該公司是將以往長期從事工業副產石膏資源化、高質化利用的加工企業及設計施工調試單位重組后,新近成立的一家專門從事工業廢渣資源化綜合利用的綜合性環保科技公司。公司業務包括工業廢渣流通、工業廢渣利用工藝技術開發、外加劑研發制造銷售、工業廢渣利用工藝技術咨詢、新裝備開發、環保設備制造銷售、工程設計、工程管理及總承包、工程項目生產運維承包等。公司現有研發人員36人,設計人員42人,工程管理及運維團隊67人。在公司會議室的墻上,可以看到公司工業副產石膏資源化、高質化利用的幾種產品工藝流程“鳥撖圖”、“方框圖”和“運行指標表”,讓人一目了然。
產品一:建筑石膏粉
該公司的定型工藝為(“兩步法”工藝)
第一步,石膏的預烘干。主要是脫除石膏中的物理雜質,如石塊、磚頭、樹根、爛布等,采用高效氣流烘干破碎機,物料在高度分散狀態下熱風與直接接觸,物料的附著水迅速脫除,滿足下工序喂料的要求。
工藝流程:篩分→破碎→預均化→計量→烘干破碎機→旋風收塵器→布袋除塵器→排風機→脫硫脫硝系統→排空。
第二步,石膏的脫水、改性粉磨及冷卻。通過流態化連續炒鍋,使CaSO4·2H2O迅速脫去結晶水,轉變為β-CaSO4·1/2H2O(適當的溫度、適當的停留時間和適當的水蒸氣壓力),冷卻后經改性粉磨,進入陳化庫內儲存(設有機械倒庫均化裝置),最后經檢驗合格后出廠。
工藝流程:經預烘干后的石膏粉→流態化連續炒鍋→冷卻→改性磨→陳化庫(均化)→袋(散裝)出廠。
熱交換工質:熱風、過熱蒸汽
熱風爐燃料:燃煤、天然氣、生物質顆粒
工藝布置:圍繞熱風爐布置、熱風管道短、散熱少。所有冷卻風均送回熱風爐作為助燃風,熱量利用率高。
該公司建筑石膏生產線生產規模系列有:15萬噸/年、25萬噸/年。
建設方案經過多年的優化,具有投資省(180元/噸產品),能耗低(標準煤耗50kg/噸產品,電耗25kwh/噸產品),質量穩定,而且不加“小料”的特點,在行業內信譽非常好。
產品二:Ⅱ型無水石膏粉(E型地板石膏)
該公司的定型工藝為(“兩步法”工藝)
第一步,石膏的預烘干。主要是脫除石膏中的物理雜質,如石塊、磚頭、樹根、爛布等,采用高效氣流烘干破碎機,物料在高度分散狀態下熱風與直接接觸,物料的附著水迅速脫除,滿足下工序喂料的要求。
工藝流程:篩分→破碎→預均化→計量→烘干破碎機→旋風收塵器→布袋除塵器→排風機→脫硫脫硝系統→排空。
第二步,石膏的煅燒、冷卻、陳化和改性粉磨
脫除完附著水完的石膏粉,經提升機進入4級高固氣比懸浮加熱器煅燒系統,該系統物料溫度由70—130℃加熱到800—850℃,氣流溫度從1000—1050℃降至320—350℃。物料在系統內停留時間僅25秒(不含在冷卻機內),優點是傳熱快(懸浮狀態下的的傳熱效率是堆積狀態下的16000倍)煅燒完全,節約熱能,煅燒1噸石膏粉產品熱耗490—560千卡(磷石膏自由水<18%)。而且,整個系統是負壓操作,沒有粉塵污染。 這種裝置煅燒的Ⅱ型無水石膏受熱均勻一致,無過燒和欠燒現象。通過該系統煅燒的石膏粉,其28d抗壓強度超過32.5水泥,抗折強度達到11MPa,而且耐水性很好。
