利用LD流化床石膏煅燒爐煅燒脫硫石膏的技術研究

摘要：石膏的煅燒主要分為干法和濕法兩大類，生產出的產品為α石膏粉β石膏粉。我們研究的對象主要是建筑石膏粉，即β石膏粉。當今石膏煅燒工藝的發展趨勢為：從間歇出料到連續出料；從間接加熱到直接加熱；從慢速脫水到快速脫水。現在石膏生產常用的煅燒方式和設備有如下幾種：1. 間接加熱方式：連續式炒鍋、內加熱管式回轉窯、沸騰爐；2. 直接加熱方式：氣流式煅燒、沙士基打磨、彼德磨；3. 直熱式回轉窯；4. 流化床式煅燒爐等。

流化床式焙燒爐是九十年代澳大利亞rbs速成建筑系統有限公司的產品，俗稱“rfc流化床式焙燒爐”。 ld流化床石膏煅燒爐是在此產品的結構原理基礎上進行的一種優化升級換代產品。ld流化床石膏煅燒技術，是由濰坊天潔環保科技有限公司在深入研究當今世界上石膏煅燒技術較為先進的澳大利亞rfc流化床式焙燒爐的基礎上，采用多室組合、爐內分級煅燒、沸騰熱風爐供熱、dcs自動控制等技術，自主研發的新一代先進石膏煅燒升級技術，具有投資小、節能、產品性能優越等特點。

1. 引 言

ld流化床石膏煅燒技術是當今國內最為先進的石膏煅燒技術之一，ld流化床石膏煅燒爐是在流化床式焙燒爐的基礎上，開發出的一種新型煅燒裝置，是一種可以大批量處理脫硫石膏、磷石膏、天然石膏的煅燒裝置。ld流化床石膏煅燒技術的開發成功，使得工業副產石膏得以廣泛利用。從產業政策角度看，可以使使電廠脫硫石膏、磷肥副產石膏得到妥善的處理和有效的綜合利用，能促進環保工業及其相關產業健康、快速發展，并能節約天然石膏資源，解除生產企業的后顧之憂。ld流化床石膏煅燒技術已經在粉狀、砌塊、板材等新型石膏建材制品生產中成功應用。

流態化技術在現代工業首次大規模應用是由德國人winkler用于粉煤氣化的氣—固流化床開始的。第一套石油催化流化床反應器于1942年在美國建成,由于其技術上的合理性及大量的工業需求，該反應器很快在全世界范圍內普及，并且被廣泛借鑒應用于其它領域。我國對于流化床技術最早的研究是汪家鼎院士關于流化床褐煤低溫干餾技術的研究，是世界上將流化床技術開發轉向煤化工的先驅之一。1978年由杭州新型建材工業設計研究院蘇永平工程師設計的哈爾濱石膏板廠石膏煅燒車間首次采用以蒸汽為熱源的單室沸騰煅燒爐生產建筑石膏，原料采用天然石膏，經粉磨后進行煅燒。但當時由于存在原料粒級組成、含水率方面的變化，石膏煅燒質量穩定性差原因，沒有解決高含濕物料在煅燒過程中易結團、產生堵床現象。1996年，山東鹽化公司在建造石膏板工廠時，設計了一條以導熱油為熱源的二室沸騰煅燒爐，后經進一步改造完善，使用該爐煅燒含濕率<5%的天然石膏粉，效果良好，目前山東已有多條生產線投入運行，運行狀況良好。

目前，流態化技術作為一門高效換熱技術已經滲透到國民經濟的許多部門，但是，在煅燒石膏技術方面需要解決的幾個關鍵問題，如對原料含水率的適應性，物料粒級組成，余熱利用方面存在的問題始終未得到很好的解決。濰坊天潔環保科技有限公司在借鑒國內外相關專業技術的基礎上，融合國內外石膏流態化煅燒設備的優點，開發的半水石膏粉生產線—ld流化床石膏煅燒系統，初步解決了流態化技術在煅燒石膏過程中的適應性問題。該系統保持了流態化技術在煅燒天然石膏時的節能、免維修的特點，而且特別適用于煅燒含水率在25%以下的各種化學石膏，如fgd石膏、磷石膏、檸檬酸石膏等。該煅燒系統可以穩定生產出符合國標要求的建筑石膏粉，與傳統煅燒系統相比較，投資省，運行成本低，在節能及環保方面都達到了令人滿意的效果。

