一、概述
随着我国经济建设的快速发展，大气污染的防治成为一个突出问题。长期以来，国家一直高度重视燃煤电厂的二氧化硫的排放控制，出台了一系列的政策法规，使二氧化硫排放控制能力得到明显提高。按我国对电厂二氧化硫排放要求，目前新建电厂必须达到二氧化硫排放标准。2015年前完成所有旧电厂的脱硫改造工程。
对锅炉烟气进行脱硫处理的工艺技术很多，但到目前为止，“石灰石/石膏湿法”脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最广范的脱硫技术。采用“石灰石/石膏湿法” 脱硫技术经强制氧化及脱水后所得的脱硫废渣俗称脱硫石膏（Desulfo－Gypsum），是处理二氧化硫后得到的工业副产品。据电力协会统计，全国共有大小火电厂250余座，总装机容量已达10亿千瓦，若火电厂在2010年前全部安装脱硫装置，每年可排出脱硫石膏5000余万吨。这些废渣数量巨大，不但要占用宝贵的堆放场地，而且会产生二次污染。脱硫石膏的化学性质和天然石膏非常相近，如果能够加以利用，能较好替代天然石膏, 是一种良好的建材资源。以循环经济的观点给出应对措施，实现废物资源化，妥善解决脱硫石膏的利用问题，不仅能产生良好的环境效益，而且能创造可观的经济效益。研究利用脱硫废渣经干燥、煅烧生产建筑石膏粉的生产线，就是在这样的背景下提出的。
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线是潍坊天洁环保科技有限公司与山东大学天洁环保技术研究所在深入研究总结当今世界上先进石膏煅烧技术的基础上，融合国内外石膏煅烧设备的优点，采用多室组合流化干燥、炉内分级煅烧、沸腾热风炉供热、脉冲布袋式收尘、DCS自动控制等技术，结合我国国情自主开发、设计、制造的脱硫废渣再利用煅烧生产线，该套生产线以自动化程度高、投资小、产量大、环保节能、维护费用低、成品质量稳定等显著特点，成功解决了脱硫石膏在煅烧过程中的各种适应性问题。受到了广大用户的一致好评。为脱硫石膏的综合利用提供了切实可行的解决方案，经济、社会与环境效益显著。
二、本项目的主要研究内容、用途及适用范围。
本项目主要研究GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线的生产工艺及关键设备的制作，重点研究生产线的破碎、煅烧、供热、收尘、输送储存及自动化控制等部分的工艺及设备。
（一）主要内容包括：
1、破碎部分的应用研究：主要研究锤式破碎机在该生产线上的适应性。
2、输送储存部分的应用研究；
（1）链板输送机的开发研究：主要研究链板输送机在该生产线上的适应性。
（2）提升机的应用研究：主要研究提升机在该生产线上的适应性。
（3）皮带计量称应用研究：主要研究皮带计量称在该生产线上的适应性。
（4）储料仓部分的应用研究：主要研究仓储部分在该生产线上的适应性。
3、收尘部分的应用研究
除尘部分采用二段除尘方式，第一段为在流化床煅烧炉内置组合式旋风除尘器，第二段为针对该生产线研制的脉冲袋式除尘器，通过实际运行效果看，除尘率在99.9%以上，可以达到国标规定的一类区生产性粉尘的大气排放标准。
4、煅烧部分的应用研究
脱硫石膏煅烧的主设备LD卧式多室流态化煅烧炉的研发，这种煅烧炉是根据单室流化床干燥形式而发展起来的一种多室流态化干燥形式。主要用于化学二水石膏粉转化为半水石膏，是一种应用流态化技术煅烧石膏的高效专用设备。脱硫石膏是在流态化煅烧室中完成的。当气流由设备的下部通入床层，随着气流速度加大到某种程度，脱硫石膏颗粒在床内就会产生沸腾状态，达到干燥、煅烧的目的。
5、热源部分的应用研究
热源部分主要研发应用流态化燃烧技术的高温烟气沸腾炉，沸腾炉选用优质流体管制作炉体，热量稳定，能耗低，保证成品质量稳定。
6、自动化控制部分的应用研究
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线自动控制系统的研发，系统全部采用组态软件进行画面组态,由PLC进行控制组成DCS系统。该FIX控制系统对运行状态的显示包括模拟量和开关量两部分，模拟量在相应设备上以要求的工程量适时以数字显示物理量的变化；开关量以各种颜色显示设备的状态，如备妥、故障、运行、现场启动等状态。该系统包括系统流程主画面、秤标定界面、历史曲线界面、报表显示与打印界面四个操作画面。在程序控制方面，通过PT100检测料温，由PID进行计算，适时根据设定的料温来调整加料速度，并始终保持设定温度。
