您的當前位置：管式煅燒窯在副產石膏中的應用
管式煅燒窯在副產石膏中的應用
王立明 段慶奎
(寧夏博得石膏設計研究院寧夏750000)
摘要：隨著工業副產石膏的大量產生和應用，以及現階段政府對環境保護提出的要求，工業副產石膏的綜合利用也應向著環保、節能、降耗等方面進行努力。本文從副產石膏的煅燒設備及方式、管式煅燒窯及其特點、管式煅燒窯的原理、管式換熱設備的特點、管式煅燒窯煅燒副產石膏產品的經濟技術參數等方面作出介紹及分析。分析表明，管式燒設備在采用燃煤的模式和蒸汽模式的專用設備下，可達到節能和環保效果，同時能夠較好的**產品性能，是一種能夠較好復合副產石膏應用的煅燒設備類型。
關鍵詞：工業副產石膏：煅燒設備：方式：管式煅燒窯;特點;原理;換熱設備;經濟技術參數
隨著近年來副產石膏的大量產生和環保要求的進一步提升，每年全國大約產生各類副產石膏1.4億噸以上，其中脫硫石膏約6000萬噸，磷石膏約7000萬噸;副產石膏經煅燒后制得建筑石膏粉及其制品應用，是副產石膏除直接作為水泥緩凝劑外的第二大用途。因此，如何選用能夠綜合體現副產石膏利用中的環保、節能、產品性能等特點的煅燒設備及工藝，建設適合不同類別、不同環保要求、不同產品特性的副產石膏煅燒生產線.才是能夠真正將副產石膏資源化應用的有效途徑;
1副產石膏的煅燒設備及方式
隨著各類副產石膏在建筑石膏等領域的大幅度應用，副產石膏的煅燒設備和方式也更趨于多樣化。各設備廠家根據副產石膏的特性開發了各類不同類別的煅燒設備;目前主要的煅燒形式從換熱方式上主要分為直接換熱設備和間接換熱設備，從工藝布置上分為預熱+煅燒的二步法和預熱煅燒連續完成的一步法工藝;從煅燒設備所采用的熱源上又分為煙氣煅燒、導熱油煅燒、煙氣+導熱油煅燒及蒸汽煅燒等多種方式。
直接式換熱設備一般均以燃燒煤、氣、油等產生的高溫熱煙氣為換熱介質，利用高溫煙氣與物料在換熱設備內直接接觸的過程中快速的進行換熱和煅燒，使石膏急速的烘干升溫并快速脫去部分結晶水而形成半水、Ⅲ型及少量二水石膏組成的混合石膏相。因此，該類設備一般屬于快速煅燒設備，煅燒能耗因設備不同而有較大差異，但一般均較低，煅燒效率高;利用該類煅燒設備制得的石膏粉一般凝結時間短、質量穩定性較差，適合生產對凝結時間要求較快且對質量波動影響較小的產品，如石膏砌塊等制品;不宜用于對石膏粉穩定性要求高的產品如石膏砂漿及需要添加外加劑的制品及產品;
間接換熱設備一般可采用煤、氣、油等作為燃料直接煅燒換熱設備或產生熱煙氣等介質通過換熱設備的特殊換熱結構與物料進行換熱，也可直接采用高壓蒸汽、高溫煙氣等熱源進行換熱煅燒;該類設備的換熱的特殊結構將熱介質與石膏分離并進行以熱傳導為主的換熱;過程中熱介質與石膏不接觸;因此，該類煅燒一般屬于中速或慢速煅燒，換熱過程較長，煅燒能耗因設備不同而差異很大，但一般均高于直接換熱，設備煅燒效率較低，設備投資較高;利用該類設備煅燒得到的石膏粉產品一般性能優良、質量穩定，凝結時間較長并具有一定的可調范圍，產品適合各類石膏制品及石膏粉類用戶的要求，尤其適合對石膏粉性能要求較高的客戶或產品生產;因副產石膏高細度的特性，該類設備更有利于產品的生產和環保的要求;
預熱+煅燒的工藝模式對副產石膏的煅燒工藝來說，有利于大規模(單機產量大于15萬噸)及高含水量(附著水含量大于15u/o)的生產線模式，因含水量過高對單機產量或質量影響較大時，可采用該類工藝;也可用于單機換熱效率較低的設備，其尾氣溫度過高，預熱設備采用煅燒設備尾氣為熱源的預熱模式;除此之外，采用預熱+煅燒分離的模式均會增加工藝的復雜程度，增加熱源(如預熱和煅燒各自采用獨立熱源，則更不可行)從而增大散熱面積和散熱尾氣，導致綜合熱耗較高;
