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蒸汽管式(烘干)煅燒窯
寧夏博得石膏研究院 王立明
一、蒸汽管式(烘干)煅燒窯簡介
蒸汽管式(烘干)煅燒窯是一種采用高壓飽和或過熱蒸汽為熱介質，采用回轉窯的外形結構及管網式換熱結構的連續式低溫烘干或煅燒設備。具有管式烘干煅燒窯及蒸汽換熱設備的特點，是一種非常適用于副產石膏的烘干或煅燒的環保、**、規?；纳a設備;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯集中了回轉窯、間接換熱管式烘干煅燒窯及蒸汽烘干煅燒設備的特點。其外形及支承、傳動系統仍然是典型的回轉窯系統，其內部換熱管網則具有比管式烘干煅燒窯更復雜和更高要求的換熱管網系統，其蒸汽進出要求、蒸汽分配要求、承壓焊接要求及換熱機理則是完全的蒸汽換熱設備的要求。蒸汽管式(烘干)煅燒窯以窯體為物料的輸送和換熱空間，同時也是蒸汽換熱管道的支撐體，在窯體內部沿圓周方向設置多層蒸汽換熱管道，管道之間通過蒸汽分配室相連，實現蒸汽在管道的分配和換熱后冷凝水的匯聚排出。蒸汽管式(烘干)煅燒窯包括窯體、強制喂料系統、換熱管網、蒸汽分配室、汽軸、窯體輔助設施、支撐系統、傳遞系統、出料箱、密封系統、補氣排氣系統及旋轉接頭等組成;石膏蒸汽管式(烘干)煅燒窯采用飽和或過熱蒸汽為換熱介質，通過回轉窯內設置的管網與窯體內的石膏進行相變換熱將石膏原料煅燒為半水石膏。蒸汽管式(烘干)煅燒窯遵循回轉窯設備的運行原理，整個窯體在傳動系統的帶動下一起旋轉，因換熱管道固定在窯體內，運行時管道與窯體一起旋轉，管道不受扭矩力，不易損壞。
寧夏博得石膏設計研究院根據副產石膏特性，結合長期研制、生產、調試石膏烘干煅燒設備的經驗，研發形成了專門用于副產石膏烘干和煅燒的專用蒸汽烘干和煅燒設備系列。由于采用蒸汽作為熱源，蒸汽管式(烘干)煅燒窯熱量供給穩定，換熱效率高，設備技術成熟，生產產品質量穩定，環保標準高。且具備生產工藝參數易于調整和控制、操作簡單、設備故障率低、維修方便等優點。
二、蒸汽管式(烘干)煅燒窯的工作原理
蒸汽管式(烘干)煅燒窯采用飽和或過熱蒸汽為換熱介質，窯體內部根據換熱要求、物料特性、熱介質特性在窯體圓周方向設置多層蒸汽換熱管網，管網與進氣端的蒸汽分配室連接，供汽系統通過旋轉接頭與汽軸連接將蒸汽供至蒸汽分配室并送至管網系統，蒸汽換熱釋放熱量后形成的冷凝水因窯體斜度的原因，順管網匯入蒸汽分配室，隨冷凝水到處設施排至冷凝水管道或冷凝水收集器。管網與自喂料端(**)喂入的物料不斷接觸換熱，管道表面通過接觸需熱體(石膏)使管內蒸汽溫度降至相變臨界點發生相變(蒸汽冷凝為水)，釋放出大量的熱量，并通過管道壁傳遞給物料，使物料吸熱達到烘干煅燒的熱量需求完成換熱煅燒;窯體內**一定的料層厚度，管道和窯體同步轉動，管網不斷的“穿過”或帶動料層與物料充分接觸換熱，同時管道對物料不斷的攪動使料層翻騰形成均勻換熱，這是蒸汽管式(烘干)煅燒窯的*主要換熱形式。同時管網旋轉脫離物料層后，向窯體內部輻射熱量或與窯體內氣體進行熱交換，對窯體內部進行加熱。物料因窯體斜度及旋轉向出料端運動，并受到擋料板、抄板等的作用，控制物料速度并增大與管道的接觸機率，既**適度的提高窯體轉數以提高物料與管道的接觸，又**物料在窯體內有足夠的煅燒時間;管道內的蒸汽相變產生的冷凝水在窯體的旋轉中順管道斜度流入汽室，由汽室的導水機構導入汽軸后通過疏水設備排至冷凝水收集器;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯是一種低溫烘干煅燒設備，采用蒸汽為熱源，溫度波動小，熱介質溫度低，換熱過程長，是一種非常穩定的烘干煅燒設備。在換熱過程中物料受窯體旋轉及管道攪拌等作用不斷翻騰，換熱較為均勻，熱量傳遞較為溫和。同時，因為烘干或煅燒過程可以通過窯體轉數調整石膏在窯內的停留時間(煅燒時間)，有效的控制石膏煅燒時間的一致性，可以較為容易的控制出料溫度，也就是說，可以控制石膏在一定幅度內的任意溫度作為煅燒出料溫度，從而調整產品的物相組成和性能指標。