經該系統高溫煅燒形成的Ⅱ型無水石膏,進入立式流態冷卻機冷卻。該冷卻機采用冷風直接冷卻,物料緊密堆積,出料溫度80℃+環境溫度,冷卻風溫由常溫加熱至600—700℃,作為二次風進入懸浮加熱器煅燒系統加以利用。
出4級懸浮加熱器煅燒系統的320—350℃高溫廢氣,經系統尾端的高溫風機,送入“第一步”的烘干破碎機進料管加以利用。
經冷卻后的Ⅱ型無水石膏,進入儲倉以備陳化(陳化時間7天)。再與改性劑、粉煤灰(礦渣)、少量水泥熟料混合改性,經改性粉磨后,如成品均化庫儲存,經檢驗合格后出廠。
工藝流程:經預烘干后的石膏粉→ 懸浮加熱器煅燒系統 →立式流態冷卻機 →陳化庫→改性粉磨→粉料庫(均化)→Ⅱ型無 水石膏或混相石膏粉袋(散裝)出廠。
該公司Ⅱ型無水石膏生產線生產規模系列有:30萬噸/年、50萬噸/年、80萬噸/年、100萬噸/年。
該項技術已獲國家專利,專利號:ZL 2022 2 2452724.2
該產品中試結果令人滿意,28d抗壓強度36Mpa以上,且具有水硬性,可以在砂漿中取代部分水泥,也可以作為石膏基自流平砂漿的主要材料,市場前景廣闊。
建設方案經過優化,具有投資省(280元/噸產品),能耗低(標準煤耗75kg/噸產品,電耗68kwh/噸產品),質量穩定的特點。
另外,該公司通過聯合攻關,還開發了利用即將退市的2500t/h及其以下的水泥預分解生產線改造成為Ⅱ型無水石膏生產線,可以節省投資60%以上。且該技術已申報國家實用新型專利。
目前,成都大邑和德陽羅江已有兩家水泥企業與該公司簽訂了項目合作協議。
產品二:工業副產石膏制硫酸聯產水泥熟料
以工業副產石膏制硫酸聯產水泥的處理利用方式,具有工業副產石膏處理量大,所產硫酸可在企業循環利用,水泥熟料在外部有市場等優點。
該公司的定型設計的工業副產石膏制硫酸聯產水泥生產線系列擁有自主知識產權,該技術已獲國家實用新型專利,專利號ZL2022 2 1946317.0。
該生產線為(石膏生料)預分解系統,預熱器為雙系列,分為窯列和爐列,分別設有四級和五級預熱器,并設有循環料懸浮式石膏專用分解爐,窯氣與爐氣分流。與現有生產線相比較,具有以下特點:
1、雙系列預熱器
將現有生產線的單系列預熱器改為雙系列預熱器,而且分為窯列和爐列,分別設有四級和五級預熱器。由三次風管引來的窯頭高溫氣體,作為爐列燃燒空氣,可以節省大量燃料。在爐列設有燃燒爐,噴入燃料。爐列生料經C-1A、C-2A、C-3A預熱后,經C-4A進行氣固分離后,進入窯列分解爐底部,與窯列生料匯合。此時生料溫度達到850℃左右。窯列生料經C-1B、C-2B、C-3B、C-4B預熱后,進入窯列分解爐底部,再進行進一步加熱分解,最后經C-5進行氣固分離后,預分解生料入窯。
2、將爐氣和窯氣分流
將爐氣和窯氣分流:爐列廢氣經高溫風機1及專用管道,送至石膏干燥和輔料烘干粉磨系統,作為烘干熱源;窯列廢氣經高溫風機2,送入窯尾SP鍋爐進行降溫,并經電收塵器凈化處理后,經專用管道送至硫酸系統制酸。由于窯列廢氣量較現有生產線減少30%以上,故相對提高了煙氣中SO2的濃度,可以達到15%。
3、設置循環料懸浮式石膏專用分解爐
