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    FC-分室石膏煅燒技術在磷石膏粉生產線改造中的應用

    文章出處:山東平邑開元新型建材有限公司 發表時間:2017-09-21 17:07
    李玉山    張賢輝
    山東平邑開元新型建材有限公司
    【摘要】本文通過對一條磷石膏回轉窯煅燒生產線進行優化改造工程的介紹,總結和整理了改造前后核心設備及工藝流程的完善過程,并對改造前后的尾氣排放溫度變化對能耗的影響,FC-分室石膏煅燒爐結構對產品相組成的影響,關鍵生產過程的控制原理進行了闡述,從而說明完善的工藝流程和先進的石膏煅燒系統對業主的石膏制品工廠運營至關重要。
    【關鍵詞】磷石膏;FC-分室石膏煅燒系統;回轉窯;建筑石膏;余熱氣流干燥;流態化煅燒

    1、引言
           在石膏粉的生產工藝中,采用筒式回轉窯進行煅燒具有比較長的歷史,然而在國內其工藝和結構方面的缺陷卻從未得到徹底解決。四川一條于2007底投產的年產10萬噸回轉窯磷石膏煅燒生產線,至2009年8月,在一年多的生產中,一直存在著產量低、產品質量穩定性差、煅燒煤耗高的問題,直接影響了其下游生產線—年產2000萬平米紙面石膏板廠的產品合格率和生產成本。2009年,該公司邀請山東平邑開元新型建材有限公司對該磷石膏生產線進行改造,將原來的回轉爐煅燒工藝改造為由平邑開元新型建材有限公司自主開發的FC-分室石膏煅燒系統工藝。FC-分室煅燒系統采用了先進的流態化分室煅燒技術和利用煅燒余熱進行氣流預干燥相結合的先進工藝。改造后的生產實踐證明,FC-分室煅燒系統令人滿意地解決了該生產線存在的問題。本文介紹了這一改造工程的關鍵工藝環節、操作工藝參數的變化以及改造前后生產能耗和產品質量指標的改善情況,同時,對FC-分室石膏煅燒系統的工藝及控制要點也作了總結。

    2、改造前后的工藝流程變化
    2.1生產線改造前的生產工藝流程圖及工藝概述:
           原料經喂料機2和皮帶機3直接喂入回轉窯4,與燃煤沸騰爐5產生的高溫熱煙氣一起順流煅燒,再經布袋除塵器6回收煅燒產品,煙氣及煅燒產生的水蒸氣一起由主引風機7排入大氣。成品在經過進一步粉磨后由斗式提升機10提升至成品倉11。
    由于流程前端對原料磷石膏未進行有效的分散處理,使結塊物料和細粉狀的物料同時進入回轉窯與高溫熱煙氣(約550度)接觸,導致煅燒物料受熱不均,成品易產生過燒或生燒現象,產品的相組成變差,性能指標穩定性差。
           由于該工藝采用的是一步法煅燒,主引風機7的排氣溫度達170度左右,并且未進行余熱利用就直接排入大氣中,排氣溫度過高導致了能耗的增加。
           同時該系統未能實現煅燒成品的出料溫度與喂料量調整的閉環控制,使得成品的質量指標變化加大,直接影響紙面石膏板生產線的穩定運行。
    2.2生產線改造后的生產工藝流程圖及工藝概述:
    2.2. 1工藝開發沿革
           生產線改造后的生產工藝為FC分室石膏煅燒系統。
           FC分室石膏煅燒系統是由山東平邑開元新型建材有限公司自行研發的,在傳統國內沸騰爐煅燒技術基礎上,采用氣流干燥加流態化煅燒技術,參考化學石膏的特性,結合國外化學石膏的煅燒技術,結合國內燃料結構特點,開發研制出的一種全新的建筑石膏煅燒系統。
           流態化技術在現代工業被廣泛應用,首次大規模的重要應用,由德國人winkler用于粉煤氣化的氣—固流化床開始的,這一方法在1922年獲得專利,其第一臺煤氣發生爐已有較大規模(高13m,截面積12 m2)。
