脱硫石膏制硫酸联产水泥技术研究

・４２・　山东化工　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１３年第４２卷　

脱硫石膏制硫酸联产水泥技术研究　翟洪轩　（山东鲁北企业集团总公司，山东无棣２５１９０９）　摘要：针对我国脱硫石膏、粉煤灰渣堆存占地、污染环境的现状，鲁北集团根据脱硫石膏的物理、化学特性，依托多年磷石膏制硫酸　联产水泥技术的实践经验，创新性地研发出适合粘性物系脱硫石膏制硫酸联产水泥的“半水烘干、旋风预热器窑分解煅烧、两转两　吸”，“脱硫石膏半水微包覆”，“高饱和比、高硅酸率、微氧化稳定添加剂”等工艺技术和“三风道煤枪”，“一种高温粘性粉料分料　器”等新设备，解决了回转窑“结圈”、气态升华硫堵塞管路、半水石膏烘干过程中流动性差使装置无法长周期稳定运行等国内外一　直未能攻克的关键技术难题，实现产业化。　关键词：脱硫石膏；硫酸；联产；水泥　中图分类号：ＴＱ１７２．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１ｘ（２０１３）１１一ｏｏ４２一ｏ４　

Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｇｙｐｓｕｍ　ｔｏ　Ｐｒｏｄｕｃｅ　Ｓｕｌｆｕｒｉｃ　Ａｃｉｄ　ａｎｄ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＺＨＡＩ　Ｈｏｎｇ—－ｘｕａｌｇ　（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｌｕｂｅｉ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｕｄｉ　２５１９０９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，ｓ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｙｐｓｕｍ，ｆｌｙ　ａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｒｅａ，ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｌｕｂｅｉ　ｇｒｏｕｐ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ，ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄ　ｇｙｐｓｕｍ．Ｗｉｔｈ　ｙｅａｒｓ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｖｉｓｃｏｕｓ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｙｐｓｕｍ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ“ｈａｌｆ　ｗａｔｅｒ　ｄｒｙｉｎｇ，ｃｙｃｌｏｎｅ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ｋｉｌｎ　ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ，ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｏ　ｔｗｏ”，　“ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｙｐｓｕｍ　ｈａｌｆ　ｗａｔｅｒ　ｍｉｃｒｏ　ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ”，“ｈｉｇｈ　ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ，ｈｉｇｈ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｓｉｌｉｃａｔｅ，　ｍｉｃｒｏ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｄｄｉｔｉｖｅ”，“ｔｈｒｅｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃｏａｌ　ｌａｎｃｅ”，“ａ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ”ｎｅｗ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ‘‘ｒｉｎｇ”，ｔｈｅ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｃｌｏｇｇｉｎｇ，ｈａｌｆ　ｗａｔｅｒ　ｇｙｐｓｕｍ　ｄｒｙｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｕｉｄｉｔｙ，ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ　ｔｅｒｍ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｕｎａｂｌｅ　ｔｏ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｓｏｌｖｅｄ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｙｐｓｕｍ；ｓｕｌｐｈｕｒｉｃ　ａｃｉｄ；ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　

目前，我国烟气脱硫石膏主要应用在纸面石膏　板、石膏空心砌块（条板）、水泥缓凝剂、粉刷石膏、　腻子、路基回填材料、矿业充填胶结剂和钢结构防火　涂料等方面，然而其利用率较低，只有１０％左右，不　能从根本上彻底解决脱硫石膏堆存占地、污染环境　的问题。因此建立一种“资源一产品一废物一资源　一产品”全面综合利用的循环经济模式，减少资源　消耗、废物排放、消除环境污染，不仅是单纯的经济　问题，而且更是关乎经济发展模式转变的全局性战　略发展问题。　山东鲁北企业集团总公司依托多年磷石膏制硫　酸联产水泥技术的实践经验，创新性地研发出适合　粘性物系脱硫石膏制硫酸联产水泥的“半水烘干、　旋风预热器窑分解煅烧、两转两吸”，“脱硫石膏半　水微包覆”，“高饱和比、高硅酸率、微氧化稳定添加　剂”等工艺技术和“三风道煤枪”，“一种高温粘性粉　料分料器”等新设备，解决了回转窑“结圈”、气态升　华硫堵塞管路、半水石膏烘干过程中流动性差使装　置无法长周期稳定运行等国内外一直未能攻克的关　键技术难题，首次实现了脱硫石膏制硫酸联产水泥　技术的产业化。　１技术方案　１．１原辅材料　所需的主要原材料脱硫石膏来自鲁北２　ｘ　

