电厂烟气湿法脱硫所得的石膏及其煅烧工艺

近年来，随着我国对大气污染治理的不断加强，对电厂燃煤烟气中二氧化硫排放量的控制也越来越严格。按我国对电厂烟气中二氧化硫排放的治理要求，新建电厂投产时必须达到二氧化硫排放的国家标准。2015年前将完成所有旧电厂烟气的脱硫改造工程。据不完全统计，对于60万千瓦的电厂，烟气脱硫装置产生的脱硫石膏每年达10万吨。若按我国目前国内电厂的所有容量都进行脱硫处理计算，每年将产生3000万吨的脱硫石膏。如何合理利用脱硫副产品，使其成为资源，并得到有效利用，将产生很大的经济效益和社会效益。

　　由于我国在烟气脱硫生产石膏技术的时间还较短，对脱硫石膏的应用价值和市场认识还刚起步，对脱硫石膏的性能、加工工艺与设备还未进行系统的研究，脱硫石膏的物料输送、粉尘处理、煅烧等处理工艺和采用的设备与天然石膏仍有较大差别。在物性方面，脱硫石膏与天然石膏也有不同之处，如脱硫石膏纯度高、游离水分大、粒度细、粒径分布均匀、级配较差和标稠用水量大等。又因为这两种石膏的来源不同，脱硫石膏中的主要杂质是未反应的碳酸钙，同时还含有少量未氧化的亚硫酸钙。在烟气脱硫生产中，由于使用技术的差异、石灰石原料成份的不同和石灰石的细度不同等因素都会直接影响脱硫石膏的品质。所以，在应用和加工脱硫石膏时一定要结合具体实际，采用科学手段，并进行深入的研究。经过洗涤和过滤后的脱硫石膏中含游离水在10%～20％左右，颗粒细小且松散，颜色近乎白色略带微黄，有时因脱硫操作不稳定而带入较多的煤灰等杂质，颜色会发黑。较好脱硫石膏的白度超过80%以上。

　　1 脱硫石膏在国内外的应用现状

　　1. 1 国外脱硫石膏的应用现状

　　在国外，脱硫石膏早已得到广泛应用，用得最早且最好的是日本，其次是德国、法国、荷兰等欧洲国家。日本从1977年开始几乎全部使用工业副产的石膏生产纸面石膏板和纤维石膏板，在水泥工业中用量也非常大。脱硫石膏几乎100%得到了应用，其中用于石膏板和水泥中的占总量的95％以上。德国每年约有150万吨以上的脱硫石膏用于生产粉刷石膏；英国、法国、荷兰等国家也大量用于生产粉刷石膏、纸面石膏板、石膏砌块、自流平石膏等石膏制品。

　　1. 2 国内脱硫石膏的应用现状

　　同发达国家相比，我国对脱硫石膏应用的认识普遍不足，对脱硫石膏的性能、应用技术的研究工作也刚起步。脱硫石膏的利用主要集中在重庆电厂、珞璜电厂、北京第一热电厂、太原第一热电厂、武汉华能阳逻电厂等。这些厂不仅有效地解决了脱硫石膏的堆放问题，而且因产品质量好、价格低，在市场上很受欢迎。

　　山西太原第一热电厂在电厂附近自建了一条脱硫石膏的综合利用生产线，将该厂的脱硫石膏完全消化成石膏产品。一期工程于1998年正式投产，年处理脱硫石膏6万吨，生产的产品是水泥添加剂、半水石膏和粉刷石膏。

　　北京第一热电厂的脱硫石膏也自行处理，脱硫石膏的综合利用装置和发电烟气的脱硫装置同时规划、同时安装和投产。脱硫石膏的综合利用装置采用德国的沙士基打设备生产石膏砌块，其设计能力为38万m2/a。武汉华能阳逻电厂与东北大学合作建成了年产10万吨建筑石膏粉的生产装置，已成为华能公司的样板工程，并于2007年10月建成投产。北京兴达脱硫石膏有限公司与东北大学合作建设的年产5万吨建筑石膏粉生产线也已投产。

　　2 脱硫石膏的综合利用

　　2. 1 脱硫石膏的综合利用前景

　　脱硫石膏综合利用的优势随着新型墙体材料的发展和人们对石膏“绿色”性能的认识的提高，使近年来的石膏建材发展较快，如纸面石膏板、石膏砌块、粉刷石膏等产品都有了迅速增长。如果国家出台合理的政策导向，随着脱硫石膏的利用领域的扩展将进一步加快石膏建材的发展速度。

　　（1）因脱硫石膏是工业副产的石膏资源，完全可以代替天然石膏使用，且石膏的质量好、价格低，可有效降低石膏建材的生产成本，提高与同类产品的市场竞争力和占有率，以培育石膏建材的市场。

　　（2）脱硫石膏的出现将改变原有石膏资源分布不均的格局。我国天然石膏的分布相对集中在经济欠发达地区，而脱硫石膏资源却主要分布在经济发达的大中城市。因此在很大程度上调整和均衡了石膏资源的分布格局，使石膏建材在较大范围内得以整体和平衡的发展。

