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利用螺旋干燥机处理脱硫石膏的可行性分析报告

摘 要

螺旋式干燥机是根据我国脱硫石膏处理的目的和目标，结合目前电厂脱硫处理所排出的脱硫石膏，在原干燥机的基础上，开发出的一种新型干燥装置，配套热能回收技术，多效蒸发节能技术，通过多层结构将多种技术结合在一起，同时实现了螺旋式干燥机的大型化制造，是一种可以大量处理物料的干燥装置。螺旋式干燥机广泛应用，在产业政策角度，使电厂脱硫石膏得到妥善的处理和有效的综合利用，能促进脱硫环保工业及其相关产业健康、快速发展，并能节约天然石膏资源，脱硫石膏还可以循环重复使用，综合利用率达到100%，加快了电厂环保实施进度，解除了电厂脱硫的后顾之忧。

关键词：

  脱硫石膏  综合利用 干燥 螺旋干燥机 可行性分析

引 言

随着我国经济建设的快速发展，大气污染防治成为一个突出问题。我国二氧化硫的排放中，火电厂烟气排放约占一半。自2000年始，国家制订了《两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划》，在酸雨控制区和二氧化硫控制区（两控区）内，将削减二氧化硫排放总量控制的重点放在火电厂污染上，采取了一系列措施。“两控区”包括4个直辖市、4个经济特区和21个省会城市，其生产总值占国内生产总值的67%。计划明确提出，2005年“两控区”二氧化硫排放量要比2000年减少20%；80%城市空气二氧化硫浓度年均值达到国家环境空气质量二级标准。国家在高硫煤地区、超标排放地区和城市附近的大电厂重点建设一批脱硫项目。截至2005年底，建成投产的烟气脱硫机组容量达到5300万千瓦。在这些电厂中，采用湿法脱硫工艺脱硫的占90％以上，10万千瓦及以上脱硫机组达到4400万千瓦，机组用煤平均含硫量为1.23％，平均脱硫效率达到92.5％，年可削减二氧化硫230万吨，亟待处理的脱硫石膏达1000万吨以上，如不予处理，则排放堆积、污染环境；如能综合利用，可变废为宝。

只需在传统的石膏板制造工艺中加一套烘干、煅烧系统，其他的技术和设备工艺无需更改，即可采用脱硫石膏作为生产原料生产制造纸面石膏板，将脱硫石膏烘干造粒后，也可用于水泥行业做为缓凝剂。与使用天然石膏相比，使用脱硫石膏省去了破碎工艺。脱硫石膏出厂价一般低于天然石膏，对于缺乏天然石膏的地区，购置天然石膏的费用中，运费是无法削减的成本，如果企业采用本地电厂的脱硫石膏，将使生产的原料成本大大降低。鉴于脱硫石膏良好的品质和经济效益以及利用的可行性，可以预见，脱硫石膏的应用蕴藏着巨大的市场机遇，在不久的将来生产建材制品时，会有大量的脱硫石膏替代天然石膏，那些天然石膏匮乏而脱硫石膏资源丰富的经济发达地区更会如此。

 因此，把脱硫石膏烘干后，将会有很大的价值提升，而烘干脱硫石膏现在国内比较成熟的办法就是，利用螺旋干燥机烘干煅烧二步法制备建筑石膏，该工艺具有能耗低、工艺简单、产品质量稳定、易控制等显著优点。

一、脱硫石膏资源丰富

1.1 脱硫石膏基本性质

脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙。烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径约40～60μm，颗粒呈短柱状，径长比在1.5～2.5之间，颜色呈灰、黄，二水硫酸钙含量较高一般都在90%以上，含游离水一般在10％～15%，其中还含飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。

1.2 烟气脱硫石膏与天然石膏比较

天然石膏与烟气脱硫石膏的化学成分及细度见表1、表2。

表1　天然、脱硫石膏化学成分及细度

项　　目CaOSiO2Al2O3SO3Fe2O3MgOLoss筛余(45 μm)/%

天然石膏31.54.31.7341.11.151.3017.28.8

脱硫石膏31.62.70.742.40.51.019.21.0

表2　颗粒粒径分布

粒度/μm806050403020105

天然石膏筛余/%10.94.79.54.914.415.520.012.7

脱筛石膏筛余/%5.015.58.321.931.015.71.70.4

注： 天然石膏中未计入8.8%大于80μm的颗粒。

1.2.1天然与脱硫石膏的相同点 

  1.2.1.1水化动力学、凝结特征、产出过程与天然石膏相同，只是速度快； 

   1.2.1.2转化后的五种形态、七种变体物化性能一致，可以代替天然石膏作建材； 

   1.2.1.3无放射性，不污染和危害健康。 

1.2.2天然与脱硫石膏的不同点 

   1.2.2.1原始状态：天然石膏粘合在一起，脱硫石膏以单独的结晶颗粒存在。脱硫石膏主要矿物相为二水硫酸钙，主要杂质为碳酸钙、氧化铝和氧化硅，其他成分有方解石或α石英、α氧化铝、氧化铁和长石、方美石等。烟气脱硫石膏部分晶体内部有压力存在，而天然石膏主要以韵态存在。脱硫石膏杂质与石膏之间的易磨性相差较大，天然石膏经过粉磨后的粗颗粒多为杂质，而脱硫石膏其颗粒多的却为石膏，细颗粒为杂质，其特征与天然石膏正好相反。颗粒大小与级配：烟气脱硫石膏的颗粒大小较为平均其分布带很窄，颗粒主要集中在30-60μm之间，级配远远差于天然石膏磨细后的石膏粉。 

