資和后期發(fā)展均節(jié)約了資源。整套系統(tǒng)已經(jīng)應用于多條生產(chǎn)線，其經(jīng)濟效益已經(jīng)很明顯的顯示出來。同時，由于此系統(tǒng)的應用，每條年產(chǎn)3000 萬平米的紙面石膏板生產(chǎn)線每年消耗電廠副產(chǎn)物脫硫石膏約25 萬噸，大大緩解了廢物處理壓力，為社會的環(huán)保事業(yè)做出了巨大的貢獻。

圖1 氣流煅燒工藝流程圖

[1]張方，馬彥濤，胡將軍. 國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫石膏的特點利用及處置[J].粉煤灰綜合利用 2003.NO.4

[2] 傅志華.工業(yè)爐熱工及設計[M].長沙，中南大學.1990.10

[3] Joris Koornneef. Development of fluidized bed combustion[J]. Progress in Energy and Combustion Science,Volume 33, Issue 1,February 2007.pages 19-55