三、蒸汽管式(烘干)煅燒窯的性能特點
蒸汽管式(烘干)煅燒窯作為一種間接換熱的連續式烘干煅燒設備，具備間接換熱烘干或煅燒設備所具有的特點。同時因為采蒸汽熱源，熱源溫度不會出現較大幅度的波動，供熱穩定，煅燒過程更為穩定，產品質量更易控制。生產過程無煙氣排放，更為綠色環保?？傮w而言，蒸汽管式(烘干)煅燒窯具有如下特點：
1)、蒸汽管式(烘干)煅燒窯采用蒸汽為熱源，無硫、碳、氮等氧化物排放，無燃料系統的處理過程，主要排出物為冷凝水，可進行二次利用，生產線更為環保;
2)、單位容積處理量大 換熱設備為內部設置加熱管片，因攪拌過程中與物料直接接觸，換熱管內蒸汽受熱交換條件的影響，易發生蒸汽冷凝為水的相變過程，快速釋放出相變熱，相變熱因換熱管道與脫硫石膏的緊密接觸，傳遞熱量快，換熱效率高;換熱管網設置在回轉窯窯體內，具有加大的空間和長度，利于設置較大換熱面積的多次管網，達到較大的設備單位容積處理量;利于大規模生產設備的配置。
3)、熱效率高 煅燒時不需使用過多的空氣，故排氣所帶走的熱損失可忽略不計。因換熱管道設置于窯體內且不直接與窯體接觸，管道的所有的熱量均釋放在窯體內為物料和窯內空氣吸收，窯體表面的散熱損失較小。整體熱效率可達80-90%，具有較高的經濟性;
4)、可以在一定溫度下進行烘干或煅燒，也可根據物料烘干煅燒要求調整使物料在一定溫度范圍內(如100---180度)的任意溫度進行穩定烘干或煅燒，蒸汽溫度的穩定性，容易控制烘干或煅燒溫度，對熱敏性物料的烘干或煅燒尤其適用;尤其有利于副產石膏的穩定烘干煅燒和高性能產品的煅燒。相比于其它烘干煅燒設備，蒸汽管式(烘干)煅燒窯具有非常穩定的低溫**熱源(溫度低，但熱量供給足)，不會因為熱源的溫度波動形成產品質量波動，且管式烘干煅燒窯系統的烘干和煅燒均勻性、石膏烘干或煅燒過程的運動不受其它因素影響(窯體內為微負壓，無風力配置影響物料運動)，可根據產品相比例要求，將出料溫度設定在需要的任何溫度點，實現特定的溫度要求進行煅燒的目的，這是其它烘干或煅燒設備很難達到的。
5)、物料在烘干煅燒設備內的停留時間可以根據要求進行任意調整，通過對轉數等的調整，得到*有利于每一種產品烘干或煅燒的物料停留時間，得到所需要的*佳的相組成的產品;通常物料容積比為10-20%;物料停留時間可在20—60分鐘內調整;從而達到烘干不同性能要求的物料，煅燒不同相比例組成的產品，既可設置二水石膏比例略高的快凝石膏產品(二水石膏3-5%，半水比例80-90%，AⅢ小于3%);也可設置二水石膏比例*低，凝結時間較長的石膏產品(二水石膏2%，半水比例80-90%，AⅢ小于3%);蒸汽管式(烘干)煅燒窯因自身的特點，具有很強的產品性能的調整能力。
6)、排出尾氣中粉塵攜帶量小 因為在烘干煅燒系統內，熱系統與物料系統分離運行，物料系統的環境為微負壓，即煅燒設備內風速很小，排氣過程帶走的粉塵量就很小，除塵設備或氣固分離設備要求低，投資省;
7)蒸汽管式(烘干)煅燒窯在運行過程中，管道固定與窯體上與窯體同步旋轉，管道不受外力，不易損害，窯體內維護維修量小;
8)蒸汽管式(烘干)煅燒窯因采用旋轉接頭與供汽管道連接，采用蒸汽溫度及壓力高，為**密封材料的壽命，整個窯體制作精度要求高，制作成本大，設備一般必須采用整體裝配好出廠，運輸費用高;