該分解爐下段為還原區說段及拐彎下行段為氧化區。窯頭罩過來的三次風管接到分解爐底部,熱風以切線方向進入,加速入爐生料的懸浮。分解爐底部和下段有一、二次風專用風機,提供燃料燃燒及分解反應的需要,一、二次風為正壓鼓入。分解爐中部和上部設三、四次風入口,三、四次風為負壓吸入。一、二次風專用風機的轉速和三、四次風進風閥門的開度,根據分解爐氣氛參數的需要,由DCS系統自動調整。分解爐底部還設有燃料噴嘴和硫磺還原劑噴嘴。分解爐內部全長范圍內,設有多個縮口,加上二、三、四次風的擾動,進一步延長了石膏生料在爐內的停留時間。C5出料管上設粉料器和循環料管至分解爐底部,生料循環量最大可以達到200~300%,以保證磷石膏的分解率(達96%)和節能。分解爐內溫度控制在900~1100℃。物料在分解爐內的停留時間30~60S。燃料比例:窯尾:窯頭=66:34。
循環料管的特點是:它將幾倍于系統產量的生料粉,循環到分解爐中,使料粉有機會多次通過分解爐,從而大大地延長了物料在高溫區受熱的總時間,提高了石膏的分解率。生料循環料最高可達300%。
當生料循環料最高可達300%時,能達到以下效果:
( 1 )系統相同溫度,分解率可以提高8%,提高系統溫度100℃,分解率可以再提高10%。
( 2 )系統熱耗:可以降低12%。
( 3 )系統電耗:可以降低12%。
( 4 )系統廢氣量:可以降低10%。從而進一步使了窯列煙氣中SO2的濃度得到相對提高。
該技術已獲國家實用新型專利,專利號ZL2022 2 2232166.6
4、設置單獨的還原劑制備系統,100%使用氣體硫磺作還原劑
增加了單獨的還原劑制備系統。現在生產線均采用焦炭作為還原劑,成本高,且還原完成后形成大量的CO2對外排放。采用硫磺廢渣經“溶解-過濾-干燥”得到的純度為99%硫磺作為還原劑。故該制備系統單獨設置。現在生產線焦炭還原劑從輔料磨機中加入,本專利的氣體硫磺還原劑從分解爐底部噴入,分散度好,還原效果佳。此處可絕對提高了煙氣中SO2的濃度。硫磺還原劑的理論用量是熟料產量的17%,煙氣中SO2最終濃度可以達到22%。與使用焦炭還原劑相比,每噸熟料減少成本125元(現行價格),減少碳排放約52%。
該技術已獲國家實用新型專利,專利號ZL 2202 2 237789.8
5、設置催化劑制備系統
現在生產線沒有添加催化劑,該公司利用電解錳渣中的(NH4)2Mn2(SO4)3、MnO2、Fe2O3、SiO2、Al2O3等對降低磷石膏分解溫度有催化作用的金屬離子,同時使用添加劑,引入Ni、Sr等其他金屬離子和酸根離子,經一種特殊的制備系統裝置處理,滿足添加要求后,作為磷石膏制硫酸聯產水泥生產線的催化(礦化)劑使用。
該技術已申報國家實用新型專利。
6、采用防堵塞動態下料管
防堵塞動態下料管的使用,為進一步提高系統溫度促進工業副產石膏生料的窯外分解奠定了基礎。
該技術已申報國家實用新型專利。
7、余熱回收利用和減少散熱,增加發電量。
·回轉窯筒體散熱回收用于發電。
·預熱器及分解爐加厚保溫層,減少預熱器及分解爐的表面散熱。
·預熱器(C2、C3)內筒處增設過熱器(取代內筒),得到的過熱蒸汽用于發電。
·窯頭收塵器余熱循環利用:在窯頭排風機出口提取小于或等于窯頭AQC余熱鍋爐通風量的70~90℃溫空氣,通過專用管道 與冷卻機中溫室鼓風機串聯,然后鼓入冷卻機中,從而構成熱風從篦冷機→沉降室→AQC鍋爐→窯頭收塵器→窯頭排風機→專用管道→冷卻機鼓風機→篦冷機的循環。噸熟料凈增發電量2.8kWh。
