直接利用電廠過熱蒸汽生產脫硫建筑石膏的工藝和設備淺析
摘要：脫硫石膏是電廠采用石灰石-石灰濕法煙氣脫硫的副產品，是一種優質的石膏資源。低溫過熱蒸汽是電廠的低能級熱源，對于脫硫石膏的烘干和煅燒屬于高效的潔凈能源。本文探討了利用電廠過熱蒸汽直接生產脫硫建筑的工藝和設備，通過成熟的案例，證明電廠利用過熱蒸汽生產脫硫建筑石膏，具有最佳的社會效益和經濟效益。
一、前言
煙氣脫硫石膏是電廠采用石灰石/石灰—石膏法煙氣脫硫時生產的副產品。它的主要成分是二水硫酸鈣，由煙氣中的SO2和CaCO3或CaO發生反應而得到的。
目前，全國火電煙氣脫硫每年大約5000萬噸的脫硫石膏需要集約化處理，減少脫硫石膏副產物堆放的二污染和占地難題，提高資源綜合利用，是各電廠比較迫切的議題。
對于利用脫硫石膏生產建筑石膏和其他制品如石膏砌塊、紙面石膏板、粉刷石膏等，工藝技術和設備日漸成熟，脫硫石膏的烘干、煅燒的能源多使用高能級能源如煤、油、天然氣等，但由于生產規模小，能源綜合利用效率偏低，再加上投資限制，容易造成新的環境污染。比如，使用天然氣作為熱源，即使不考慮價格因素，還是造成大量的CO2氣體排放，增加溫室效應；用煤、油作為熱源，造成SO2、CO2的污染更大，隨著環境保護意識的加強，其發展必然受到限制。
大型發電廠本身就是高效能源生產單位，在正常發電廠前提下，有很多低能級熱源（包括部分做功后的低參數蒸汽，低溫煙氣、預熱器的熱風等）可以利用，特別是0.8MPa以上、300℃以下的過熱蒸汽符合二水石膏脫水要求。
二、過熱蒸汽的特點
過熱蒸汽做功，首先釋放顯熱，轉化為等壓飽和蒸汽；飽和蒸汽釋放汽化潛熱后轉化為飽和水。該飽和水經膨脹后轉化為低壓力下的飽和蒸汽和飽和水，可以梯度綜合利用。由于汽化潛熱遠遠大于顯熱，用于石膏煅燒的主要是汽化潛熱。
三、直接利用蒸汽煅燒石膏的設備
我們國內利用蒸汽煅燒石膏的設備主要有立式流化煅燒機和同心圓回轉煅燒機。
同心圓回轉煅燒機，一般直接使用飽和蒸汽做熱源，對于天然石膏、烘干后的化學石膏脫水，具有產量大、相成份穩定的特點。該類型的設備在日本應用比較多，國內泰安康億家石膏板廠2007年引進一條臺時50噸的蒸汽回轉煅燒機，經過不斷優化參數，現在已經穩定運行；北新寧海生產線，也選用蒸汽回轉煅燒機，使用效果很好。
目前，噸熟粉的熱耗約：30萬KCal。
該設備主要問題是：臥式布置、體積大、重量大，占地面積大、投資高。由于同心圓換熱管換熱后的冷凝水靠安裝傾角保證排除，傳熱受到一定的影響。
立式流化煅燒機，也叫沸騰煅燒爐，傳熱原理和同心圓回轉煅燒機一樣，但立式排列的換熱管，便于冷凝水及時排除，充分提高了換熱能力，同等規模的設備，其占地面積不到回轉煅燒機的1/3，投資僅是回轉烘干機的1/2。
3.1 國內第一臺利用電廠低溫過熱蒸汽煅燒脫硫石膏的流化煅燒機，是2005年泰安西格機電科技有限公司給內蒙賽爾公司研制的7噸/時的脫硫石膏專用煅燒設備。在設計時，考慮到過熱蒸汽顯熱不大，傳熱系數低于飽和蒸汽的特點，在設備結構、換熱面積、材質等做了重大改進。
試車使用的電廠過熱蒸汽壓力為0.9—1.19MPa，溫度220--260℃（不穩定），做功后的水汽直接外排（冬季采暖）。現在已經連續運行4年，產品質量非常穩定。根據生產統計，在過熱蒸汽0.8MPa，溫度190℃工況下，實際產量6噸/時，平均耗氣量450Kg/噸熟粉—折合22萬kcal/噸熟粉，平均電耗8KWH/噸熟粉。（0.8MPa，190℃過熱汽焓值2815.16kj/kg）
3.2 2007年，華能武漢陽邏電廠10萬噸/年脫硫石膏生產線的同樣使用泰安西格機電科技有限公司開發的直接使用過熱蒸汽的沸騰煅燒爐，烘干采用過熱蒸汽換熱風閃蒸干燥。經生產統計，在過熱蒸汽1.1MPa，溫度280℃工況下實際產量17噸/時，綜合熱耗350kg/噸熟粉---折合25.13萬kcal/噸熟粉（1.1MPa，280℃過熱蒸汽焓值3006.12 kj /kg）
四、直接利用過熱蒸汽生產脫硫建筑石膏的工藝
4.1 烘干+煅燒兩步法工藝
烘干采用高溫過熱蒸汽，利用換熱器制備熱風，通過閃蒸干燥機氣流烘干，經旋風和脈沖袋式除塵器兩級除塵后分離出脫硫石膏。
煅燒采用利用過熱蒸汽的流化煅燒機，水汽排出帶走的粉塵通過電除塵和脈沖袋式除塵器分離。
該工藝在華能武漢陽邏電廠10萬噸脫硫石膏生產線采用，運行穩定，質量超過建筑石膏優等品指標。
4.2 返料煅燒一步法
氣流烘干需要大量的熱空氣，氣固分離需要龐大的收塵設備，泰安西格機電科技有限公司根據化學石膏的特性、石膏重復煅燒性能變化、蒸汽可以梯度利用的特點，開發了專用的脫硫石膏混合機，在脫硫石膏的輸送過程中完成吸附水的去除。脫水的動力主要來自兩個方面，一是煅燒機部分返料，150℃左右的建筑石膏和二水脫硫石膏混合在迅速提高脫硫石膏溫度的同時，吸收二水石膏的吸附水；二是煅燒機做功后的余熱（飽和水膨脹后變為0.6MPa左右的飽和蒸汽加熱）。這種混合機，具有對流、輻射、傳導等復合傳熱效果，具有熱效率高、動力消耗小、設備故障率低等顯著優點。
該工藝的主要特點：
工藝布置簡潔，節省土建投資。
減少過空氣系數，節省設備投資，
熱源梯度利用，綜合能耗低。
設備故障率低，維修簡單。
目前，該工藝已經在內蒙賽爾、浙江（華能）長興、大唐龍崗、華電青島等多家使用，技術、設備不斷完善、成熟。
五、建議
5.1 直接利用電廠過熱蒸汽生產脫硫建筑石膏，已經經過多家電廠生產實踐的考驗，工藝和設備成熟，符合節能、環保、循環經濟綜合利用的政策，應該大力推廣。
5.2 利用返料一步法煅燒工藝，投資省、能耗低，整個生產線不再增加新的燃料需求，符合循環經濟的核心要求，是電廠脫硫石膏處理的最佳選擇之一。
參考文獻
1. 姜沛培、閻遠東、鄭文鋒：《火電廠脫硫石膏綜合利用工藝的選擇與創新》
2. 程熹：《各種石膏煅燒設備的特點與淺析》
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