9)蒸汽管式烘干煅燒設備具有很強的原料含水率適應能力，一般對于20%以內的附著水的物料，均可直接喂入進行烘干或煅燒，物料水分含量的多少，僅僅對設備的產量形成影響，對質量幾乎不形成影響。而對于較高的附著水含水率的物料，僅需要處理好喂料設備的適應性及窯體內的密封、保溫及合適的窯內溫度即可**正常運行。蒸汽管式(烘干)煅燒窯與其它管式煅燒窯一樣，對原料粒度具有很強的適應性，原料具有小于15mm的顆粒，對煅燒及煅燒系統的設備不形成任何影響;
10)蒸汽管式(烘干)煅燒窯是一個既可以獨立作為烘干設備使用，也可將預熱烘干、物料煅燒等功能集成為一體的設備，即可用于高含水原料的**烘干，有可直接形成烘干及煅燒一體化集成，大大優化工藝的煅燒系統。作為一步法的將烘干及煅燒集成的一體化設備，對產品質量的調控和**因蒸汽熱源、管式換熱及回轉運行的特點，在各類煅燒設備中仍然具有很高的性能，優于煙氣煅燒設備。
四、蒸汽管式(烘干)煅燒窯對熱源的要求
蒸汽管式(烘干)煅燒窯的熱源主要為飽和蒸汽或過熱蒸汽。其蒸汽溫度一般必須高于石膏出料溫度20度以上。較低的蒸汽溫度對設備運行及換熱效率都有較大的影響，但過高的溫度和壓力對煅燒窯的制作成本影響較大，也不易得到;采用不同的蒸汽熱源對生產運行，設備成本及產能具有較大的影響;
蒸汽一般分為飽和蒸汽和過熱蒸汽，飽和蒸汽是未經熱處理的蒸汽，無色、無味、不能燃燒且無腐蝕性的氣體。飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應。二者之間只有一個獨立的變量。飽和蒸汽容易由氣態變為液態，并釋放出大力的熱量，也就是說，飽和蒸汽在輸送或保壓過程中，如有熱量釋放，蒸汽中就會形成液態水形成。過熱蒸汽是常見的動力能源，常用來帶動汽輪機工作或用于蒸汽輸送，過熱蒸汽是由飽和蒸汽進一步加熱升溫形成的，其中不含液態水;過熱蒸汽的溫度與壓力無對應關系，是兩個獨立參數，密度由這兩個參數決定。過熱蒸汽在輸送過程中會因為熱量釋放逐漸降溫，如過熱度不高，會降溫逐漸由過熱狀態變為飽和狀態或過飽和狀態;飽和蒸汽突然大幅大降壓，也會變為過熱蒸汽。
過熱蒸汽更利于蒸汽輸送，但不利于熱量釋放。過熱蒸汽從氣相到液相的過程要釋放顯熱達到飽和狀態，才可以大量釋放相變熱后變為液態，如過熱度過高，則非常不利于熱量釋放;而飽和蒸汽遇吸熱條件即可轉變為液態釋放大量的相變熱;蒸汽的相變熱(潛熱)要遠高于顯熱;因此在煅燒過程中，以蒸汽為熱源，主要是利用蒸汽的潛熱，使蒸汽釋放出相變熱來**煅燒所需的熱量。但由于飽和蒸汽輸送過程因散熱而容易導致熱損嚴重，因此，煅燒所采用的蒸汽一般需要一定的過熱度;
常用的飽和蒸汽溫度壓力及對應熱晗值：
過熱蒸汽的溫度壓力及對應焓值
副產石膏烘干過程中，出料溫度一般保持在100度左右，所采用的蒸汽溫度及壓力可以低一些，但考慮到的換熱效率、設備工作順暢性(提高窯內溫度，利于水汽排出)、產量等因素，一般*好采用180度以上的蒸汽更為合適。石膏煅燒過程中，出料溫度一般要**在150-170度，因此，所需要的蒸汽溫度必須大于170度，一般應保持在190度以上。且從換熱效率的來講，蒸汽溫度越高，與物料或窯內空氣溫差越大，越有利于熱量傳遞。但過高的飽和蒸汽對設備等的要求較高，過熱度過高的蒸汽則不利于熱量釋放;而過低的蒸汽溫度除不利于熱量傳遞外，同時會使烘干煅燒窯內的溫度過低，不利于煅燒及水汽排出;因此，蒸汽煅燒窯一般采用壓力為1.0-2.0MPa，溫度為200-300度的蒸汽作為熱源。在進入煅燒窯時可采用溫度壓力調節裝置，**蒸汽溫度的過熱度在15-30度即可;