·使用第二代窯低溫余熱發電系統技術。
上述措施的綜合效果,可噸熟料發電量可以達到50--55kWh。
該技術已獲國家實用新型專利,專利號ZL 2022 2 2582015.6
金長岷公司工業副產石膏制硫酸聯產水泥熟料項目指標比較
項 目 | 現有生產線 | 該公司生產線 |
單線年處理副產石膏能力(干基) | 30萬噸 | 50/100萬噸 |
硫酸產量(以100%H2SO4計) | 18萬噸 | 30/60萬噸 |
建設投資(元/噸副產石膏, 不含硫酸系統) |
690 | 398 |
預熱器 | 單系列4級 | 雙系列5級 |
分解爐 | 無 | 循環懸浮式 |
還原劑 | 焦炭 | 100%硫磺 |
催化劑 | 無 | 有 |
窯尾溫度(℃) | 800 | 1100 |
窯氣與爐氣分流 | 未分流 | 分流 |
氣相SO2組成(%) | 5.50~7.50 | 15.00~22.00 |
石膏分解溫度/℃ | 1350~1450 | 1100 |
石膏脫硫過程 | 石膏分解在窯中進行,操作難度大 | 石膏分解在分解爐中進行,操作簡單 |
窯頭AQC及窯尾SP鍋爐 | 無 | 有 |
年處理100萬噸副產石膏產蒸汽 | 0 | 16000噸 |
硫酸生產系統工藝 | 一轉一吸,SO2轉化率及吸收率均低于99%,尾氣SO2排放量大,需加氨中和達標 | 兩轉兩吸,SO2轉化率及吸收率均大于99.5%,尾氣SO2排放量小,可直接達標排放 |
年處理100萬噸副產石膏 制酸系統投資節省 |
制酸系統投資節省3000萬元 | |
年處理100萬噸副產石膏 硫酸生產運行成本節省 |
生產運行成本節省1000萬元 | |
噸熟料煅燒及還原耗標煤(kg) | 271 | 140 |
噸熟料電耗(kwh) | 160 | 80 |
年處理100萬噸副產石膏碳排放 | CO2排放:99萬噸 | CO2排放:48萬噸 |
目前,湖北宜昌某大型磷化集團和陜西某煤化集團正與該公司洽談合作工業副產石膏制硫酸聯產水泥熟料項目事宜。
另外,該公司通過聯合攻關,還開發了利用即將退市的2500t/h及其以下的水泥預分解生產線改造成為工業副產石膏制硫酸聯產水泥熟料生產線(只需新建硫酸系統即可),可以節省投資50%以上。且該技術已申報國家實用新型專利。
該公司領導分工明確,副總經理楊連樹負責市場,談到公司各產品的市場應用及前景,楊連樹如數家珍。公司參股的幾家企業,是他20多年的在石膏行業打拼的見證;副總經理陳先勇負責產品研發,他曾經在國外水泥企業生產及管理崗位工作多年,且長期在科研檢驗單位工作,對石膏建材系列產品性能有較深的研究;總經理兼總工程師黃開華負責技術,他長期在水泥行業工作,曾經在川南某大型水泥企業擔任過多年的領導,后來到湖南和貴州,多次擔任項目指揮長,從事過電石渣、磷石膏制硫酸聯產水泥項目建設和生產管理,對工藝及設備相當熟悉。
該公司是中國建材聯合會石膏建材分會會員單位,Ⅱ型無水石膏標準參編單位,技術實力雄厚。最近又開發出“完全使用低熱值煤矸石的熱風爐”,為石膏和水泥企業進一步降低生產成本和環境保護起到更大的推動作用。