燃煤電廠脫硫石膏綜合利用途徑的探討
1 前言
我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，短期內(nèi)無(wú)法改變這種現(xiàn)狀，而煤炭消耗主要集中在電力行業(yè)，約占總量的60%左右，國(guó)家十一五計(jì)劃規(guī)定：必須加快燃煤電廠脫硫設(shè)施建設(shè)，新建電廠及90%的現(xiàn)有電廠要實(shí)現(xiàn)二氧化硫達(dá)標(biāo)排放。濕式石灰/石灰石--石膏法是我國(guó)采用的主要煙氣脫硫方法，若90%的現(xiàn)有電廠上脫硫裝置，其中75%采用濕式石灰石石膏法，2005年可減少1300萬(wàn)噸二氧化硫排放，同時(shí)產(chǎn)生2130萬(wàn)噸脫硫石膏。依照十一五計(jì)劃，到2010 年，煤電機(jī)組裝機(jī)為64000萬(wàn)千瓦，根據(jù)國(guó)家強(qiáng)制政策計(jì)算，將會(huì)減少2300萬(wàn)噸二氧化硫排放，同時(shí)脫硫石膏總量將超過(guò)3790萬(wàn)噸。
濕式石灰/石灰石石膏法脫硫雖然解決了大氣中的二氧化硫污染，但卻產(chǎn)生了大量的工業(yè)副產(chǎn)品---脫硫石膏，帶來(lái)了新的環(huán)境污染。因此，我們應(yīng)該在解決大氣中的二氧化硫污染的同時(shí)解決好脫硫石膏綜合利用的問(wèn)題，充分利用脫硫石膏的物理、化學(xué)特性與天然石膏非常接近的特點(diǎn)，對(duì)脫硫石膏進(jìn)行深加工，開(kāi)發(fā)出脫硫石膏的應(yīng)用領(lǐng)域并逐漸取代天然石膏，這樣既可變廢為寶，又可達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，實(shí)現(xiàn)脫硫石膏排放與利用的良性循環(huán)，保護(hù)環(huán)境、造福人類，最終提高人民的生活質(zhì)量。
2 脫硫石膏綜合利用的現(xiàn)狀
脫硫石膏在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較好的應(yīng)用，幾乎所有的脫硫石膏都被應(yīng)用在建材行業(yè)中，并且較好的解決了脫硫石膏的運(yùn)輸、成塊、干燥、煅燒、改性、應(yīng)用等技術(shù)性問(wèn)題。特別是德國(guó)、日本的脫硫石膏綜合利用率達(dá)到了100%，主要用于加工熟石膏粉、α石膏粉、石膏制品、石膏砂漿、石膏砌塊、紙面石膏板、水泥緩凝劑等，部分脫硫石膏與粉煤灰、石灰混合作為路基、路面基層的重要填充物，極大地提高了道路基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度。
我國(guó)同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，其脫硫石膏的生產(chǎn)與研究歷史還很短，雖然部分企業(yè)做了許多有益的嘗試并取得了一定的效果，但由于種種原因使生產(chǎn)線達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，石膏制品的質(zhì)量也不穩(wěn)定，如重慶珞璜電廠、重慶九龍坡電廠生產(chǎn)的水泥緩凝劑性能不穩(wěn)定；北京熱電廠生產(chǎn)的建筑石膏產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法達(dá)到 GB/T9776《建筑石膏》中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；但隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步，近幾年我國(guó)對(duì)脫硫石膏的應(yīng)用技術(shù)研究有了明顯的突破，打破了國(guó)外專利封鎖堡壘，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是利用脫硫石膏生產(chǎn)高性能的石膏制品替代天然石膏制品，如生產(chǎn)水泥緩凝劑、石膏板、石膏砌塊、粉刷石膏以及自流平石膏等產(chǎn)品，同比使用天然石膏生產(chǎn)上述產(chǎn)品，其性能的優(yōu)越性越來(lái)越明顯；二是在脫硫石膏粉的煅燒脫水設(shè)備及工藝上也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分科研成果已經(jīng)處于世界同等水平，如：FC爐、翻騰爐、錘式烘干煅燒磨、封閉式石膏粉生產(chǎn)工藝等，這就為脫硫石膏的綜合利用奠定了較好的基礎(chǔ)。
3 燃煤電廠脫硫石膏綜合利用的途徑
3.1 利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑
相關(guān)資料表明，脫硫石膏與天然石膏的性能非常相似，國(guó)內(nèi)和國(guó)外成功的案例表明，脫硫石膏用作水泥緩凝劑對(duì)水泥性能，如細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、放射性、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、安定性沒(méi)有任何影響，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，脫硫石膏制成的水泥緩凝劑完全可以替代天然石膏制成的水泥緩凝劑。
燃煤電廠脫硫石膏用作水泥緩凝劑是工業(yè)廢渣資源化的最佳途徑，具有加工成本低、 綜合利用量大的特點(diǎn)，是燃煤電廠在沒(méi)有確定高升值項(xiàng)目開(kāi)發(fā)前的首選辦法；
雖然利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑簡(jiǎn)單易行，但要求脫硫石膏的附著水含量必須控制在7%以內(nèi)，從而滿足水泥生產(chǎn)工藝的需要，由于大部分電廠脫硫石膏的附著水含量設(shè)計(jì)為10%左右，而實(shí)際產(chǎn)出的脫硫石膏附著水含量均在12%以上，所以需要對(duì)脫硫石膏進(jìn)行脫水處理或購(gòu)進(jìn)熟石膏粉與脫硫石膏混合攪拌，制成附著水含量在7%以內(nèi)的散狀或粒狀水泥緩凝劑；