預熱煅燒一體化的工藝模式對于生產規模中等、含水量多在15%以內的副產石膏來說一般是較為合適的，除非該工藝所選煅燒設備不能直接利用含水15%以內的原料(部分煅燒設備不能直接適應含水量大，3010以上，粒度較大的原料，必須采用其它設備輔助進行預粉磨或預熱烘干);生產工藝簡單、熱損面積小、尾氣排放等環保設備減少，如設備自身換熱結構設置合理，熱利用裝置完備，則可大幅度減小煅燒熱耗并縮減生產線投資;有利于產品質量管理和控制。
煙氣煅燒設備一般采用燃料燃燒后的熱煙氣為熱介質，與物料進行直接或間接換熱的煅燒設備;該類設備煅燒為一次熱源利用，只要設備結構合理，一般熱效率較高，熱損小;熱煙氣可直接與石膏換熱也可通過特殊的設備結構進行循環利用換熱;熱煙氣溫度一般可達400℃~950℃，換熱過程主要利用高溫煙氣攜帶的熱量與石膏進行熱交換而煅燒;
導熱油煅燒設備一般是利用燃料燃燒加熱導熱油，使導熱油達到一定溫度后在換熱設備與加熱裝置之間循環，導熱油所攜帶的熱量在換熱裝置中與石膏進行熱交換進行石膏粉的煅燒，釋放熱量后的導熱油循環回導熱油加熱系統中繼續加熱后循環;對換熱裝置而言，該類設備屬于二次熱源利用，其已經為較憲備的熱循環系統，熱耗相對較低，但很難有提升空間;該系統雖然導熱油部分循環利用較為完備，但導熱油加熱部分因多采用煤為燃料，而導致熱煙氣的浪費和排出影響熱利用率并增加環保投入;
煙氣+導熱油的模式一般為雙熱源的分離式預熱和煅燒系統，采用燃料燃燒的高溫煙氣進行脫硫石膏預熱烘干，采用導熱油換熱設備進行煅燒;因采用了雙熱源，一般熱耗很高，不宜采用，該系統的預烘干如采用導熱油加熱鍋爐的煙氣為預烘干介質，而加熱的導熱油進行煅燒，則可優于單純利用導熱油煅燒系統，但需要較好的進行熱量匹配;
蒸汽煅燒設備一般是利用高溫高壓(一般大于0.8MPa、200℃)蒸汽為熱源對石膏進行煅燒的設備;該煅燒過程雖然為二次熱源，但由于副產石膏的特殊性(如脫硫石膏多為電廠產生，同時電廠一般均具有合適的蒸汽源)，該類煅燒方式在合適的條件下，將成為副產石膏生產的*綠色的模式。
尤其在目前的環保形勢及行業發展等條件下，燃煤是*經濟的、成本*低的燃料，但對環保影響較大，且很多地區均已限制二氧化硫的排放，燃煤限制與副產石膏利用高速發展的矛盾將會更為顯著;而燃氣及燃油等設備由于油氣等的高成本等原因，不可能成為多數生產企業的選擇;因此，在霧霾橫行的嚴峻環保形勢與更高的環保要求下，應首先根據各個地區、各類不同的副產石膏、不同的資源條件選擇*有利于副產石膏資源化利用、有利于環保、有利于生產及成本的煅燒設備及煅燒模式;如脫硫石膏由于其產生地的優勢的資源特性(具有合適的蒸汽源)，應該**蒸汽類煅燒設備及蒸汽煅燒的方式，做到真正的副產石膏的綠色生產與綠色產品。
2管式煅燒窯及其特點
2.1管式煅燒窯的原理
石膏常用的回轉窯主要有內燒式回轉窯和外燒式回轉窯兩類，內燒式回轉窯較為常見，即在回轉式干燥機的基礎上改型而成，回轉筒內部設置不同形式的抄料板，將高溫煙氣直接通人窯體內，通過抄料板使物料與高溫煙氣*大幅度的接觸換熱，完成煅燒。外燒式回轉窯多是在回轉窯外部砌筑燃燒室或換熱室，將窯體盡可能多的包裹在窯爐內，通過加熱窯體外壁從而煅燒窯內物料的方式。
管式煅燒窯是一種新型的間接換熱連續式煅燒設備，其完成換熱的關鍵部分為換熱管網，主要是在窯體內部根據熱介質和換熱要求設置不同換熱面積和不同形式的管網，管網固定在窯體內壁并隨窯體旋轉，管網設有高溫煙氣入口，煤煅燒后的高溫煙氣(600℃～900℃)進入換熱管網，管網與喂入窯體內的物料進行換熱。在換熱過程中管網內高溫煙氣通過管壁將熱量傳遞給管網外包裹的物料，在窯體下部，管網是360度被物料包裹，相當于高溫煙氣從物料內部穿流而過，而且根據物料特性在窯體不同的部位設置不同角度的抄料板和導料板，增加物料與換熱管網接觸的時間，**物料在窯體旋轉運動的過程中，每一個旋轉周期內有三分之二的時間熱管與物料接觸在一起，循環反復，因此換熱效率較高。同時在換熱過程中，由于窯體的旋轉，物料不斷被管網抄動，即**煅燒的均勻性，又有利于管網與物料的充分接觸;隨著窯體的旋轉和抄板的作用，物料向前移動并逐步完成煅燒脫水。