1.2.2.2煅烧机械性能：烟气脱硫石膏的脱水温度在120-160℃左右，脱硫石膏脱水时为脱游离水，其物料温升速率较慢，排潮量大；后过程为脱结晶水，其物料温度上升速率较快，排潮量小。我们通过试验所确定的熟石膏炒制最佳温度为160-180℃，经过陈化后，在此温度内得到的建筑石膏强度最高、性能最优。脱硫熟石膏粉的强度远远超出GB9776-88优等品建筑石膏强度要求，但其加水后的流变性不好，颗粒离析、分层现象严重，制品容重较大。用这种石膏作纸面石膏板，一方面难以控制其干粉的流动、运输、喂料性能，另一方面由于离析分层，会导致板面强度和容重不匀，板芯和护面纸粘接出现问题；用作粉刷石膏时，其施工性能也较差。因此，烟气脱硫石膏应考虑粉磨问题。由于石膏结晶体呈柱状，颗粒结构紧密，使水化硬化体有较高的强度。表面强度比天然石膏高10-20%，也证明了两种石膏结构致密程度的差异。烟气脱硫石膏硬化体表面强度比天然石膏高。 

1.2.2.3化学成分:特别是杂质成分上的差异，导致其脱水特性、易磨性及煅烧后的熟石膏粉在力学性能、流变性能等宏观特征上的不同。

脱硫石膏与天然石膏化学组成相差不大，品质相当；但天然石膏的杂质以粘土矿物为主，磨细后颗粒较大，在水化时一般不能参加反应，因而性能在一定程度上不及脱硫石膏。

1.3 脱硫石膏的资源丰富

石灰石/石膏湿法工艺是目前应用最广泛、技术最成熟的烟气脱硫技术，约占已安装FGD机组容量的70%。每吨SO2能副产脱硫石膏2.7吨，一个30万KW的燃煤电厂，如果燃煤含硫1%，每年就要排出脱硫石膏3万吨。 煤炭占我国一次能源消耗量的75%，其中火电燃煤又占了1/3，1997年全国工业SO2排放为1852万吨，国内6MW以上的火电排放的SO2为600多万吨。2000年全国火电厂装机约为22000万KW，同年在建脱硫机组总容量为1000万KW。火电厂大规模脱硫的技术条件已经成熟，今后几年，我国将加快推进这一工程。目前已经建成投产脱硫装机容量530万KW，在建脱硫机组总容量为1800万KW。到2010年末，全国火电厂烟气脱硫机组总容量约为4500～5000万KW，以80%采用湿法脱硫，含硫量2%的煤，平均应用基Qdw=20.93Mj/kg（5000Kcal/kg），年运行5000h（210天），年平均发电煤耗350g/kwh，平均脱硫率90%，则年产生FGD为760～950万吨。因此副产脱硫石膏的量十分巨大。

二、脱硫石膏国内外利用现状

工业发达国家比较好的解决了脱硫石膏运输、干燥、改性、应用等技术性难题，石膏工业都存在大规模采用脱硫石膏，应用技术也比较成熟。日本是世界上最早大规模应用脱硫装置的国家，每年排放脱硫石膏近200万吨。FGD品质高，利用最好，平均达到97.5%以上，1977年利用量达到214.5万吨，几乎全部用于生产石膏板，近年还采用粉煤灰和FGD并添加少量石灰作成具有火山灰反应强度的“波造特”湿润性粉状材料，作为沙土替代料。德国FGD技术最先进且数量最大，并全部利用，主要在产地建厂生产石膏板，另外用作替代高龄土和方解石生产纸的填料和涂胶料。英国和荷兰应用脱硫石膏，用于自流平地面和砌块。美国70年代后发展迅猛，2000年的产量已经达到900万吨。目前主要和天然石膏一起用于生产石膏板。按照目前的趋势，预计2010年，全世界的脱硫石膏排放将达到5000多万吨。 脱硫石膏是资源，要珍惜利用。我国现在每年排放的脱硫石膏在50万吨以上，大多露天弃置或用来铺路、填沟。堆存等占据大量的土地，对环境造成了二次污染，也浪费了大量优质资源。国内脱硫石膏产生的历史很短，综合利用也是刚刚起步，对其应用价值和市场竞争力普遍认识不够。天然石膏的处理工艺和设备也并不完全适合脱硫石膏，更增加了应用上的难度。导致国内现在还没有很好的展开应用。脱硫石膏品位高、适合作为建材生产的原料。但需要突破大量应用在工业化生产时的若干技术性难题：开发先进适用的技术进行脱硫石膏烘干处理、磨细改性、连续煅烧，有针对性的攻克应用时的过程控制等专有技术。综合利用也要选准方向和产业，附加值高、先进生产方式的产业才能适合。

三、脱硫石膏应用前景

以上海地区为例来分析脱硫石膏的应用前景。上海地处工业基础雄厚的长江三角洲地区，能源需求量大，环保要求高，天然石膏资源匮乏，是推广脱硫技术和应用脱硫石膏的主要地区。

     根据上海新一轮环保三年行动计划，2006～2008年约6508MW燃煤机组脱硫工程全部上马后，按照1%煤含硫量计算，上海每年将产生约60~70万t的脱硫石膏。积极利用好这些脱硫石膏，符合循环经济要求和科学发展观理念。