2. ld流化床石膏煅燒系統工藝流程

2.1工藝流程圖

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2.2工藝流程概述：

以天然石膏為例對工藝過程簡述：天然石膏經破碎、粉磨、選粉后，達到成品細度要求的生粉直接落入生粉倉。生粉倉下的皮帶喂料機連續地將物料送至氣流烘干機進行予烘干，上煤機將原煤提至煤倉，再由煤倉下的調速喂煤機連續的喂入沸騰爐燃燒。物料預干燥后由降粉器收集至預熱倉儲存。尾風則與ld煅燒爐上部的除塵管熱濕氣體會合進入二次收塵器進一步凈化，再由引風機排至大氣中。預熱倉下的調頻喂料機與斗式提升機配合將物料喂入ld煅燒爐一區，計算機將根據一區溫度設定值的變化適時調整喂料量。物料在一、二區完成吸附水的蒸發后，溢流到三、四區進行結晶水的煅燒，最后從四區溢流至均熱倉，再由斗式提升機提至成品儲倉。成品溫度的優化控制可在計算機上設定。ld煅燒爐使用的熱源由高溫熱風沸騰爐燃煤產生，石膏在煅燒爐中由底部的高壓風作用，呈湍流狀態，并通過輻射、對流和傳導三種換熱方式進行高效干燥和煅燒。整個流水線由一臺計算機進行集中控制。

3. ld流化床石膏煅燒工藝原理及系統特點

3.1工藝原理：

ld流化床煅燒工藝的換熱系統綜合運用了3種換熱方式，即根據石膏含水率在不同煅燒過程中的濕含量變化采取相應的換熱方式，在確保產品質量穩定性的同時，全面提高換熱效率，節省能源。

3.1.1預熱過程：

ld流化床石膏煅燒系統設計了專門的預熱方案，預熱熱源來自于主煅燒爐的煙氣余熱。高含水的石膏原料與干燥熱煙氣進行瞬間對流換熱，將原料表面水迅速蒸發，預干燥后的石膏粉通過回收器回收至預熱倉。

3.1.2煅燒過程：????????

ld流化床煅燒系統的主煅燒爐設計成四個相對獨立的煅燒空間，有效避免了高低溫物料的摻和現象，最終產品的相組成得到優化。ld流化床石膏煅燒爐主體換熱部分采用了兩種不同的換熱方式：即對流和傳導換熱。在主煅燒爐的1區、2區采用高溫熱管換熱技術進行傳導換熱;同時經過加熱后的壓縮風通過置于底部的風傘直接作用于石膏粉進行對流換熱，并使一區、二區的物料呈現出在高溫熱風作用下的流態化換熱狀態，更大程度地改善了氣、固兩相的傳熱傳質效率，同時特有的打散裝置可及時解決高含水率原料帶來的結團問題。物料在一區、二區已完成對原料表面水的蒸發任務,通過溢流方式進入三區。ld流化床石膏煅燒爐的三、四區專為煅燒石膏粉結晶水而設計，在蒸發掉所有的吸附水之后，二水石膏粉將在此空間脫去1.5個結晶水并形成半水石膏。高溫熱風在一區、二區完成對吸附水的蒸發換熱之后，進入三區、四區，這時，熱煙氣的溫度已顯著降低,對煅燒石膏結晶水特別有利，可防止高溫煅燒對產品相組成的影響，最大程度地避免因ⅲ無水石膏的含量增加對產品穩定性帶來的破壞作用。