           第一套石油催化流化床反應器于1942年在美國建成,處理能力為1700T/D。由于其技術上的合理性及大量的工業需求,該反應器很快在全世界范圍內普及,它的改型體至今仍是最有價值的工業流化床反應器之一,并且被廣泛借鑒應用于其它領域。
           我國對于流化床技術最早的研究是汪家鼎院士關于流化床褐煤低溫干餾技術的研究,也是世界上將流化床技術開發轉向煤化工的先驅之一。當時對流化床技術的優勢(如:設備內溫度均勻,可以流化細顆粒,易于連續操作等)和發展前景已有了相當深入的認識。而1955年南京化工公司的黃鐵礦焙燒生產二氧化硫,1957年葫蘆島流化床焙燒精鋅礦,以及萘氧化生產苯二甲酸酐等技術是我國最早使用的流化床反應器的工程實例。
           1978年由杭州新型建材工業設計研究院蘇兆平工程師設計的哈爾濱石膏板廠石膏煅燒車間首次采用以蒸汽為熱源的單室沸騰煅燒爐生產建筑石膏,原料則采用天然石膏,經粉磨后進行煅燒,產量達到5T/h的規模。但由于當時在原料粒級組成、含水率方面的變化,石膏煅燒質量穩定性差,對于高含濕物料在煅燒過程中易結團、產生堵床現象等,從而產生惡化工藝連續性的狀況。
           1996年,山東鹽化公司在建造石膏板工廠時,設計了一條以導熱油為熱源的二室沸騰煅燒爐,后經進一步改造完善,使用該爐煅燒含濕率<5%的天然石膏粉,效果良好。目前山東已有多條生產線投入運行,生產能力從3T/h—15T/h之間,運行狀況良好,生產每噸建筑石膏粉的煤耗在55KG/t,電耗 28 kwh/t,使用專用導熱油鍋爐作為熱源。
           目前,流態化技術作為一門高效換熱技術已經滲透到國民經濟的許多部門,在化工、煉油、冶金、能源、原子能材料、輕工、生化、機械、環保等各領域中都可找到它的卓越貢獻。但是,在煅燒石膏技術方面需要解決的幾個關鍵問題,如對原料含水率的適應性,物料粒級組成,余熱利用方面存在的問題始終未得到很好的解決,筆者在參閱國內外相關專業文獻的基礎上,融合國內外石膏流態化煅燒設備的優點,設計建成了一條年產3萬噸半水石膏粉生產線—FC分室石膏煅燒系統,初步解決了流態化技術在煅燒石膏過程中的適應性問題。該系統保持了流態化技術在煅燒天然石膏時的節能、免維修的特點,而且特別適用于煅燒含水率在25%以下的各種化學石膏,如FGD石膏(電廠排煙脫硫石膏)、磷石膏、氟石膏、鈦石膏及檸檬酸石膏。從試驗結果看,該煅燒系統可以穩定生產出符合國標要求的建筑石膏粉,同時與傳統煅燒系統相比較,投資省,且運行成本低,節能及環保方面都達到了令人滿意的效果。
    2.2.2工藝流程描述
    2.2.2.1原料處理
           本生產線改造重新設計了原料的預處理方案。磷石膏經卡車運送至生產線附設的原料堆棚,從堆場用鏟車取磷石膏原料,直接鏟入生產線專設的原料喂料倉。倉壁設有防堵塞的由程序控制的兩組振動器,并通過調整出料口閘板的高度和變頻喂料機來適應錘片式分散機1的生產能力。
           原料喂料倉下的皮帶機喂料機連續的將磷石膏通過皮帶機喂入錘片式分散機1進行分散,分散后的磷石膏由皮帶機2輸送至烘干喂料緩沖倉3。原料當中的鐵件由永磁除鐵器去除。
    2.2.2.2烘干及煅燒
           該改造工藝對主煅燒流程采用典型的FC—分室石膏煅燒工藝,用FC—分室石膏煅燒爐替代回轉窯,保留了高溫燃煤沸騰爐和布袋收塵器,同時對煅燒爐尾氣進行余熱再利用,主引風機的排氣溫度控制在90度左右,從而顯著的降低了生產能耗。(參見流程圖),概述如下:
           烘干喂料倉倉壁設有防堵塞的2組振動器,倉下設置一臺調速給料機4,將磷石膏喂入FC——分室石膏煅燒系統中的氣流烘干工段。