該設備主要由旋轉外簡體、換熱管網、進料裝置、傳動系統及密封系統組成。設備核心部分為換熱管網，可以根據換熱要求設置換熱面積、管網形式、抄板形式及角度、熱介質特性等設計不同排列形式和組數的換熱熱介質管道，管道內根據需要通入蒸汽或熱煙氣，利用換熱列管進行傳熱煅燒;因此，該煅燒設備屬于間接**換熱的煅燒設備，可以根據換熱介質設計為煙氣管式煅燒窯和蒸汽管式煅燒窯，可以適應各種規模的生產線，同時可以根據原料和產品要求設置為先磨后燒、先燒后磨、順流、逆流等多種形式，能夠適應煤、煤氣、天然氣、油、高溫煙氣、飽和或過熱蒸汽等多種燃料和熱源;可以適用于脫硫石膏、磷石膏、天然石膏等多種原料;生產4～15分鐘凝結時間的能夠適用于各類石膏制品、砂漿配置及高性能、高白度的石膏產品。
2.2管式換熱設備的特點
(1)單位容積處理量大，換熱效率高換熱設備內部可設置各類加熱片，較大的增加了設備的有效換熱面積，換熱管可以根據不同物料含水率及特性，設置多種換熱管形式及角度，增加物料與換熱管的接觸時間，增加換熱效率;比早期的旋管窯換熱面積及換熱效率大幅度提高;
(2)對含水在20%以內的副產石膏，可將預熱烘干與煅燒一次性完成，減少生產過程及熱損面積，**產品煅燒過程的穩定性;
(3)可以根據不同熱源要求，原料特性，設置成蒸汽管式煅燒系統或者燃煤、燃油、燃氣及高溫煙氣利用的煙氣管式煅燒系統;
(4)物料在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8~15%;物料停留時間可在20min—60min內調整;
(5)排出尾氣中粉塵攜帶量小因為在煅燒系統內，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;
(6)煅燒過程煙氣與物料分離，能夠*大程度的**產品白度，減少燃料雜質對產品的影響。
3 副產品石膏與管式煅燒窯
副產石膏一般具有含水率高(一般在5%—20%)的顯著特點，因此對常規的大多煅燒設備，均需對副產石膏原料首先進行預烘干，然后再送入煅燒設備煅燒;或者采用煙氣與石膏直接接觸的煅燒方式，而副產石膏較高的細度對以上兩種煅燒方式均存在著產品質量與環保的影響。
管式煅燒設備對原料水分適應性高(可直接適應0%—20%水分的原料)，石膏在煅燒設備內在一次性連續完成預熱烘干和煅燒，簡化生產工序，較好的**石膏的煅燒過程，控制并將熱損失的過程降至*低;在煅燒過程中，石膏與熱介質分離，煅燒窯內為微負壓運行，可根據煅燒要求和產品要求控制石膏在煅燒窯內的煅燒時間和溫度，**了環保要求和產品要求。石膏出煅燒窯前經過窯內設置的分級設施，將顆粒物料分離并粉碎，簡化了后續的分級和粉碎工序。煅燒產品因煅燒溫度和煅燒時間的調整，能夠較好的調整出適應石膏砌塊、石膏砂漿及其它石膏制品的各類凝結時間適中的產品。因此，管式煅燒設備是副廠適應副產石膏特性的一類節能和環保效果較好的煅燒設備。
目前，我們在已經成熟應用的旋管煅燒窯的基礎上，進一步提高換熱效率、增加換熱面積、適應不同熱源的要求，研制開發成功煙氣多通道復合式石膏煅燒窯、蒸汽石膏管式煅燒窯等更 為節能和環保的設備。
煙氣多通道復合式石膏煅燒窯主要是根據煅燒窯不同換熱區域的換熱要求與物料變化，采用不同形式和角度特定的換熱管道，提高管道與物料的接觸時間及面積，從而達到提高換熱效率的目的，該設備已經在脫硫石膏、天然石膏等形成5—10萬噸規?；a線，****，成為旋管煅燒窯的替代產品;在脫硫石膏的利用中，該煅燒設備進一步復合了物料分級系統，將煅燒產品中的顆粒物料在出煅燒設備前進行分級處理，簡化了生產線的后續處理。
