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脱硫石膏干燥煅烧设备选型有讲究

浏览:672发表时间:2021-12-08 10:58

烟气脱硫石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),游离水含量9-20%。脱硫石膏与天然石膏的物化性能基本一致,但也存在密度、白度、杂质类型、晶相特征、晶粒粒径等方面有少许区别,尤其脱硫石膏粒径小、比表面积大,造成持水量大,游离水含量往往比天然石膏高1倍以上,并且或多或少还存在二水亚硫酸钙成分,这就致使脱硫二水石膏生产半水石膏时,不能照搬天然石膏的生产模式。

脱硫二水石膏转化为半水石膏,理论上就是一个脱水过程,但实际生产中并不简单,要尽可能减少无水硬石膏的生成和二水石膏的残留,使二水石膏转化为半水石膏的转化率越高越好,以保证石膏的使用性能。按照国标GB/T9776-2008《建筑石膏》的要求,建筑石膏中β型半水硫酸钙的含量不小于60%,实际上这个含量指标的产品在市场上很难有立锥之地,一般达到75%以上,才能满足石膏板、石膏砂浆等行业的需求。

脱硫二水石膏除了含有结构水之外,还含有较高的游离水,晶体熔点没有确切温度,结构水在65℃时就开始释放,速度非常缓慢;达到107℃时,结构水迅速破坏形成游离水,随着温度升高,释放越来越快,到140℃达到峰值。鉴于脱硫二水石膏这种特性以及转化为半水石膏对结晶水的严格控制,选择合适的脱硫石膏干燥煅烧设备,技术可行性就有一定讲究。

1)机械炒锅煅烧

机械炒锅煅烧是加工二水石膏比较传统的方法,多年来衍生出各种设备型式,有平底型、凸底型和凹底型,有间歇型和连续型,搅拌形式也多种多样,常见的容积一般是15m3左右,最大的25m3左右。机械炒锅煅烧二水石膏,既有优点,也有缺点,所以迄今还有采用这种方法煅烧二水石膏。

优点:

①设备构造简单,投资较小;

②生产规模可大可小,尤其适合小规模生产,多配置炒锅可以实现较大规模生产;

③生产过程人为可调节性范围较大,可以生产多种规格指标的产品,尤其可以生产特殊指标要求的产品。

④结晶水释放不能及时排除时可以使二水石膏自溶,产生少部分α相半水石膏,能够调高石膏产品的强度。

缺点:

①单台设备产能较小,规模化生产时需要配置许多炒锅,上料、出料、烟气除尘和物料集中陈化要实现机械化和自动化就非常复杂,反而会增加投资;

②煅烧方式属于间接换热,换热面积又比较小,造成生产周期很长,热效率较低,能耗较大;

③石膏的导热系数较低,尤其初始和后期,逸出水分较少时,煅烧的热效率非常低,既增加能耗,煅烧时间又长;

④由于锅底始终有一层石膏搅拌不到,既影响传热,又会过烧,生成可溶性无水石膏甚至不溶性无水石膏的几率较大,需要较长的陈化时间转化为半水石膏;

⑤粉尘无组织排放和跑冒难以避免,生产环境较差;

⑥燃料允许使用煤炭,用炒锅是可以的。而目前我国多数地方不可能用煤炭做燃料,使用炒锅煅烧二水石膏的经济可行性就成了问题。

⑦不适合加工游离水分较高的脱硫石膏,因游离水分高,加上结构水的释放,石膏自溶量太大,形成糊状,煅烧无法继续进行。

2)沸腾炉煅烧

沸腾炉(床)煅烧方式是为低温煅烧天然石膏开发的煅烧模式,尤其可以使用蒸汽和导热油低温热介质对二水石膏进行煅烧,具有占地面积小、投资省的优点。但对于游离水含量较高的脱硫石膏,效果并不理想,需要增加预干燥装置,先将大量游离水和结构水去除,增加了石膏的松散性和流动性,再进入沸腾炉继续煅烧,这样就没什么意义,尤其前置易于干燥自溶糊状石膏的双桨叶干燥机,蒸发负荷大,装置造价高,而且石膏的磨琢性很强,空心双桨叶的寿命较短,整体性价比并没有优势。但如果希望或只能采用蒸汽作为煅烧热源,那采用二段组合沸腾炉煅烧方式是比较理想的选择。

3)回转窑煅烧

回转窑煅烧方式可以实现单套设备的规模化、集约化生产,成为国内外升级换代石膏煅烧的主流工艺模式。回转窑有顺流煅烧和逆流煅烧之分,也有高温煅烧和低温煅烧之分,还有一步法煅烧和两段煅烧之分,设备型式和火工制度也是多种多样,以至于产品的半水石膏含量和脱水能耗也参差不齐,甚至相差悬殊,所以市场上的建筑石膏质量差别很大,价格也有明显区别。