           由鼓風機引入的FC——分室石膏煅燒爐14尾氣(溫度>180℃)作熱介質,經高溫調風閥23兌熱后的熱風進入FC——氣流預干燥工段,在氣流干燥機5內形成高速上升熱氣流,磷石膏經皮帶喂料機4和防堵鎖風器配合,喂入氣流干燥機后,物料此時被高速上升的氣流迅速分散,并與熱氣流進行高速傳質傳熱,瞬間使游離水分汽化蒸發,然后在主機內隨高速上升氣流形成紊流態,并在此過程中完成預干燥過程。氣流干燥機的最大烘干能力設計為5000kg水/H。
           粉狀物料隨氣流進入旋風分離器6,大約有90%左右的磷石膏被旋風分離器收集下沉進入集料斗,并由集料斗下端的星型卸料閥排放,剩余物料隨氣流進入外濾式脈沖布袋除塵器20作二次捕收。
           旋風分離器6分離下來的磷石膏連續地落入直線振動篩7受料端,經篩分后篩下物料落入其下的預熱倉9內;篩上大顆粒物料則集中通過2#錘片粉碎機8進一步粉碎后落入預熱倉9。
           袋式除塵器20收集下來的石膏粉經星形卸灰閥,螺旋輸送機送入FC—石膏煅燒爐內,廢氣(此時粉塵濃度大約<50mg/m3)則經排氣囪排入大氣中。
           儲放在預熱倉9內的磷石膏含水率控制在5%以內,由倉下的計量秤10和斗式提升機11、回轉鎖風器12配合,喂入石膏煅燒設備—FC分室石膏煅燒爐14。一部分物料在投料初期由電動分料器和螺旋喂料機、回轉鎖風器配合,將磷石膏往FC-分室石膏煅燒爐的后幾室布料,并形成初床層。計量秤10的喂料量調整由微機根據煅燒爐第八區的出料溫度設定值,通過程序控制進行PID動態調整,確保出料溫度的穩定。
           FC—分室石膏煅燒爐是一種應用流態化技術煅燒高含水率化學石膏的高效節能設備。FC—分室石膏煅燒爐以熱煙氣作熱源進入煅燒爐后,通過熱交換器,把熱量傳遞給石膏,使二水石膏脫去部分結晶水變成半水石膏。
           FC—分室石膏煅燒爐為分室石膏煅燒裝置,底部有活化風換熱器和多孔板,在床層內裝有大量加熱管,管內加熱介質為高溫熱風,熱量通過管壁傳遞給管外處于流態化的石膏粉,使石膏粉脫水分解。在煅燒器上部,裝有內置式高效旋風子,汽體離開流化床時夾帶的粉塵大部分被這些裝置捕收并重新返回至爐內,熱濕氣體則通過管道與預干燥工段的旋風分離器濕氣匯合進入二次布袋收塵器。
           該項目所采用的FC—分室石膏煅燒爐設計為8室,生產能力為16t/h(產品)。出爐后的半水石膏粉經由在線取樣器和分料閥進入均熱倉15或廢料倉,當生產工藝條件尚未穩定時,產品質量指標波動較大,此時應將分料閥轉至廢料倉,在經過調整并化驗產品合格后將分料閥撥回均熱倉15。轉入廢料倉內的石膏粉可根據化驗結果靈活調整下料量,并經其下的調速下料閥控制,比例地摻入成品之中。
    2.2.2.3輸送、改性及儲存:
           煅燒后的建筑石膏經均熱倉15和回轉喂料器進入帶冷卻功能的輸送機,再經改性磨17進行改性粉磨,后由斗式提升機18直接提入至成品倉19。在此石膏粉儲存3天以上,并得到陳化使產品的各項性能指標更趨穩定。整個生產線壓縮空氣的消耗量為6m3/min。在車間內設置一臺1m3儲氣罐。
    2.2.3工藝原理及系統特點:
    2.2.3.1工藝原理:
            FC分室煅燒工藝的換熱系統綜合運用了3種換熱方式,即根據石膏含水率在不同煅燒過程中的濕含量變化采取相應的換熱方式,在確保產品質量穩定性的同時,全面提高換熱效率,節省能源。
    1)預熱過程:
           FC分室石膏煅燒系統設計了專門的預熱方案,預熱熱源來自于主煅燒爐的煙氣余熱。在短短的2—3秒之內,高含水的石膏原料與干燥熱煙氣進行瞬間對流換熱,將原料表面水迅速蒸發,預干燥后的石膏粉通過回收器回收至預熱倉,這一過程有下列三種作用:
