如何合理利用脫硫副產(chǎn)品及煅燒工藝解析

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)大氣污染治理的不斷加強(qiáng)，對(duì)電廠(chǎng)燃煤煙氣中二氧化硫排放量的控制也越來(lái)越嚴(yán)格。按我國(guó)對(duì)電廠(chǎng)煙氣中二氧化硫排放的治理要求，新建電廠(chǎng)投產(chǎn)時(shí)必須達(dá)到二氧化硫排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2015年前將完成所有舊電廠(chǎng)煙氣的脫硫改造工程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，對(duì)于60萬(wàn)千瓦的電廠(chǎng)，煙氣脫硫裝置產(chǎn)生的脫硫石膏每年達(dá)10萬(wàn)噸。若按我國(guó)目前國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)的所有容量都進(jìn)行脫硫處理計(jì)算，每年將產(chǎn)生3000萬(wàn)噸的脫硫石膏。如何合理利用脫硫副產(chǎn)品，使其成為資源，并得到有效利用，將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于我國(guó)在煙氣脫硫生產(chǎn)石膏技術(shù)的時(shí)間還較短，對(duì)脫硫石膏的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)認(rèn)識(shí)還剛起步，對(duì)脫硫石膏的性能、加工工藝與設(shè)備還未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，脫硫石膏的物料輸送、粉塵處理、煅燒等處理工藝和采用的設(shè)備與天然石膏仍有較大差別。在物性方面，脫硫石膏與天然石膏也有不同之處，如脫硫石膏純度高、游離水分大、粒度細(xì)、粒徑分布均勻、級(jí)配較差和標(biāo)稠用水量大等。又因?yàn)檫@兩種石膏的來(lái)源不同，脫硫石膏中的主要雜質(zhì)是未反應(yīng)的碳酸鈣，同時(shí)還含有少量未氧化的亞硫酸鈣。在煙氣脫硫生產(chǎn)中，由于使用技術(shù)的差異、石灰石原料成份的不同和石灰石的細(xì)度不同等因素都會(huì)直接影響脫硫石膏的品質(zhì)。所以，在應(yīng)用和加工脫硫石膏時(shí)一定要結(jié)合具體實(shí)際，采用科學(xué)手段，并進(jìn)行深入的研究。經(jīng)過(guò)洗滌和過(guò)濾后的脫硫石膏中含游離水在10%～20%左右，顆粒細(xì)小且松散，顏色近乎白色略帶微黃，有時(shí)因脫硫操作不穩(wěn)定而帶入較多的煤灰等雜質(zhì)，顏色會(huì)發(fā)黑。較好脫硫石膏的白度超過(guò)80%以上。

1 脫硫石膏在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

1. 1 國(guó)外脫硫石膏的應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)外，脫硫石膏早已得到廣泛應(yīng)用，用得最早且最好的是日本，其次是德國(guó)、法國(guó)、荷蘭等歐洲國(guó)家。日本從1977年開(kāi)始幾乎全部使用工業(yè)副產(chǎn)的石膏生產(chǎn)紙面石膏板和纖維石膏板，在水泥工業(yè)中用量也非常大。脫硫石膏幾乎100%得到了應(yīng)用，其中用于石膏板和水泥中的占總量的95%以上。德國(guó)每年約有150萬(wàn)噸以上的脫硫石膏用于生產(chǎn)粉刷石膏;英國(guó)、法國(guó)、荷蘭等國(guó)家也大量用于生產(chǎn)粉刷石膏、紙面石膏板、石膏砌塊、自流平石膏等石膏制品。

1. 2 國(guó)內(nèi)脫硫石膏的應(yīng)用現(xiàn)狀

同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)脫硫石膏應(yīng)用的認(rèn)識(shí)普遍不足，對(duì)脫硫石膏的性能、應(yīng)用技術(shù)的研究工作也剛起步。脫硫石膏的利用主要集中在重慶電廠(chǎng)、珞璜電廠(chǎng)、北京第一熱電廠(chǎng)、太原第一熱電廠(chǎng)、武漢華能陽(yáng)邏電廠(chǎng)等。這些廠(chǎng)不僅有效地解決了脫硫石膏的堆放問(wèn)題，而且因產(chǎn)品質(zhì)量好、價(jià)格低，在市場(chǎng)上很受歡迎。