电器控制系统采用目前先进的DCS集中控制系统,选用高性能的PLC和高速现场总线，将分散于各处的设备集中控制。由于制粉控制系统是过程自动化系统，控制点比较分散，所以我们采用分布集散网络控制，本系统根据地域的不同可划分为一个主站和四个分站，分别位于主控室，破碎部分，煅烧部分，沸腾炉及储料部分。系统的每一部分都能在中控室以及现场进行控制，对全部控制点数进行实时监控及时了解生产情况，提供实时监控和报警记录。石膏粉生产是连续性很强的生产，每一部分的故障都会引起全线停机，及时发现故障就显得尤为重要。该系统采用西门子的最新的S7-300系列的PLC和远程I/O组成PROFIBUS网络结构，主站通过 PROFIBUS网络与现场控制层的各分站相连，四个分站负责按工艺要求自动进行调节和控制现场设备，采集现场仪表和传感器的数据。主站是一个在中控室的按钮站，负责与现场控制层之间交换和采集数据。通过按钮控制可以开停现场的所有设备，选择按钮开停远程设备。分站采用西门子的远程I/O单元通过网络与主站交换数据，控制现场设备，和采集现场数据。
对于电器控制系统，设有三种操作方式，即CRT自动操作方式、CRT手动操作方式和现场操作方式。CRT自动操作方式：当操作控制条件和工艺设备都符合要求是在中控室发出命令，现场按照程序要求运行；CRT 手动操作方式：人工依照工艺要求分别对工艺设备进行操作，在中控室发出命令，如调整皮带秤流量即调整进粉量，调整温度等；现场手动操作方式：在设备现场对设备进行操作。
监控画面及报表打印，优良的监控画面可以使的管理更加轻松，控制更加完美，也是现代型管理企业的管理手段。通过监控画面可以总揽全局，保重产品质量，还能及时发现设备故障和设备的运行情况，报表的打印可以统计原材料消耗和成品产量，更加方便于管理。
（二）本项目产品的用途及适用范围
本生产线主要适应于燃煤电厂用烟气脱硫废渣生产建筑石膏，也适应于磷石膏等其他化学石膏生产建筑石膏，实现资源的综合利用。
三、生产线的主要设备及工作原理
（一）生产线主要设备组成
生产线的主要设备包括LD流态化煅烧炉、燃煤沸腾炉、除尘、输送、粉碎、储存、喂料设备等。
核心装备为LD流态化煅烧炉。
（二）工作原理
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线的核心部分是是利用流态化煅烧技术对脱硫石膏进行脱水、煅烧。脱硫石膏的脱水煅烧是在LD流态化煅烧炉中完成的，在流态化煅烧室中，将脱硫石膏颗粒料堆放在分布板上，当气流由设备的下部通入床层，随着气流速度加大到某种程度，脱硫石膏固体颗粒在室内就会产生沸腾状态，采用热空气为流化介质煅烧脱硫石膏时，热空气既为流化介质，又是干燥介质，起了双重作用。而脱硫石膏则在热空气流中一方面被吹起、翻滚、互相混合和摩擦碰撞，另一方面又在进行传热和传质，从而达到煅烧的目的。
脱硫石膏颗粒在具有多孔的分布板的支承下，气体自下而上通过床层时，随流速的逐渐增加，将出现下列的三种情况：
（1）第一阶段：固定床阶段
脱硫石膏进入煅烧室，先落在分布板上，在热气流速度未足以使其运动时，脱硫石膏颗粒虽与气流接触，但不发生相对位置的变动，此时称为固定床阶段，固定床为流化过程的第一阶段。
（2）第二阶段：流化床阶段
当通入的气流速度进一步增大，增大到足以把脱硫石膏颗粒吹起，使脱硫石膏颗粒悬浮在气流中自由运动，脱硫石膏颗粒间相互碰撞、混合，床层高度上升，整个床层呈现出类似液体般的流态，当脱硫石膏颗粒悬浮起来时再增加流速，床层压力降亦保持不变，原因是脱硫石膏的颗粒间空隙率增加了，流体的压力降只是消耗在对抗脱硫石膏颗粒的重量，把它托起来不让床层高度下降的原因所致。说明了床层的压力降与流速增大无关，大致等于单位面积床层的实际重量，这时称为流化床阶段。
（3）第三阶段：气流输送阶段
若在上述的基础上，气流流速继续增加，当气流速度大于脱硫石膏颗粒的沉降速度。这时，床层高度大于容器高度，脱硫石膏颗粒则被气流带走，床层脱硫石膏减少，空隙度增加，床层压力减少，这一阶段为气流输送阶段。
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线的换热系统综合运用了三种换热方式，即根据石膏含水率在不同煅烧过程中的湿含量变化采取相应的换热方式，在确保产品质量稳定性的同时全面提高换热效率，节省能源。