蒸汽作為烘干煅燒窯熱源，會在管網形成一個密閉的管路系統，生產過程為一個保壓換熱的體系，即不斷的補充蒸汽，使管網保持一定的壓力和溫度，管網與石膏接觸傳遞熱量或向窯體內輻射熱量，使管道內的蒸汽降溫相變為液態水，并通過排水設施及時的排出管網。因管網排出的水主要為蒸汽相變后形成的高溫(臨界)水，雖在排出過程中會進一步釋放顯熱降溫，但一般均高于物料溫度(烘干物料一般為100-110度，煅燒物料為150-170度)，因此，煅燒窯排出的水會進一步形成低壓蒸汽和冷凝水的混合體，有條件的可進行二次利用進行低溫預烘干;
蒸汽作為熱源，溫度非常穩定，利于石膏烘干煅燒過程的控制，而且屬于低溫熱源，是幾種熱源中*有利于穩定生產和控制的有熱源，也是*綠色環保的熱源(除去蒸汽的產生過程的環保問題);因此，以蒸汽為熱源的烘干煅燒設備，產品質量一般均非常穩定，性能優良，相比例較好;
五、蒸汽管式(烘干)煅燒窯的適應范圍
蒸汽管式(烘干)煅燒窯是一種集成了烘干與煅燒功能的一體化設備，更適合各類含水在20%以內的副產石膏。過大的水分，會導致物料易粘結管道和窯壁，且在入窯端易結球結塊，不 于設備運行;如水分過大，可采用前端預烘干將水分降至20%以內，或采用將烘干物料回送至原料喂料端，摻入干物料減弱原料粘性的方式;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯可適應于副產石膏的烘干，也可用于一步法的煅燒，僅僅是工藝參數和部分窯體內結構的差異，用于一步法煅燒，所采用的蒸汽壓力溫度應盡可能高一些，利于**出料溫度;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯因采用的熱源波動小，熱量釋放快，低溫煅燒，更易適用于對產品性能要求很高的產品的煅燒(對相比例控制較為嚴格)，也更易煅燒得到凝結時間較長的產品;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯尤其適合于一個設備生產多種性能的產品，即設備的調整范圍較寬，可以根據產品要求，設定不同的出料溫度和煅燒時間，以達到不同的相比例和產品性能;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯非常適合細度較高的副產石膏原料的烘干或煅燒。部分副產石膏原料晶粒細小，細度較高。在部分煅燒設備(采用流化態煅燒或直接接觸煅燒)中較難控制，但在蒸汽管式(烘干)煅燒窯內物料不受“風”的影響，可以均勻翻騰煅燒，能夠較好的控制煅燒狀態和效果，形成較好的產品。
蒸汽烘干煅燒窯適用于壓力0.8—2.0MPa，溫度200-300度的過熱蒸汽或飽和蒸汽為熱源的副產石膏的烘干及煅燒;可根據換熱需要設計各種規模的煅燒設備。過低的蒸汽壓力和溫度，易造成設備運行中的黏管、粘壁等現象，影響設備換熱及運行;過高的壓力及溫度，造成設備成本的升高;
蒸汽管式(烘干)煅燒窯能夠適應原料較大的粒度，原料粒度小于15mm，均可直接喂入煅燒窯進行煅燒，對產品質量及設備運行效果基本無影響。
蒸汽管式(烘干)煅燒窯可用于脫硫石膏、磷石膏、鹽石膏、檸檬酸石膏及其它副產石膏的預熱烘干和煅燒;可用于生產適合生產石膏制品的凝結時間較快3-4分鐘(刀劃法)的產品煅燒，也可適用于生產砂漿及模具用凝結時間較長6-9分鐘(刀劃法)石膏粉的煅燒;可適用于各類規模的生產線的煅燒(5-30萬噸);但在應用中必須充分考慮原料中的影響因素，脫硫石膏中氯離子含量較高時，會對設備壽命形成很大的影響;磷石膏及檸檬酸石膏中的酸性，必須采用合適的設備材料，以**設備壽命。
作者單位：寧夏博得石膏設計研究院
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