①一步法高温煅烧回转窑:煅烧温度600-850℃,热效率高,窑型小,投资小,结晶水和游离水迅速气化蒸发,避免二水石膏自溶粘壁。但过烧现象非常严重,尤其不溶硬石膏的成分较高,即使有较长的陈化时间,半水石膏的含量很少达到65%,抗压和抗折强度均不高,主要应用于石膏砂浆行业。

②一步法低温煅烧回转窑:煅烧温度200-300℃,窑型大,热烟气流量大,过烧的几率很小,半水石膏含量高,不需要较长的陈化时间。但二水石膏残留较高,有较多团粒出现,粉碎量较大。火工操作不当时,会出现粘壁现象。

两段式高低温煅烧回转窑:这种窑型试图避免一步法高温煅烧窑和一步法低温煅烧窑的缺点,而结合两种窑型的优点,采用高温干燥、低温煅烧的方式。高温干燥,可以使表面游离水和分解出的结晶水迅速蒸发,避免粘壁结圈,物料表面水蒸汽压力较高,物料表面温度不会太高,过烧现象不会太严重。高温干燥脱除游离水和部分结晶水的物料再进入低温煅烧窑,因为结晶水的的脱除不仅需要温度,而且很重要的就是需要时间,不会象游离水那样可以瞬间蒸发,进入低温煅烧窑在140-180℃气氛中进行较长时间的煅烧,尽可能减少无水硬石膏的生成,提高半水石膏含量。

两段式高低温煅烧回转窑对产品质量提高,优势是明显的,但对二水石膏的粒度要求是比较严苛的,比较适合天然二水石膏矿的煅烧生产,一是入料粒径不能太小,工艺安排有煅烧前粉碎和煅烧后粉碎,二是粒径要均匀,否则过烧和欠烧量较大,达不到两段煅烧的目的。

对于脱硫石膏来说,虽然粒径均匀,但粒径细小,在高温段高强度蒸发气氛中,无水硬石膏的生成几率会很高,所以两段式高低温煅烧回转窑并不适合煅烧脱硫二水石膏。

3)一步法中温煅烧回转窑

石家庄东昊化工研究院有限公司专业研制建造各种无机盐煅烧窑炉,对电厂脱硫石膏的煅烧有着深入的研究并积累了丰富的经验。针对脱硫二水石膏的特点,设计开发了一种一步法顺流中温煅烧回转窑,经过工业化装置验证,能够减少和避免传统回转煅烧窑的一些缺憾,效果比较理想。

一步法中温煅烧回转窑是利用400-550℃热烟气对脱硫二水石膏进行煅烧,窑型大小介于高温窑和低温窑之间,通过控制烟气温度和流量,以控制物料表面温度和干燥蒸汽分压,使物料不至于过烧,也不至于自溶粘壁结圈,初始湿物料均匀接触热烟气时,石膏颗粒内部的水分蒸发,使石膏颗粒崩解,自行粉化,减小了煅烧后的粉碎量。在窑体中后段的结晶水蒸发过程中,有较高浓度但不饱和水蒸汽的存在,能够稳定煅烧气氛温度,对物料表面进行保护,控制结晶水的缓慢释放,避免出现过烧现象。通过控制热烟气配风来控制炉压和出料温度,由于窑体比一般回转窑长度大,石膏脱水更容易控制,二水物残留较少,在窑中已有适宜的湿度和时间,使石膏具有陈化平衡的效果,半水石膏的转化率达到85%以上,可以生产3.0级的建筑石膏。

 煅烧后的石膏粉采用抽吸式负压气力输送方式,将窑尾出料和除尘器出料集中输送到高位料仓,既杜绝粉尘外逸,创造良好环境,还能起到静置陈化无法比拟的陈化作用。输送气体为空气,根据物料情况可以适当配入高湿度煅烧尾气,为可能出现的无水可溶石膏转化为半水石膏创造条件,省却了常规煅烧模式要求较长时间陈化的罐储和转运。

脱硫石膏煅烧后的粒度90%以上小于80目,能够满足建筑石膏的要求。装置配置了安全筛,对可能出现的较大团粒进行剔除,只粉碎这些较大颗粒,避免所有物料经过一遍粉碎,节约投资和能耗。

物料在整个装置中全封闭运行,没有外逸粉尘,工作环境干净整洁,符合环保和安全卫生要求。装置采用PLC集中控制,减少用工和劳动强度,节约人力成本。


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