山西太原第一熱電廠(chǎng)在電廠(chǎng)附近自建了一條脫硫石膏的綜合利用生產(chǎn)線(xiàn)，將該廠(chǎng)的脫硫石膏完全消化成石膏產(chǎn)品。一期工程于1998年正式投產(chǎn)，年處理脫硫石膏6萬(wàn)噸，生產(chǎn)的產(chǎn)品是水泥添加劑、半水石膏和粉刷石膏。

北京第一熱電廠(chǎng)的脫硫石膏也自行處理，脫硫石膏的綜合利用裝置和發(fā)電煙氣的脫硫裝置同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)安裝和投產(chǎn)。脫硫石膏的綜合利用裝置采用德國(guó)的沙士基打設(shè)備生產(chǎn)石膏砌塊，其設(shè)計(jì)能力為38萬(wàn)m2/a。武漢華能陽(yáng)邏電廠(chǎng)與東北大學(xué)合作建成了年產(chǎn)10萬(wàn)噸建筑石膏粉的生產(chǎn)裝置，已成為華能公司的樣板工程，并于2007年10月建成投產(chǎn)。北京興達(dá)脫硫石膏有限公司與東北大學(xué)合作建設(shè)的年產(chǎn)5萬(wàn)噸建筑石膏粉生產(chǎn)線(xiàn)也已投產(chǎn)。

2 脫硫石膏的綜合利用

2. 1 脫硫石膏的綜合利用前景

脫硫石膏綜合利用的優(yōu)勢(shì)隨著新型墻體材料的發(fā)展和人們對(duì)石膏“綠色”性能的認(rèn)識(shí)的提高，使近年來(lái)的石膏建材發(fā)展較快，如紙面石膏板、石膏砌塊、粉刷石膏等產(chǎn)品都有了迅速增長(zhǎng)。如果國(guó)家出臺(tái)合理的政策導(dǎo)向，隨著脫硫石膏的利用領(lǐng)域的擴(kuò)展將進(jìn)一步加快石膏建材的發(fā)展速度。

(1)因脫硫石膏是工業(yè)副產(chǎn)的石膏資源，完全可以代替天然石膏使用，且石膏的質(zhì)量好、價(jià)格低，可有效降低石膏建材的生產(chǎn)成本，提高與同類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和占有率，以培育石膏建材的市場(chǎng)。

(2)脫硫石膏的出現(xiàn)將改變?cè)�有石膏資源分布不均的格局。我國(guó)天然石膏的分布相對(duì)集中在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，而脫硫石膏資源卻主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中城市。因此在很大程度上調(diào)整和均衡了石膏資源的分布格局，使石膏建材在較大范圍內(nèi)得以整體和平衡的發(fā)展。

(3)用脫硫石膏制成的水泥緩凝劑、石膏砌塊、建筑石膏粉及其制品與天然石膏的產(chǎn)品在性能上有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。

2. 2 對(duì)脫硫石膏綜合利用的建議

(1)應(yīng)盡量做到自行消化或就近建廠(chǎng)。因?yàn)槭�膏產(chǎn)品的價(jià)格和原材料成本都較低，需要盡量降低運(yùn)輸費(fèi)用，因此應(yīng)在電廠(chǎng)附近建廠(chǎng)。電廠(chǎng)自行建廠(chǎng)的好處是可以充分利用電廠(chǎng)低成本的電力和熱資源，以降低石膏產(chǎn)品的加工成本。還可以實(shí)現(xiàn)與粉煤灰等其他電廠(chǎng)廢料綜合利用。

(2)選擇產(chǎn)量大的石膏產(chǎn)品作為市場(chǎng)方向。目前，脫硫石膏綜合利用的主要產(chǎn)品市場(chǎng)是建筑石膏粉、水泥緩凝劑、石膏板和石膏砌塊等，我國(guó)現(xiàn)階段主要是作水泥緩凝劑、石膏板(包括各類(lèi)墻板、裝飾板和保溫板)、石膏砌塊和粉刷石膏等。因此，將來(lái)大量產(chǎn)出的脫硫石膏的綜合利用也會(huì)集中在這幾個(gè)方面。

總之，脫硫石膏的綜合利用是利國(guó)利民、變廢為寶的好事，是國(guó)家扶持和積極鼓勵(lì)的項(xiàng)目。用脫硫石膏生產(chǎn)的建筑石膏產(chǎn)品和水泥緩凝劑，與天然石膏相比，其原料為工業(yè)廢棄物可不計(jì)成本，省去了石膏的破碎過(guò)程，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，且石膏的品位高，石膏產(chǎn)品的性能比天然石膏產(chǎn)品優(yōu)越或相當(dāng)，因此具有良好的市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?/p>

