直接利用电厂过热蒸汽生产脱硫建筑石膏的工艺和设备浅析
摘要：脱硫石膏是电厂采用石灰石-石灰湿法烟气脱硫的副产品，是一种优质的石膏资源。低温过热蒸汽是电厂的低能级热源，对于脱硫石膏的烘干和煅烧属于高效的洁净能源。本文探讨了利用电厂过热蒸汽直接生产脱硫建筑的工艺和设备，通过成熟的案例，证明电厂利用过热蒸汽生产脱硫建筑石膏，具有最佳的社会效益和经济效益。
一、前言
烟气脱硫石膏是电厂采用石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫时生产的副产品。它的主要成分是二水硫酸钙，由烟气中的SO2和CaCO3或CaO发生反应而得到的。
目前，全国火电烟气脱硫每年大约5000万吨的脱硫石膏需要集约化处理，减少脱硫石膏副产物堆放的二污染和占地难题，提高资源综合利用，是各电厂比较迫切的议题。
对于利用脱硫石膏生产建筑石膏和其他制品如石膏砌块、纸面石膏板、粉刷石膏等，工艺技术和设备日渐成熟，脱硫石膏的烘干、煅烧的能源多使用高能级能源如煤、油、天然气等，但由于生产规模小，能源综合利用效率偏低，再加上投资限制，容易造成新的环境污染。比如，使用天然气作为热源，即使不考虑价格因素，还是造成大量的CO2气体排放，增加温室效应；用煤、油作为热源，造成SO2、CO2的污染更大，随着环境保护意识的加强，其发展必然受到限制。
大型发电厂本身就是高效能源生产单位，在正常发电厂前提下，有很多低能级热源（包括部分做功后的低参数蒸汽，低温烟气、预热器的热风等）可以利用，特别是0.8MPa以上、300℃以下的过热蒸汽符合二水石膏脱水要求。
二、过热蒸汽的特点
过热蒸汽做功，首先释放显热，转化为等压饱和蒸汽；饱和蒸汽释放汽化潜热后转化为饱和水。该饱和水经膨胀后转化为低压力下的饱和蒸汽和饱和水，可以梯度综合利用。由于汽化潜热远远大于显热，用于石膏煅烧的主要是汽化潜热。
三、直接利用蒸汽煅烧石膏的设备
我们国内利用蒸汽煅烧石膏的设备主要有立式流化煅烧机和同心圆回转煅烧机。
同心圆回转煅烧机，一般直接使用饱和蒸汽做热源，对于天然石膏、烘干后的化学石膏脱水，具有产量大、相成份稳定的特点。该类型的设备在日本应用比较多，国内泰安康亿家石膏板厂2007年引进一条台时50吨的蒸汽回转煅烧机，经过不断优化参数，现在已经稳定运行；北新宁海生产线，也选用蒸汽回转煅烧机，使用效果很好。
目前，吨熟粉的热耗约：30万KCal。
该设备主要问题是：卧式布置、体积大、重量大，占地面积大、投资高。由于同心圆换热管换热后的冷凝水靠安装倾角保证排除，传热受到一定的影响。
立式流化煅烧机，也叫沸腾煅烧炉，传热原理和同心圆回转煅烧机一样，但立式排列的换热管，便于冷凝水及时排除，充分提高了换热能力，同等规模的设备，其占地面积不到回转煅烧机的1/3，投资仅是回转烘干机的1/2。
3.1 国内第一台利用电厂低温过热蒸汽煅烧脱硫石膏的流化煅烧机，是2005年泰安西格机电科技有限公司给内蒙赛尔公司研制的7吨/时的脱硫石膏专用煅烧设备。在设计时，考虑到过热蒸汽显热不大，传热系数低于饱和蒸汽的特点，在设备结构、换热面积、材质等做了重大改进。
试车使用的电厂过热蒸汽压力为0.9—1.19MPa，温度220--260℃（不稳定），做功后的水汽直接外排（冬季采暖）。现在已经连续运行4年，产品质量非常稳定。根据生产统计，在过热蒸汽0.8MPa，温度190℃工况下，实际产量6吨/时，平均耗气量450Kg/吨熟粉—折合22万kcal/吨熟粉，平均电耗8KWH/吨熟粉。（0.8MPa，190℃过热汽焓值2815.16kj/kg）
3.2 2007年，华能武汉阳逻电厂10万吨/年脱硫石膏生产线的同样使用泰安西格机电科技有限公司开发的直接使用过热蒸汽的沸腾煅烧炉，烘干采用过热蒸汽换热风闪蒸干燥。经生产统计，在过热蒸汽1.1MPa，温度280℃工况下实际产量17吨/时，综合热耗350kg/吨熟粉---折合25.13万kcal/吨熟粉（1.1MPa，280℃过热蒸汽焓值3006.12 kj /kg）
四、直接利用过热蒸汽生产脱硫建筑石膏的工艺
4.1 烘干+煅烧两步法工艺
烘干采用高温过热蒸汽，利用换热器制备热风，通过闪蒸干燥机气流烘干，经旋风和脉冲袋式除尘器两级除尘后分离出脱硫石膏。
煅烧采用利用过热蒸汽的流化煅烧机，水汽排出带走的粉尘通过电除尘和脉冲袋式除尘器分离。
该工艺在华能武汉阳逻电厂10万吨脱硫石膏生产线采用，运行稳定，质量超过建筑石膏优等品指标。
4.2 返料煅烧一步法
气流烘干需要大量的热空气，气固分离需要庞大的收尘设备，泰安西格机电科技有限公司根据化学石膏的特性、石膏重复煅烧性能变化、蒸汽可以梯度利用的特点，开发了专用的脱硫石膏混合机，在脱硫石膏的输送过程中完成吸附水的去除。脱水的动力主要来自两个方面，一是煅烧机部分返料，150℃左右的建筑石膏和二水脱硫石膏混合在迅速提高脱硫石膏温度的同时，吸收二水石膏的吸附水；二是煅烧机做功后的余热（饱和水膨胀后变为0.6MPa左右的饱和蒸汽加热）。这种混合机，具有对流、辐射、传导等复合传热效果，具有热效率高、动力消耗小、设备故障率低等显著优点。
该工艺的主要特点：
工艺布置简洁，节省土建投资。
减少过空气系数，节省设备投资，
热源梯度利用，综合能耗低。
设备故障率低，维修简单。
目前，该工艺已经在内蒙赛尔、浙江（华能）长兴、大唐龙岗、华电青岛等多家使用，技术、设备不断完善、成熟。
五、建议
5.1 直接利用电厂过热蒸汽生产脱硫建筑石膏，已经经过多家电厂生产实践的考验，工艺和设备成熟，符合节能、环保、循环经济综合利用的政策，应该大力推广。
5.2 利用返料一步法煅烧工艺，投资省、能耗低，整个生产线不再增加新的燃料需求，符合循环经济的核心要求，是电厂脱硫石膏处理的最佳选择之一。
参考文献
1. 姜沛培、阎远东、郑文锋：《火电厂脱硫石膏综合利用工艺的选择与创新》
2. 程熹：《各种石膏煅烧设备的特点与浅析》
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