三、产品基本参数、性能指标
（一）基本参数
1、技术性能指标
表1主要性能指标
2、可靠性与环境指标
表2 可靠性与环境指标
（二）与国内外的技术比较
1、国外技术的研制历程及发展状况
国外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。英国和荷兰生产α和Α，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。
因国情不同，世界各国对石膏煅烧设备的选择不尽相同：美国二十世纪九十年代之前主要以炒锅为主。为满足纸面石膏板市场持续快速发展的需要，采取了加速生产线速度的措施，到90年代中期，石膏煅烧生产线又以彼特磨、Delta磨为主的快速煅烧设备居多。英国以炒锅及改进炒锅为主，如连续炒锅、埋入式炒锅、锥形炒锅等，德国为炒锅，回转窑，煅烧一体的彼特磨等。日本有炒锅、回转窑及蒸汽间接回转窑等。澳大利亚多用外国引进的煅烧设备，近两年发展了沸腾煅烧。从总体水平看，国外的煅烧设备生产规模大、自动化程度高，能耗较低，但存在设备造价高投资大的问题。
2、国内该产品的研制历程及发展状况
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。并且由于脱硫石膏料性、化学成分、脱水特征、易磨性以及煅烧后的建筑石膏力学性能、流变性等差异，原料附着水烘干能耗高，如果不能采用先进适用的技术势必得不偿失。
国内大型石膏制品企业，多使用引进的大型连续炒锅、彼特磨、气流式煅烧磨、沸腾煅烧和蒸汽间接回转窑等设备。而地方企业多使用内、外烧的回转窑，间歇或连续炒锅，沸腾炉等，且规模较小，配套设施不健全，产品质量不够稳定，能耗高。国内对规模化、现代化煅烧设备的开发还刚起步，生产工艺参数尚有待于优化，国内研发的快速煅烧设备也有试验和研究，针对暴露出的技术问题也正在完善中。
3、本技术的研究情况
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线是潍坊天洁环保科技有限公司与山东大学天洁环保技术研究所在深入研究总结当今世界上先进石膏煅烧技术的基础上，融合国内外石膏煅烧设备的优点，采用多室组合流化干燥、炉内分级煅烧、沸腾热风炉供热、脉冲布袋式收尘、DCS自动控制等技术，结合我国国情自主研发的脱硫废渣再利用煅烧生产线，成功解决了脱硫石膏在煅烧过程中的各种适应性问题。
该生产线可以加工的原料和粒径范围广泛。该生产线有严格精密的煅烧温度控制，可以稳定生产出符合国标要求的建筑石膏粉。该生产线与传统其他生产线相比较，具有投资省，运行成本低，节能及环保等特点，各方面都达到了令人满意的效果，是当今脱硫石膏再利用领域最为先进的煅烧设备之一，已经在天然石膏、脱硫石膏的制备煅烧生产中成功应用。
五、技术路线、工艺流程及特点
（一） 产品的技术路线
总体方案设计→工作图设计→工艺工装设计→生产准备→样机试制→安装试车调试→信息反馈→改进设计→产品鉴定。
图纸的设计完全采用了CAD辅助设计系统，贯彻执行了相关现行的国家标准，图纸及各种技术文件准确规范、完整统一，为样机的试制奠定了坚实的基础。
（二）设备的技术工艺流程
1、工艺流程图：
图1 GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线工艺流程图
2、工艺流程概述
（1）脱硫石膏由皮带送机投料，喂入粉碎机将物料打散，落入下部的皮带输送机上，经除杂、除铁后输送至生料仓。
（2）生粉仓下的皮带喂料机连续地将物料送至气流烘干机进行预烘干。喂料量由调频皮带喂料机进行调整。干燥热风使用来自煅烧炉的尾风。
（3）系统热源由燃煤沸腾炉产生高温热烟气提供。上煤机将原煤提至煤仓，再由煤仓下的调速喂煤机连续的喂入沸腾炉燃烧。燃烧产生的热烟气经混入冷空气供煅烧、干燥使用。
（4）物料预干燥后由降粉器收集至预热仓储存。尾风则与流态化煅烧炉上部除尘后的热湿气体会合进入二次收尘器进一步净化，再由引风机排至大气中。
（5）预热仓下的调频喂料机与斗式提升机配合将物料喂入LD流态化煅烧炉一室，计算机将根据一室温度设定值的变化适时调整喂料量。