收稿日期：２０１３—１０—２０　作者简介：翟洪轩（１９５８一），山东无棣人，工程师，主要从事磷复肥、石膏制硫酸联产水泥、钛白废酸综合治理等技术研　发、设计与生产管理工作。　第１１期　翟洪轩，等：脱硫石膏制硫酸联产水泥技术研究　・４３・　３００ＭＷ燃煤发电工程脱硫石膏装置；辅助材料为粘　（１）脱硫石膏：化学成分见表１。　土、焦炭末等。　表１　脱硫石膏主要化学成分　

（２）粘土：当地资源丰富，能满足供应。其化学　成分见表２。　表２粘土化学成分　４。　（３）焦碳末：焦碳末作还原剂，其成分见表３、表　表３焦碳末工业分析　１．２燃料　（１）烧成用煤：该装置烧成用煤用神华煤，成分　见表５、表６。　表５烧成用煤工业分析　（２）烘干用煤（可用劣质煤）由神华集团供给。　成分见表７、表８。　表７烘干用煤工业分析　１．３混合材与石膏　（１）混合材：火电厂锅炉排出的粉煤灰渣可作　为水泥混合材，掺人量为５％一１５％。　（２）石膏：生产普通水泥时掺人量为３％，该试　验采用二水脱硫石膏作缓凝剂。　１．４工艺流程　脱硫石膏制硫酸联产水泥技术经原料均化、烘　干脱水、生料制备、分解煅烧、窑气制酸和水泥磨制　等六个过程，制得硫酸和水泥产品。　１．４．１原料均化　来自电厂的废渣脱硫石膏，与符合工艺要求的　焦炭、粘土等原料，按照批量要求在联合储库内进行　均化，以确保原料组份的稳定性。　１．４．２烘干脱水　脱硫石膏由皮带机喂人烘干机内，与来自沸腾　炉的热烟气接触，在１２０一ｌ６Ｏ℃左右使水分蒸发，　石膏得到干燥、脱水，成为含水４％一６％的稳定半　水石膏。出烘干机的半水石膏经链钩输送机、提升　机送人石膏库储存。　针对脱硫石膏以单独结晶颗粒存在，级配远远　差于磷石膏、脱水温度低、脱水分为脱游离水和脱结　晶水两过程、颗粒离析分层现象严重、石膏粘性大的　特点，创造性地发明了“改进的粘性物料——脱硫　石膏半水微包覆”新工艺技术和“一种高温粘性粉　料分料器”新设备，在半水条件下，添加０．０４％微包　覆隔离剂（主要成分为纳米级活性碳酸钙）和采用　高温粘性粉料分料器新设备，彻底解决了半水脱硫　石膏流动性差的难题。　１．４．３生料制备　烘干后的石膏经储库库底喂料机计量后，由螺　旋输送机、提升机、斜槽人旋风式选粉机。石膏经选　粉后，粗粉与来自辅料储库、经计量后的焦炭、粘土　等辅助材料一起人球磨机进行粉磨。　生料配置系统采用了自主开发的“在线生料配　制控制系统”，提高了配料精确度，稳定了窑内气　氛。　出磨生料（细度要求０．０８方孔筛筛余１０％以　下）经提升机、斜槽人旋风式选粉机，细粉作为成品　经同一链钩输送机、提升机、斜槽送至生料均化库，　粗粉返回磨内再粉磨。　・４４・　山东化工　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１３年第４２卷　