3 脫硫石膏的煅燒工藝與設(shè)備

以脫硫石膏為原料，加工各種石膏制品都離不開(kāi)煅燒工藝。石膏石或石膏是以二水硫酸鈣形式存在，其分子式中有兩個(gè)結(jié)晶水。只有脫去一個(gè)半結(jié)晶水，生成半水硫酸鈣才有凝膠性質(zhì)，脫去結(jié)晶水的過(guò)程即為石膏的煅燒，經(jīng)煅燒后的建筑石膏粉可用于生產(chǎn)石膏板、石膏砌塊、石膏裝飾板等制品。

在20世紀(jì)的60年代，國(guó)外以傳統(tǒng)的間歇炒鍋和外燒式回轉(zhuǎn)窯作為煅燒石膏的基本設(shè)備，主要應(yīng)用于天然石膏的煅燒。80年代發(fā)展了氣流式快速煅燒工藝。90年代中期發(fā)展了彼得磨為主的快速煅燒設(shè)備，將干燥與煅燒、粉碎在同一設(shè)備中完成。同時(shí)發(fā)展了各種間歇式炒鍋、內(nèi)外燃回轉(zhuǎn)窯、沸騰式煅燒爐等煅燒設(shè)備，形成了多樣化和規(guī)模化。

我國(guó)在規(guī)模化現(xiàn)代化煅燒設(shè)備的研究方面還剛起步，很多企業(yè)都是采用傳統(tǒng)的煅燒天然石膏的設(shè)備向工業(yè)副產(chǎn)石膏方面改造過(guò)渡，國(guó)內(nèi)目前較先進(jìn)的脫硫石膏煅燒工藝是干燥加煅燒組合。

由于脫硫石膏含有10%左右的表面水，采用傳統(tǒng)煅燒方式難以生產(chǎn)出穩(wěn)定、高質(zhì)量的產(chǎn)品。針對(duì)脫硫石膏的特性，煅燒前應(yīng)對(duì)脫硫石膏進(jìn)行干燥，采用的干燥設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)、氣流式干燥機(jī)和斯德快速干燥機(jī)。加熱方式分為蒸汽、燃煤、燃?xì)庖约皩?dǎo)熱油等。 煅燒方法主要有回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、氣流煅燒，該工藝稱(chēng)二步法。

由東北大學(xué)·遼寧東大粉體工程技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的斯德石膏煅燒爐是將干燥、煅燒、打散在同一臺(tái)設(shè)備中完成，稱(chēng)一步法。該設(shè)備己在國(guó)內(nèi)投入應(yīng)用，是專(zhuān)門(mén)處理脫硫石膏的設(shè)備。

由于熱源不同，生產(chǎn)的制品也不同，選擇合適的煅燒工藝與設(shè)備對(duì)能耗、制品質(zhì)量和環(huán)保等有直接影響。以武漢華能電廠(chǎng)為例，該廠(chǎng)利用自產(chǎn)的280℃、1.7 MPa的蒸汽為熱源。全權(quán)采用的熱源方式，與東北大學(xué)·遼寧東大粉體工程技術(shù)有限公司合作制定了二步法煅燒工藝。采用斯德快速干燥對(duì)脫硫石膏進(jìn)行干燥，將表面水降低到1%以下，而成為松散均勻的二水石膏粉，然后采用內(nèi)置式流化床進(jìn)行煅燒生成半水石膏，該工藝已形成年產(chǎn)10萬(wàn)噸建筑石膏粉的規(guī)模，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)。

北京興達(dá)脫硫石膏有限公司，采用以煤為熱源的斯德煅燒爐的一步法工藝，以燃煤的熱煙氣為熱源，在同一機(jī)內(nèi)完成干燥、打散、煅燒等工藝過(guò)程，已建成年產(chǎn)5萬(wàn)噸的脫硫石膏煅燒生產(chǎn)線(xiàn)，生產(chǎn)的建筑石膏粉主要用作水泥緩凝劑、石膏砌塊以及建筑石膏粉，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于脫硫石膏的綜合利用在國(guó)內(nèi)剛起步，必然會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題，在生產(chǎn)工藝上不能完全照搬天然石膏的方法，需要開(kāi)發(fā)針對(duì)脫硫石膏特性的新方法、新工藝和新設(shè)備，因此應(yīng)該投入更多的精力在設(shè)備配套的研究上，還應(yīng)發(fā)展和制訂脫硫石膏綜合利用的系統(tǒng)解決方案。