（6）物料在一、二室完成吸附水的蒸发后，溢流到三～六室进行结晶水的煅烧，煅烧合格的石膏粉最后从六室溢流至均热仓，再由斗式提升机提至成品储仓，送入料仓，储存，均化，最终成为合格的建筑石膏粉。成品温度的优化控制可在计算机上设定。
（7）LD流态化煅烧炉使用的热源由高温燃煤沸腾热风炉产生，脱硫石膏在煅烧炉中由底部的高压风作用，呈湍流状态，并通过辐射、对流和传导三种换热方式进行高效干燥和煅烧。
（8）整个流水线由一台计算机进行集中控制。
（三）设备的技术特点
1、能耗低
热源方案采用燃煤热风沸腾炉这一流态化燃烧技术。燃料适应性广，燃料可用清洁燃料或劣质煤，对燃料的适应性广；由于鼓入高压空气，使炉内空气过量系数高，形成强氧燃烧，燃烧和燃尽条件好，燃烧完全，属清洁燃烧；燃料在沸腾炉中呈沸腾状态，因料层很厚，沸腾床能长时间闷火，蓄热能量大；热能损失小，设计采用较厚的保温层，可减少炉体热能散失；电能消耗低，煅烧部分靠物料自身流动的特性，无需增加辅助传送设备，需要在炉底鼓入的空气量也有限，鼓风机的功率很小，因此全套设备的电能消耗比传统的其他煅烧设备少得多。
2、适应性广
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线对不同原料的适应性广，原料可以用天然石膏，也可用工业副产石膏如脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏等。
3、符合环保要求
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线的主要噪音为罗茨风机，罗茨风机进、出风口分别加装消音器，噪音低；主要粉尘点是煅烧系统的湿蒸汽，除尘采用布袋除尘器，熟粉仓上部设置库顶除尘器，使气、尘多级分离，收尘率达99%以上，彻底解决粉尘污染问题。
4、适合高产量需求
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线的煅烧炉选用流态化多室煅烧炉，与其他石膏煅烧设备相比，具有物料停留时间短，干燥速率大的特点；煅烧室单位容积热强度高，沸腾层内受热面积大，传热强烈，热效率高，选用的设备质量可靠，有较强扩展和超产能力，设计及生产能力从5～50万吨/年不等。
5、投资省、设备运行费用低
同样规模的生产线因为选择了先进合理的工艺，所以配备辅机设备少，减少了故障点，提高了系统运行的稳定性，具有投资省、设备运行费用低、维修工作量小等诸多优点。
6、产成品质量稳定
脱硫石膏粉在流态化煅烧炉内的停留时间可按工艺生产要求进行设定，当产品的含水率变化时，系统能自动适应，保持出料温度和煅烧时间的相对稳定性。
7、应用先进的自动化控制系统
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线采用组态控制软件，集成自动化控制系统运行可靠，对设备各关键位置可实现有效控制，实现设备现场无人化，减少了现场工作人员和劳动强度，热工仪表和微机连锁监控，温度、煤耗、烟气粉尘浓度等主要参数均通过监控显示，为操作者提供管理依据，达到了国际先进的自动控制水平。
8、多项先进技术合理组合,综合性能优
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线集高效燃烧和高效换热技术于一体，工艺设计上采用流态化煅烧、高效收尘、自动化控制等先进配套技术，实现节能和清洁化生产；该设备运行成本低，能耗大大低于传统工艺，在不同石膏原料的煅烧工厂中可广泛推广应用。
六、关键技术及解决措施
（一）优化设计系统配置,为系统保持最佳运行状态,提供可靠保证
1、在核心设备流态化多室煅烧炉热风管路，设置可靠的调温控制系统，严格控制热风温度，既稳定了工艺指标，又对煅烧炉的安全提供了可靠保证。
2、在流态化多室煅烧炉加料口设置高质量的喂料设备，严格避免了冷风的漏进，改善了工况，减少了能源损失。
（二）优化核心设备流态化多室煅烧炉内部结构,扩大了设备生产能力
1、优化炉内结构，用列管取代热风中心导流管，增加了有效空间，生产能力明显加大。
2、合理配置换热列管管径，在保证有效容积和换热面积的前提下,加大了热风的过流面积,降低了流速,减少了烟尘对列管管壁的冲刷磨蚀,延长了热风的停留时间。
3、流态化多室煅烧炉设计成几个相对独立的煅烧空间，这种结构设计将具有以下特点：