3.2系統特點

3.2.1燃燒系統：

ld流化床石膏煅燒系統的熱源采用了流態化燃燒技術—高溫煙氣沸騰爐，其工作原理是通過高壓風機鼓入高壓空氣使固體燃料煤在流化床中呈“流態化”,并在沸騰狀態下進行燃燒。流化床中積累了大量灼熱的爐料，溫度約850℃—1050℃,沸騰燃燒的適應性很強，不僅能燃優質燃料還可以燒各種劣質燃料。由于在配套系統中實現了自動化，給風、給煤連續均勻，所以爐內可以保持恒溫，確保產品質量的穩定性。沸騰爐燃燒產生的熱煙氣由上部的煙氣引風機引入ld流化床石膏煅燒主爐的一區高溫換熱管，該流態化燃燒爐的燃料燃燼率達到98%以上。

3.2.2控制系統：

ld流化床石膏煅燒爐系統，主煅燒爐采用二級閉環控制原理使出料溫度保持相對穩定。ld流化床石膏煅燒系統采用美國fix軟件進行畫面組態,由plc進行控制組成dcs系統，該fix控制系統對運行狀態的顯示包括模擬量和開關量兩部分，模擬量在相應設備上以要求的工程量適時以數字顯示物理量的變化;開關量以各種顏色顯示設備的狀態。該系統包括：系統流程主畫面、秤標定界面、歷史曲線界面、報表顯示與打印界面四個操作畫面。在程序控制方面，通過pt100檢測料溫，由pid進行計算，適時根據設定的料溫來調整加料速度，并始終保持設定溫度，該控制系統運行可靠、故障率低，沒有影響正常生產。

3.2.3除塵系統：

ld流化床石膏煅燒系統中的吸塵部分采用了二段收塵方式，第一段為內置旋風收塵器，第二段為布袋收塵器，收塵率在98%左右，可以達到國標規定的一類區生產性粉塵的大氣排放標準。

4. ld流化床石膏煅燒系統的優點

4.1、熱源方案采用燃煤熱風沸騰爐這一流態化燃燒技術，燃燼率高，風溫、風壓穩定，為高效換熱提供穩定熱源，燃料適應性廣。

4.2、對原料粒度的粒級組成有一定的要求，一般以大于20um，小于6mm較為合適，粒度太小易被氣流帶走，粒度太大不易流化。

4.3、ld流化床石膏煅燒系統對不同原料的適應性廣、無論是天然石膏和高含濕率的化學石膏，采用該系統都可以生產出合格的建筑石膏粉，一般控制原料的含水率≤25%。

4.4、ld流化床煅燒系統與老式的沸騰煅燒爐和直焰式回轉窯相比，具有物料停留時間短，干燥速率大的特點，同樣規模的生產線具有投資省、設備運行費用低、維修工作量小、不需配套專用鍋爐等諸多優點。

4.5、物料在流化床內的停留時間可按工藝生產要求進行設定。當產品的含水率變化時，系統能自動適應，保持出料溫度和煅燒時間的相對穩定性。

4.6、ld流化床石膏煅燒系統采用美國abb公司的fix組態控制軟件運行可靠，對系統可實現有效控制。

4.7、該系統集高效燃燒和高效換熱技術于一體，工藝設計上采用預熱及控制、收塵等先進配套技術，實現節能和清潔化生產，速成流化煅燒爐的設計及生產能力從5－50噸/小時不等，運行成本低，能耗大大低于傳統工藝，在不同石膏原料的煅燒工廠中可廣泛推廣應用。?

5. 結束語

隨著當今工業副產石膏資源再利用技術的成熟，國內已經開始大量對工業副產石膏煅燒后作為輕質砌塊、石膏板、水泥緩凝劑等建筑材料加以利用，并且已經取得了很好的效益。而且，從國際國內供求狀況看，其價值也在不斷上漲，因其本身就是工業廢棄物，其利潤空間非常有限，處理過程中的主要環節就是煅燒工藝，是節能降耗最有潛力的環節，而利用濰坊天潔環保科技有限公司所研制的ld流化床石膏煅燒系統處理工業副產石膏無論從技術上還是從節能降耗、環保要求上，都是較為理想的選擇，是完全可行的。