　　（3）用脱硫石膏制成的水泥缓凝剂、石膏砌块、建筑石膏粉及其制品与天然石膏的产品在性能上有很大的竞争力。

　　2. 2 对脱硫石膏综合利用的建议

　　（1）应尽量做到自行消化或就近建厂。因为石膏产品的价格和原材料成本都较低，需要尽量降低运输费用，因此应在电厂附近建厂。电厂自行建厂的好处是可以充分利用电厂低成本的电力和热资源，以降低石膏产品的加工成本。还可以实现与粉煤灰等其他电厂废料综合利用。

　　（2）选择产量大的石膏产品作为市场方向。目前，脱硫石膏综合利用的主要产品市场是建筑石膏粉、水泥缓凝剂、石膏板和石膏砌块等，我国现阶段主要是作水泥缓凝剂、石膏板（包括各类墙板、装饰板和保温板）、石膏砌块和粉刷石膏等。因此，将来大量产出的脱硫石膏的综合利用也会集中在这几个方面。

　　总之，脱硫石膏的综合利用是利国利民、变废为宝的好事，是国家扶持和积极鼓励的项目。用脱硫石膏生产的建筑石膏产品和水泥缓凝剂，与天然石膏相比，其原料为工业废弃物可不计成本，省去了石膏的破碎过程，产品的生产成本低，且石膏的品位高，石膏产品的性能比天然石膏产品优越或相当，因此具有良好的市场竟争力。

　　3 脱硫石膏的煅烧工艺与设备

　　以脱硫石膏为原料，加工各种石膏制品都离不开煅烧工艺。石膏石或石膏是以二水硫酸钙形式存在，其分子式中有两个结晶水。只有脱去一个半结晶水，生成半水硫酸钙才有凝胶性质，脱去结晶水的过程即为石膏的煅烧，经煅烧后的建筑石膏粉可用于生产石膏板、石膏砌块、石膏装饰板等制品。

　　在20世纪的60年代，国外以传统的间歇炒锅和外烧式回转窑作为煅烧石膏的基本设备，主要应用于天然石膏的煅烧。80年代发展了气流式快速煅烧工艺。90年代中期发展了彼得磨为主的快速煅烧设备，将干燥与煅烧、粉碎在同一设备中完成。同时发展了各种间歇式炒锅、内外燃回转窑、沸腾式煅烧炉等煅烧设备，形成了多样化和规模化。

　　我国在规模化现代化煅烧设备的研究方面还刚起步，很多企业都是采用传统的煅烧天然石膏的设备向工业副产石膏方面改造过渡，国内目前较先进的脱硫石膏煅烧工艺是干燥加煅烧组合。

　　由于脱硫石膏含有10％左右的表面水，采用传统煅烧方式难以生产出稳定、高质量的产品。针对脱硫石膏的特性，煅烧前应对脱硫石膏进行干燥，采用的干燥设备主要有回转式干燥机、气流式干燥机和斯德快速干燥机。加热方式分为蒸汽、燃煤、燃气以及导热油等。 煅烧方法主要有回转窑、沸腾炉、气流煅烧，该工艺称二步法。

　　由东北大学·辽宁东大粉体工程技术有限公司开发的斯德石膏煅烧炉是将干燥、煅烧、打散在同一台设备中完成，称一步法。该设备己在国内投入应用，是专门处理脱硫石膏的设备。

　　由于热源不同，生产的制品也不同，选择合适的煅烧工艺与设备对能耗、制品质量和环保等有直接影响。以武汉华能电厂为例，该厂利用自产的280℃、1.7 MPa的蒸汽为热源。全权采用的热源方式，与东北大学·辽宁东大粉体工程技术有限公司合作制定了二步法煅烧工艺。采用斯德快速干燥对脱硫石膏进行干燥，将表面水降低到1%以下，而成为松散均匀的二水石膏粉，然后采用内置式流化床进行煅烧生成半水石膏，该工艺已形成年产10万吨建筑石膏粉的规模，各项指标均优于国家建筑石膏标准要求的指标。

　　北京兴达脱硫石膏有限公司，采用以煤为热源的斯德煅烧炉的一步法工艺，以燃煤的热烟气为热源，在同一机内完成干燥、打散、煅烧等工艺过程，已建成年产5万吨的脱硫石膏煅烧生产线，生产的建筑石膏粉主要用作水泥缓凝剂、石膏砌块以及建筑石膏粉，获得了较好的经济效益。

　　4 结束语

　　由于脱硫石膏的综合利用在国内刚起步，必然会出现新的问题，在生产工艺上不能完全照搬天然石膏的方法，需要开发针对脱硫石膏特性的新方法、新工艺和新设备，因此应该投入更多的精力在设备配套的研究上，还应发展和制订脱硫石膏综合利用的系统解决方案。