一種脫硫石膏氣流煅燒工藝在生產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）

隨著社會的發展，電廠廢棄物排煙脫硫石膏的處理已經迫在眉睫，利用100%脫硫石膏作為原料生產紙面石膏板，成為石膏板制造業發展的趨勢。原有的用天然石膏為原料生產石膏板的工藝已不符合發展需要，必須提出新的原料生產工藝才能滿足石膏板新的生產要求。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，故本項目關鍵設備和技術均采用國內相關建材行業先進的專用設備，其煅燒工藝是根據脫硫石膏特性而研發的專用體系—氣流一次煅燒工藝。此工藝設計適應性強，建設起點高，在生產技術、工藝裝備以及產品質量上都能達到國內先進水平。因此，本項目既有高技術含量，又有利于產業結構調整，同時又節省投資，符合國家高新技術投資政策。

1 生產工藝技術內容

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

1.1 熱源

本系統中采用沸騰爐燃煤焙燒[2]技術為整條生產線提供熱量，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；爐內傳熱、傳質強，溫度均勻供熱穩定，可使烘干機產量提高50%～70%，比其它爐節煤50%以上，爐渣含碳量小于1%；勞動強度低，易于實現自動化。

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”，煤粒在爐膛內停留時間長，并反復攪動，其傳熱性好，爐內熱強度高，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，為長期發展節省了能源[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才能正常燃燒，保證沸騰或流化狀態要保持一定鼓風量的配合，造成負荷可調性差（40%～100%），不適合石膏板生產要求（供熱負荷可調性至少20%～100%），因此我們經過研究，設計采用雙床技術，可單床獨立供熱（負荷即可在20%～100%調整），緩解了負荷可調性差的問題，取長補短，突出了沸騰爐的優勢，在節省能源的情況下，滿足了生產的需要。

現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約14400t 煤，以600 元/t 煤的價格計算每年可節約600×14400×40%=345.6 萬元。

1.2 送料儲存及定量取料系統

送料存儲系統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，防止濕粘脫硫石膏在輸送儲存過程中堵塞系統。

定量圓盤給料機是一種連續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的強制作用，將存放倉內的物料卸出并連續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，它是連續生產工藝過程中的關鍵設備之一。它不易堵料、掛料，可以方便地設置給料量的大小，調節方便、調節范圍寬，并且可以根據工藝要求，設有角度可調節的刮刀裝置，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，提速平穩，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，給料穩定，易操作，好控制，故障率低，保證了煅燒的穩定性。

1.3 物料烘干煅燒

氣流煅燒系統設計的關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早有應用錘式烘干機進行設計改造，聯合生產廠家開發了適合脫硫石膏煅燒的錘式打散機，改進了轉子直徑使其適合脫硫石膏較小產量的要求，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采用專利技術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物料量所需的熱量。在錘式打散機內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定的要求，而得到質量最優的產品。

氣流煅燒所得熟料質量良好，穩定，煅燒速度快，在高溫氣流中脫硫石膏在3-4s內快速脫水，無效成分二水石膏含量2%以下，無水石膏含量5%左右，適合大規模石膏板工業生產，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，節省了沒有必要的浪費。為保證快速質量，還應用了快速水分儀進行及時過程檢驗，確保生產出的熟料最優化。

1.4 熱源穩定系統

本工藝中，保證脫硫石膏的煅燒質量是關鍵環節，主要通過高溫閘板及回風系統，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控制，完成總體煙氣量的穩定控制；通過防堵中間倉的圓盤給料機變頻調速，皮帶秤雙稱重回路的自動穩料系統，完成脫硫石膏的快速精確穩定可調的自動喂料。設計了回風系統，把排放的廢熱煙氣從新配入高溫煙氣，循環使用，進一步節省了能源提高了系統熱效率。

1.5 物料收取及改性措施

本工藝系統采用電收塵將脫硫石膏煅燒后產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，造成石膏板生產過程中石膏漿體分層，發泡劑添加困難等問題。

為解決此問題，本系統在脫硫石膏煅燒后增加熟石膏粉改性設備—球磨機，通過優化襯板選型以及調整磨球級配，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，更適合石膏板生產需要。

1.6 控制系統

整個氣流煅燒系統均采用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。

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的余熱量來控制。這就形成了一個自動連鎖控制系統，給料量以及溫度控制穩定，所煅燒出來的產品穩定性高。

2 與當前國內外同類技術比較

本氣流煅燒系統所選設備均為先進、高效率、低能耗的節能型設備，在同一設備內進行干燥和煅燒，既減少了設備，又節省能耗、節省投資。所得熟料質量良好，穩定，煅燒速度快，在高溫氣流中脫硫石膏在3-4s 內快速脫水，二水石膏含量1%以下，無水石膏含量5%，適合大規模石膏板工業生產。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，還是在生產過程中，均具有先進性，節省了投資，增加了產量，為石膏板行業技術樹立了新坐標。氣流煅燒工藝流程圖如圖1 所示。

3 結語

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紙面石膏板創造了一種新的煅燒技術，此系統投資少，能耗低，為石膏板生產線的前期投資和后期發展均節約了資源。整套系統已經應用于多條生產線，其經濟效益已經很明顯的顯示出來。同時，由于此系統的應用，每條年產3000 萬平米的紙面石膏板生產線每年消耗電廠副產物脫硫石膏約25 萬噸，大大緩解了廢物處理壓力，為社會的環保事業做出了巨大的貢獻。

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