    a、降低原料的表面水含水率,經過預熱后原料的含水率一般下降5%-10%左右。
    b、提高原料進入主煅燒爐時的料溫,避免結團現象。
    c、將原料中的重質部分及大顆粒物料通過“風選”效果分離出來。
    d、對于脫硫石膏通過預熱進入FC--主爐1區與高溫熱管接觸,可迅速去除脫硫石膏中的有機類有害雜質。
    2)煅燒過程:        
    FC主煅燒爐結構
           FC分室煅燒系統的主煅燒爐設計成四個相對獨立的煅燒空間(圖3),這種結構設計具有以下特點:
    a. 用FC分室煅燒方式能有效防止石膏粉煅燒過程中的生熟料混和現象
            傳統的煅燒技術如立式炒鍋、回轉窯、一般沸騰爐等,由于機械、氣流的攪拌作用,石膏粉在沸騰脫水過程中,二水石膏、半水石膏和無水石膏三相相互摻和,致使最終產品的相組成不可避免的出現多相化,顯著降低了產品質量指標。而分室沸騰煅燒按照石膏粉的溫升曲線變化人為地將煅燒過程區分成四個相對獨立的脫水空間,有效避免了高低溫物料的摻和現象,最終產品的相組成得到優化。
    b. 更容易調整產品的質量指標:
           熟石膏粉的質量指標調整是滿足不同用戶要求的基本措施。但遺憾的是現有設備由于結構缺陷不能滿足這一要求,而分室沸騰煅燒技術可以方便的調整石膏粉在不同脫水階段的脫水溫度、脫水時間,從而更容易得到不同凝結時間、稠度、強度要求的產品。在不加任何添加劑的情況下,采用該技術石膏粉初、終凝結時間的調整范圍為3-15分鐘,標準稠度65%-72%。
           FC分室石膏煅燒爐主體換熱部分采用了兩種不同的換熱方式:即對流和傳導換熱。在主煅燒爐的1區、2區采用高溫熱管換熱技術進行傳導換熱;同時經過加熱后的壓縮風通過置于底部的風傘直接作用于石膏粉進行對流換熱,并使一區、二區的物料呈現出在高溫熱風作用下的流態化換熱狀態,更大程度地改善了氣、固兩相的傳熱傳質效率,同時特有的打散裝置可及時解決高含水率原料帶來的結團問題,這些特點一般沸騰爐并不具有。根據經驗,允許原料的含水率≤15%,物料在一區、二區已完成對原料表面水的蒸發任務,通過溢流方式進入三區。
           FC分室石膏煅燒爐的三、四區專為煅燒石膏粉結晶水而設計,在蒸發掉所有的吸附水之后,二水石膏粉將在此空間脫去1.5個結晶水并形成半水石膏,其反應式為:
    CasO4·2H2O= CasO4·0.5H2O+1.5 H2O
           高溫熱風在一區、二區完成對吸附水的蒸發換熱之后,進入三區、四區,這時,熱煙氣的溫度已顯著降低,對煅燒石膏結晶水特別有利,可防止高溫煅燒對產品相組成的影響,最大程度地避免因Ⅲ無水石膏的含量增加對產品穩定性帶來的破壞作用。
    2.2.3.2系統特點如下:
    1)原料適應性廣:
           FC-分室石膏煅燒系統除煅燒天然石膏外,更適合于煅燒高含水率的磷石膏、脫硫石膏、氟石膏、檸檬酸石膏、硼石膏等化學石膏,允許最高含水率≤25%,原料粒度≤6MM。
    2)節能:
           以化學石膏為原料的FC分室煅燒系統采用高溫熱風和主爐尾風預熱高濕原料,使預熱后的原料含水率降低10%左右,料溫達到60℃~90℃.同時該系統選用了高效燃煤爐——高溫沸騰爐作熱源,對燃料的要求低,煤的燃燼率達到98%以上。主  煅燒爐采用高溫熱管換熱技術和高溫氣流攪拌流態化兩種傳熱傳質方式作用于粉體,進行高效換熱。因此,FC-分室流態化石膏煅燒系統節省能源,熱效率達到90%以上,燃料成本十分經濟。