3.2 煅燒生產(chǎn)建筑石膏粉
目前國(guó)內(nèi)利用脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏粉的工藝有連續(xù)炒鍋、翻騰爐、回轉(zhuǎn)窯、氣流煅燒等，如山東黃臺(tái)電廠生產(chǎn)的建筑石膏粉經(jīng)檢測(cè)完全滿足建筑石膏國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，洛陽(yáng)熱電廠的脫硫石膏在“泰和集團(tuán)”做的實(shí)驗(yàn)表明其煅燒生產(chǎn)出的建筑石膏粉，性能明顯高于天然石膏粉，完全可以替代天然石膏粉用于石膏板、石膏砌塊的生產(chǎn)。
由于環(huán)保的要求，煅燒工藝的選擇非常關(guān)鍵，對(duì)于電廠而言，從環(huán)保的角度出發(fā)，應(yīng)首選用電、用汽作為煅燒熱源；從市場(chǎng)的角度出發(fā)，應(yīng)選擇適合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的后續(xù)產(chǎn)品，不可盲目開(kāi)發(fā)。
3.3 水溶液法生產(chǎn)α半水高強(qiáng)石膏粉
常規(guī)工藝生產(chǎn)的脫硫石膏粉一般可用于石膏板、石膏砌塊等對(duì)強(qiáng)度要求不高的建材生產(chǎn)，但對(duì)于有強(qiáng)度要求的建材則不能使用，如砌筑石膏砂漿、粉刷石膏砂漿、石膏膩?zhàn)印⒛＞呤、陶瓷石膏、自流平石膏等，在?guó)外雖然有了較為成熟、先進(jìn)的工藝，但投資龐大、工藝復(fù)雜、成本較高，不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，但采用水溶液法生產(chǎn)α石膏粉對(duì)于脫硫石膏等濕粉狀化學(xué)石膏是最適宜的，因?yàn)槊摿蚴嘣谵D(zhuǎn)化前不需要經(jīng)過(guò)任何處理，較天然石膏有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。該工藝是直接將蒸汽石膏漿內(nèi)，使其很高的傳熱率，將料漿溫度控制在150-170度，反應(yīng)時(shí)間僅為2-3分鐘，熱耗較小，其生產(chǎn)成本與生產(chǎn)β石膏粉相同，但α石膏粉的使用途徑遠(yuǎn)多于β石膏粉，表現(xiàn)在市場(chǎng)售價(jià)上成倍于β石膏粉，最大的特點(diǎn)是高效、低耗、無(wú)污染、增值明顯。
（1）問(wèn)題的提出
現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)大多是用生石膏（包括天然石膏和脫硫石膏等化學(xué)石膏，其化學(xué)成份均為二水硫酸鈣）生產(chǎn)高強(qiáng)石膏粉（其化學(xué)成份為半水硫酸鈣）一般采用濕法工藝，而濕法工藝又分為蒸汽加壓法和水溶液法，而蒸汽加壓法必須將原料先進(jìn)行壓塊或成球處理，由于脫硫石膏附著水含量較大，預(yù)先對(duì)其壓塊或成球較為困難，所以不太適合脫硫石膏的深加工；
水溶液法最重要的是脫硫石膏漿液在反應(yīng)器內(nèi)其結(jié)晶過(guò)程能夠得到有效的控制，能夠按照要求獲得需要的針狀或短柱狀晶體，這樣就可以根據(jù)市場(chǎng)需求的不同生產(chǎn)出不同品質(zhì)的α高強(qiáng)石膏粉。另外該工藝采用加壓脫水對(duì)石膏進(jìn)行干燥，使獲得的α高強(qiáng)石膏粉質(zhì)量穩(wěn)定，熱耗非常小，從而使生產(chǎn)成本大幅降低，所以這是一種適合脫硫石膏增值利用的實(shí)用工藝。
（2）適用范圍
脫硫石膏、磷石膏。
（3）特點(diǎn)
a.該工藝與發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)合二為一，即在脫硫石膏漿液在進(jìn)入真空脫水皮帶之前增加一套反應(yīng)器，晶體轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入真空脫水皮帶脫去附著水，含有10%左右的α石膏粉經(jīng)過(guò)加壓脫水干燥，即可得到α高強(qiáng)石膏粉，同時(shí)該工藝所需的蒸汽可以由發(fā)電機(jī)組提供，無(wú)需新增蒸汽鍋爐；
b.同一條生產(chǎn)線能生產(chǎn)多種產(chǎn)品（高強(qiáng)石膏粉、模具石膏粉）；
c.余熱可以利用，大幅降低生產(chǎn)成本；
d.增值效應(yīng)明顯強(qiáng)于生產(chǎn)普通石膏粉以及水泥緩凝劑等；
e.能夠避免間歇炒鍋生產(chǎn)過(guò)程中難以控制的缺陷；
4 結(jié)語(yǔ)
大量產(chǎn)出的脫硫石膏若不加以利用，不僅造成二次污染，而且造成資源浪費(fèi)，因此脫硫石膏的資源化關(guān)系到我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的大問(wèn)題，雖然我國(guó)的天然石膏資源相對(duì)豐富，但存在著資源分布不均勻的缺憾，且總量的80%以上分布在山西、山東、寧夏、甘肅等西北地區(qū)，而燃煤電廠則遍布全國(guó)各地，從降低經(jīng)營(yíng)成本和石膏資源合理分配的角度出發(fā)，脫硫石膏的資源化，有利于我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于建筑節(jié)能的需用，有利于保護(hù)環(huán)境，更有利于建立和諧社會(huì)，所以我們有必要加大研發(fā)力度，最終實(shí)現(xiàn)脫硫石膏完全替代天然石膏，為我國(guó)人民創(chuàng)造更加優(yōu)美、舒適的環(huán)境。（大唐洛陽(yáng)熱電廠豫電集團(tuán) 葉明山）
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