（1）延长了物料流经路线，更容易调整产品的质量指标。熟石膏粉的质量指标调整是满足不同用户要求的基本措施。而流态化分室煅烧炉可以方便的调整石膏粉在不同脱水阶段的反应温度、反应时间，从而更容易得到不同凝结时间、标准稠度、强度要求的产品。
（2）由于分隔成多室，可以调节各室的空气量，增加的挡板可避免物料走短路排出，有效防止脱硫石膏粉煅烧过程中的生熟料混和现象。传统的煅烧技术如立式炒锅、回转窑、一般沸腾炉等，由于机械、气流的搅拌作用，石膏粉在沸腾反应过程中，二水石膏、半水石膏和无水石膏三相相互掺和，显著降低了产品质量指标。而本技术按照石膏粉的温升曲线变化将煅烧过程区分成几个相对独立的反应空间，有效避免了高低温物料的掺和现象，最终产品的相组成得到优化。
（3）在操作上对各室的风量、气温加以调节，将最末几室的热空气二次利用，在床内添加内加热器等，明显提高热效率。
（三）研制了高效布袋除尘器,集中处理系统所有废气，使废气完全达标排放
根据脱硫石膏煅烧过程产生的烟尘的性质，研发了适合本生产系统的高效布袋除尘器，集中处理系统所有废气，使气、尘多级分离，收尘率达99%以上，使废气完全达标排放，彻底解决粉尘污染问题。
（四） 应用工程实例分析比较
1、煅烧天然石膏
原材料采用山东大汶口盆地石膏矿区出产的天然石膏石，经粉磨后的生石膏粉化学成份如下表。
表3 山东大汶口盆地石膏矿石成份含量（%）
表4 天然石膏煅烧的半水石膏物理性能指标的测试结果
结论：从试产结果看，采用该生产线生产的产品质量测试结果如上表，能够达到建筑石膏质量指标要求。
2、煅烧脱硫石膏
采用华电潍坊电厂的脱硫石膏煅烧半水石膏,原料测试和成品测试分别见下表。
表5华电潍坊电厂脱硫石膏成份（%）
表6 脱硫石膏煅烧后半水石膏物性检测结果
结论：从试产结果看，采用该设备对脱硫石膏进行煅烧，生产的半水石膏强度高，水化需水量大，可以作为优质纸面石膏板和粉刷石膏的原料。
七、创新性与先进性
1、将多项先进技术进行合理组合
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线集高效燃烧和高效换热技术于一体，工艺设计上采用流态化煅烧、高效收尘、自动化控制等先进配套技术，实现节能和清洁化生产；运行成本低，能耗大大低于传统工艺，在不同石膏原料的煅烧工厂中可广泛推广应用。
2、设备投资大幅度节省
GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线因为独特的煅烧炉设计使设备的换热面积及有效容积增大，使设备投资较同生产规模设备节省20%以上。
3、能耗较同类石膏煅烧设备明显降低
根据脱硫废渣再利用煅烧生产线对热源的要求，热源方案优化了燃煤热风沸腾炉这一流态化燃烧技术，燃煤燃尽率可达99%以上。炉体进行较厚保温，热能损失小。全套设备的电能消耗比传统的其他煅烧设备减少30%以上。
4、明显提高产成品质量
生产线在流态化多室煅烧炉、风量调节阀、进出料控制阀等多都能够根据需要自行调控产成品质量最佳指标。煅烧炉内温度梯度小，可均匀控制风量，可精确控制料层的煅烧条件；风量调节阀、进出料控制阀等能够精确控制产成品最佳品质指标选取量，使产成品质量明显高于其他的煅烧工艺。
5、研制了国际先进的自动化控制系统
根据工艺和设备各关键控制点研制了集成自动化控制系统，该控制系统运行可靠，对设备各关键位置实现有效控制，实现设备现场无人化，减少了现场工作人员和劳动强度，热工仪表和微机连锁监控，温度、煤耗、烟气粉尘浓度等主要参数均通过监控显示，为操作者提供管理依据，达到了国际先进的自动控制水平。
八、结束语
大量的脱硫石膏若不加以利用，不仅造成二次污染，而且造成资源浪费,脱硫石膏的资源化利用，有利于建筑节能的需用，有利于保护环境，更有利于我国循环经济的发展。脱硫石膏作为一种良好的建材资源，将会在建材行业中得到广泛的应用，进一步推动我国石膏建材的快速发展。而利用潍坊天洁环保科技有限公司与山东大学天洁环保技术研究所共同开发的GLW型脱硫废渣再利用煅烧生产线，无论从技术上还是从节能降耗、环保要求上，都是较为理想的方案，是完全可行的。 所以我们有必要加大研发力度，为我国人民创造更加优美、舒适的环境而努力。
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