           以天然石膏為原料的FC分室煅燒系統熱源采用高溫燃煤沸騰爐燃燒產生的熱風,經過FC—分室煅燒爐的煅燒熱交換后的尾風凈化處理后再送至預熱倉,對粉磨的石膏生粉進行初加熱處理。通過對煅燒利用后的熱風余熱有效利用,節約了能源的利用,提高了系統熱效率。
    3)環保:
           FC-分室流態化石膏煅燒系統采用了內置式收塵器加布袋收塵的二級收塵系統,設備運行可靠,排出的廢氣可達到國標一類地區標準。
    4)自動化控制程度高:
           系統采用美國ABB公司的DCS集散控制,計算機操作保證成品質量的穩定性
    5)煅燒產品質量高:
           FC分室煅燒方式能有效防止石膏粉煅燒過程中的生熟料混和現象,傳統的煅燒技術如立式炒鍋、回轉窯、一般沸騰爐等,由于機械、氣流的攪拌作用,石膏粉在沸騰脫水過程中,二水石膏、半水石膏和無水石膏三相相互摻和,致使最終產品的相組成不可避免的出現多相化,顯著降低了產品質量指標。而分室沸騰煅燒按照石膏粉的溫升曲線變化人為地將煅燒過程區分成四個相對獨立的脫水空間,有效避免了高低溫物料的摻和現象,最終產品的相組成得到優化。
    6)投資?。?br />        與其他煅燒流程相比較,FC-分室石膏煅燒系統具有顯著的經濟性:不需購買運行費用較高的蒸汽鍋爐或熱油鍋爐,FC-分室石膏煅燒系統可直接配套各種熱源:燃煤高溫熱風爐、電廠余汽、燃油或燃氣燃燒器;生產線占地少,車間面積小,年產20萬噸的脫硫石膏工廠,煅燒車間的建筑面積為20×55平方米,年產10萬噸的脫硫石膏工廠,煅燒車間的建筑面積為15×40平方米,年產5萬噸級的脫硫石膏工廠,煅燒車間的建筑面積為15×30平方米;設備布置緊湊,節省安裝費用和輸送成本
    目前,該系統應用技術“脫硫石膏轉化為建筑石膏工藝研究及其在墻體材料中的應用”已于2007年6月通過了由山東省科技廳組織的鑒定會,并獲得中國建材聯合會科技進步獎和山東省科技進步獎。實際工程案例已經廣泛分布于全國十余家工廠,廣泛獲得肯定。
    3. FC分室煅燒系統生產磷石膏粉的過程控制
    3.1 磷石膏預處理
    1)磷石膏的附著水含量。FC分室煅燒系統對磷石膏附著水含量的適應范圍非常廣,只要是游離水含量≤25%的石膏原料都可以直接進行生產。石膏原料煅燒之前,需進入烘干機進行烘干。烘干機利用FC分室煅燒爐排出的尾氣進行干燥以便達到節能的目的。粉料從烘干機出來后其附著水含量可以降至3%以內,為其后的煅燒提供了有利條件。
    2)磷石膏粒度控制。磷石膏由于含水量高而容易結塊,結塊的磷石膏不利于干燥和煅燒,因此需要預先進行破碎,破碎工序安排在干燥工序之前。在干燥之后,還有部分大顆粒存在,因此在烘干之后還要需要經過篩選,將粒度≥6mm的顆粒分離出去,剩余的則進入FC分室煅燒爐煅燒。
    3.2 進料量的控制
            進料量通過調節進料皮帶轉速來控制。進料皮帶設置在FC分室煅燒爐之前,磷石膏原料經過烘干后進入料倉,從料倉中被進料皮帶帶入斗式提升機,然后進入FC分室煅燒爐。進料皮帶轉速通過控制系統實時反饋到控制室內的微機上,進而由微機操作員通過微機根據需要來調節其轉速,以控制磷石膏原料的進料量。
    3.3熱源溫度的控制
            對熱源溫度的控制主要通過調節進入沸騰爐中的煤量來實現。在沸騰爐的熱風出口裝有溫度探測裝置,熱風的溫度適時反饋到控制室微機上。通過調節煤倉喂料圓盤的轉速來調節給煤量和供風量,從而實現對熱源溫度的控制。
    3.4煅燒過程的控制
            FC-分室煅燒系統是在原國產天然石膏煅燒沸騰爐的基礎上,參考國外先進的石膏煅燒設備技術,結合我國的能源結構及市場的實際情況,自主開發的一種全新的石膏煅燒系統。主要設備FC-分室煅燒爐為全新結構與原理。尤其適合高含濕的化學石膏的煅燒。