蒸汽管式煅燒窯主要是利用飽和或過熱蒸汽為熱介質，將煅燒窯內的管道設置為高壓管道，同時增加蒸汽分配室、冷凝水排出系統、不凝氣排出系統、旋轉接頭等;其換熱主要是根據烘干或煅燒所需熱量要求，設置單位容積內需要完成換熱所需的換熱管道面積，利用管道中過熱和飽和水蒸氣達到汽變水的過程中釋放出的相變熱達到烘干和煅燒的目的，根據相變熱的釋放條件，該類煅燒設備是根據熱需求而給予熱量(在**換熱面積的前提下)，熱損失相對較低，換熱效率高;而且煅燒過程中，控制簡單，產品質量穩定，非常易于實現生產線的全自動生產，隨設備投資略高，但可大幅度降低生產電耗及人員配備。
作為目前副產石膏主要類別的脫硫石膏，90%均產生于電廠的煙氣脫硫，而且由于脫硫石膏嚴格的質量控制，脫硫石膏一般質量穩定、品質優良，均可達到一級以上石膏原料要去，是*好利用和*具有利用價值的副產石膏;因此，脫硫石膏利用率較高，將是建筑石膏產制品的主要原料。而脫硫石膏分布區域較為均勻，大部分地區對燃煤均有進一步的限制，脫硫石膏本身是電廠因環保而產生的產物，如利用過程中再次燃煤，其資源化利用必然受到限制。而電廠一般具有較為合適的蒸汽資源，因此，脫硫石膏的煅燒應盡可能發展就近利用電廠蒸汽的蒸汽煅燒模式，才是脫硫石膏真正資源化利用的有效途徑。
4管式煅燒窯煅燒副產石膏產品的經濟技術參數
(1)煙氣多通道復合式石膏煅燒窯煅燒脫硫石膏
在年產5萬噸脫硫石膏生產線中，采用煙氣多通道復合式石膏煅燒窯為煅燒主設備，該生產線原料含水率為12%，脫硫石膏中二水硫酸鈣含量為90.3%，生產線連續運行30小時后進行生產線參數測定：
煅燒窯喂料量：9.6噸/小時;
煅燒窯爐膛煙氣溫度：915℃～925℃
煅燒窯進口煙氣溫度：620℃—660℃
出料溫度：150C—155℃
8小時喂煤量：2847公斤;(煤熱值為5000大卡)
單位產品煤耗：48.22公斤/噸產品
產品檢測數據：
需水量：68%
凝結時間：初凝7mln，終凝lOmin
2小時抗折強度：3.5MPa
生產線電耗測定值為250度電/噸產品;煤耗測定值為48.22公斤/噸產品;按照當地煤電價格核算(煤入廠價200元/噸，電0.8元/度)，能耗成本為29.64元/噸產品;
(2)蒸汽管式煅燒窯煅燒脫硫石膏
在年產6萬噸脫硫石膏生產線中，采用蒸汽管式煅燒窯為煅燒主設備，該生產線原料含水率為12～13%，脫硫石膏中二水硫酸鈣含量為90%，生產線連續運行20小時后進行生產線參數測定：
煅燒窯喂料量：9噸/小時;
車間蒸汽壓力：1.5MPa
車間蒸汽溫度：220C
入窯蒸汽壓力：0.7—0.76MPa
出料溫度：151℃～156℃
8小時耗氣量：22.88噸;
噸產品耗氣量：0.428噸/噸
產品檢測數據：
A：需水量：66%，凝結時間：初凝8min，終凝l0min;2小時抗折強度：3.6MPa：
B：需水量：72%，凝結時間：初凝4min，終凝6min;2小時抗折強度：3.4MPa：
生產線電耗測定值為14度電/噸產品;蒸汽消耗測定值為0.428噸/噸產品;按照當地汽電價格核算(汽人車間價120元/噸，電0.8元/度)，能耗成本為62.56元/噸產品：
因此，對環保要求不同的區域，根據不同的資源條件，選擇合適的換熱介質和熱介質設備，即可達到副產石膏的有效利用和*大價值，又可**環保要求。對脫硫石膏，有條件盡可能采用蒸汽煅燒的模式，蒸汽換熱設備的運行成本較燃煤有加大增加，但其環保效果能夠真正實現綠色生產。而只能采用燃煤方式的煅燒，必須選用節煤、環保的煅燒設備，僅可能降低耗煤量，提高環保處理要求，減少尾氣排放;管式煅燒設備在采用燃煤的模式和蒸汽模式的專用設備下，均可達到較妤的節能和環保效果，同時能夠較好的**產品性能，是一種能夠較好復合副產石膏應用的煅燒設備類型。