           FC-分室煅燒系統采用二步法煅燒工藝。前端采用氣流干燥技術,后端采用流化床技術,系統熱源采用燃煤熱風,采用系統余熱回收利用工藝技術:即后端FC-分室煅燒爐處先行利用,尾氣混摻后再在前端氣流干燥機處加以利用。
           FC-分室煅燒爐采用分室結構設計,單元之間串聯聯結。物料在爐內在高壓活化風機24的作用下呈流態化狀態,通過貫通和溢流的方式順流而行,熱風在風機的作用下在爐內也順流而行,物料與熱風在各室進行充分的熱交換后,成品流出,水汽排放,石膏粉塵經FC-分室煅燒爐頂部的旋風子一級收塵后,再與其他粉塵氣體一起匯入布袋收塵器中集中處理。
           燃煤沸騰爐產生的熱風先在FC-分室煅燒爐處進行煅燒利用,尾氣混摻一次風后引至流程前端的預干燥工序用于烘干高濕原料,活化風加熱后作為物料的加熱風和流化風,不僅能夠進行系統的熱源利用,而且顯著改善爐內物料的活化效果,最后隨熱濕氣體一起經除塵器凈化后達標排放。
           FC-分室煅燒爐按照石膏粉的溫升曲線變化人為地將煅燒過程區分成幾個相對獨立的脫水空間,有效避免了高低溫物料的摻和現象,最終產品的相組成得到優化。物料在一區、二區已完成對原料表面水的蒸發任務,再進入后續工區,FC分室石膏煅燒爐后續工區專為煅燒石膏粉結晶水而設計,在蒸發掉所有的吸附水之后,二水石膏粉將在此空間脫去3/2個結晶水并形成半水石膏。高溫熱風在一區、二區完成對吸附水的蒸發換熱之后,進入后續工區,這時,熱煙氣的溫度已顯著降低,對煅燒石膏結晶水特別有利,可防止高溫煅燒對產品相組成的影響,最大程度地避免因Ⅲ無水石膏的含量增加對產品穩定性帶來的破壞作用。石膏粉在底部活化風作用下流態化狀態,通過通貫和溢流的方式,石膏粉在FC分室煅燒爐內行走路線為S形,與爐內預熱的活化風及管壁通過直接和間接的方式充分地進行熱交換,從而完成石膏粉的煅燒過程。
    3.5 建筑石膏粉性能指標控制
           熟石膏粉的性能指標調整是滿足不同用戶要求的基本措施。
           FC分室沸騰煅燒技術可以方便的調整石膏粉在不同脫水階段的脫水溫度、脫水時間,從而更容易得到不同凝結時間、稠度、強度要求的產品。在不加任何添加劑的情況下,采用該技術石膏粉初、終凝結時間的調整范圍為3-15分鐘,標準稠度65%-82%。
           建筑石膏粉的標稠需水量、初凝時間、終凝時間、強度等指標會隨著煅燒溫度的變化而發生改變,要得某種指標要求的產品可以通過調節煅燒溫度和煅燒時間來實現。FC分室煅燒爐為分室結構,通過各室的配風調整閥,可以方便地調節各室的煅燒溫度,通過爐內物料的加入量的改變可以方便的調整物料的煅燒時間。在一定范圍內,在滿足產品強度指標要求的基礎上,降低煅燒溫度或縮短煅燒時間,熟石膏粉的標稠需水量就會降低,初凝時間、終凝時間就會縮短。用戶可根據不同的要求靈活在線調整。
    4.改造前后產品產量、質量、能耗的變化:
           該生產線在2009年10月改造完成后投入生產,產品質量得到較大改善:
    4.1產量大幅提高
           改造后熱源利用方案有了顯著改變。FC--分室煅燒系統工藝中,燃煤沸騰爐產生的熱風在FC分室煅燒爐內經過熱交換后,二次尾風還有180℃左右,與一次風配比混摻后達到230℃左右,再經過凈化處理,送入氣流干燥機對原料進行氣流干燥,尾氣排放溫度只有90℃左右。對比原生產線尾氣排放溫度170℃左右,系統熱源利用率顯著提高,滿足了更大產能的熱源需求。改造過程中并沒有更換原來的燃煤沸騰爐,其提供的熱源足夠,只是沒有充分利用,改造后的系統熱源充分利用,系統配置更加合理,滿足了原設計關于產量的要求。原生產線產量平常在8-10噸/時,改造后成品產量提高至15噸/時左右,為此,原生產線的成品斗式提升機也改換成了大型號的提升機,產品產量達到了改造目標。
    4.2產品質量提高且穩定。
           FC--分室煅燒系統煅燒工藝為二步法工藝,游離水和結晶水分步解決。一般情況下,原料中的游離水波動比較大,這個問題在前端的氣流干燥工段預以控制解決。原料中的結晶水相對穩定,在后端的FC--分室煅燒爐內預以控制,對比回轉爐的一步法工藝,產品的二水石膏的可控性更好,系統的穩定性和可靠性更高。
    另外,FC--分室煅燒爐將煅燒過程區分成八個相對獨立的脫水空間,這個特點,保證了煅燒過程中無高、低溫物料的摻和現象,使最終產品的相組成得到優化。這就使得產品中的二水石膏和無水石膏的含量得到最大限度的降低,產品中的半水石膏相的含量得到大幅提高,形成質量高且穩定的建筑石膏粉產品。FC--分室煅燒系統采用全程計算機控制,具有自動化、參數化的操作特點,對于同一批次的石膏粉原料只要通過生產檢驗得到各項控制參數,其后的生產就只需要設定參數,保證各個環節按既定參數自動控制即可。這樣就避免了生產時因為進料速度、煅燒溫度等參數的改變而使整個系統重新調試,產品質量不會出現大幅波動,從而保證質量的穩定。該年產10萬噸磷石膏項目改造前后石膏質量指標對比見表1
    表  回轉爐與FC分室煅燒爐生產的石膏粉物理指標對比
    指      標 標準稠度(%) 初凝(min) 終凝結(min) 兩小時抗折強度(MPa)
    原回轉爐 69 10 14 2.6
    FC分室煅燒爐 65 8 12 3.5
    由表中數據可見:改造后系統生產的產品的質量有了顯著提高。
           分析認為是改造后的系統生產的產品中基本上無無水石膏相組分,二水石膏相組分占比相對減少很多,大部分是二水石膏組分。由于無水石膏相組分的相對減少導致產品標準稠度相對降低,由于二水石膏組分的相對增加及標準稠度的降低導致產品的強度顯著提高。
    4.3節能環保
           改造后的FC--分室煅燒系統利用尾氣余熱來烘干磷石膏原料,不僅使原料游離水含量大幅降低,節省了主爐用于煅燒的能源,而且將原本廢棄的尾氣中的能源利用起來,大大節約了產品生產的煤耗,節約了能源,同時減少了產品的生產成本。該年產10萬噸磷石膏項目原回轉爐煅燒系統排放到空中的尾氣溫度高達170℃以上,改造前據業主介紹,每生產一噸磷石膏粉需要耗煤100公斤以上;而改造后的FC分室煅燒系統排放到空中的尾氣溫度只有90℃左右,生產一噸石膏粉耗煤在65公斤左右,噸煤耗減少35公斤。
    4.4自動化控制程度得到提高。
           系統采用ABB公司的DCS集散控制系統對原控制進行了改造,計算機操作保證成品質量的穩定性。自動化,參數化的生產過程使操作人員從繁重的操作中解脫出來,改善了工人的工作環境。
    5.結論:
           FC-分室石膏煅燒系統成功地改造了一條工藝及控制存在缺陷的回轉窯生產線,不僅在產量和質量方面得到了很大提升,而且使熱能得到了有效利用,生產煤耗下降35kg/噸成品,自動化控制水平顯著提高,達到了業主的改造目標。
     
    作者簡介:
    李玉山(1964- ),男,山東日照人,高級工程師(13385496008)
    張賢輝(1970- ),男,河南信陽人,工程師    (13953990328)
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