磨尾废气经旋风收尘器和电收尘器净化后，由　风机排人大气，收下的粉尘经上述链钩输送机等送　人生料均化库。　１．４．４分解、煅烧　均化后的石膏生料经仓底喂料机计量后，由提　升机、螺旋输送机送人回转窑窑尾旋风预热器系统　的第二级旋风预热器的排气管内，经撒料板分散后　被热气流携带到第一级预热器内进行气固分离，气　体由出风管经引风机排出、经电收尘器除尘后进人　硫酸系统，固体则进入第三级预热器的排气管内，经　撒料板分散后被热气流携带到第二级预热器内。这　样，物料依次经过各级旋风预热器，最后经第四级预　热器预热到６００—７００￣Ｃ后，进人回转窑内分解、煅　烧。　生成的ＣａＯ与物料中的ＳｉＯ　、Ａ１：０。等进入烧　成带，发生矿化反应，形成的水泥熟料经冷却机冷却　后送水泥熟料库。　生成的含ＳＯ　（１０％一１１％）的窑气自窑尾（８００　～９００℃）进入第四级旋风预热器，依次经第三、二、　一级旋风预热器与加人的生料逆流接触，进行热交　换后，自第一级旋风预热排出（３５０～４００％），由热　引风机送入电收尘器。　在该工艺中，采用了自主研制的“旋风预热器　窑分解煅烧装置和微氧化稳定添加剂”。通过添加　“稳定剂”到旋风预热窑煅烧分解装置中，从而使石　膏分解过程始终处于稳定的微氧化分解气氛中（０：　含量＜０．８％），减少了副反应的发生，提高了分解　率，使窑气ＳＯ：浓度由６％一８％提高到１１％一　１４％，系统热耗降低２３％，生产能力提高３０％，从根　本上解决了回转窑“结圈”和硫酸系统酸、水、热难　平衡的世界性难题。　采用了自行研制的三风道煤枪设备，实施“移　动煤枪、长短结合、多点煅烧、变换窑速，调整二次　风”等操作方法，使其火焰集中，热能利用率高，对　煤质要求低，降低生产成本，能够适应石膏煅烧工艺　条件，克服了石膏回转窑采用单风道煤枪，火焰分　散，温度调整不灵活，对煤质要求高，无法适应窑内　物料反应条件变化的缺点。　１．４．５硫酸制取　（１）窑气净化工段　由预热器窑尾电收尘器来的３２０　ｏＣ、含尘　０．１５ｇ／Ｎｍ　的窑气（ｓＯ　≥１０％）进入冷却塔进行冷　却洗涤。冷却塔为空塔，塔内喷淋约８％一１０％的　稀硫酸，窑气在冷却塔中经绝热蒸发、冷却至６３～　６８ｃ《＝，进人洗涤塔，洗涤塔为填料塔，用约１．５％的　稀硫酸喷淋洗涤，以进一步除去窑气中的尘、氟等杂　质。洗涤塔出口气体（３８～４０ｃＩ＝）经电除雾器除去　酸雾后进入干燥塔。稀酸采用板式换热器冷却。　冷却塔循环酸从冷、洗塔酸循环泵出口引出部　分稀酸经沉降器沉降，以除去其中的尘。清液部分　流回到冷却塔底部的稀酸贮槽，多余的８％～１０％　浓度的稀酸经脱吸塔脱除其中的ＳＯ　后，与沉降器　底部流出的污酸一道用稀酸泵送至贮槽。　（２）干吸工段　由净化工段来的含ＳＯ　气体，经补充一定量的　空气后进人干燥塔。干燥塔为填料塔，顶部喷淋　９４．５％浓度的硫酸，以吸收窑气中的水分，气体出于　燥塔含水量小于０．１ｇ／Ｎｍ。，然后进入转化工段的　ＳＯ　鼓风机。干燥塔循环酸吸收水分后流人干燥塔　酸循环槽。为了维持干燥塔循环酸的浓度，从中间　吸收塔串来部分硫酸，使干燥塔酸循环槽中酸浓度　维持在９４．５％，再经干燥塔酸循环泵、干燥塔酸冷　却器后人干燥塔循环使用。循环系统中多余的　９４．５％硫酸经ＳＯ　吹出塔脱除其中的ＳＯ：后，经吹　出塔酸循环槽、吹出塔酸循环泵串至中吸塔酸循环　槽。　由转化工段来的含ＳＯ　的第一次转化气进人中　间吸收塔，用９８％浓度的硫酸循环喷淋吸收，制得　硫酸。吸收后的气体回转化工段进行第二次转化。　中间吸收塔酸流人中吸塔酸循环槽中，多余的硫酸　分别串至干燥塔酸循环槽和终吸塔酸循环槽。循环　槽中的酸浓度由干燥塔酸循环槽串来的９４．５％硫　酸和加水维持在９８％。循环酸经中吸塔酸循环泵、　中吸塔酸冷却器进人中间吸收塔顶部循环喷淋。　由转化工段来的含ＳＯ　的第二次转化气体进人　最终吸收塔，塔顶部用９８％浓度的硫酸循环喷淋吸　收，吸收后尾气达标排放。吸收ＳＯ　后的循环酸流　人终吸塔酸循环槽，酸浓度由中间吸收塔串来的酸　和加水来维持在９８％，循环酸经终吸塔酸循环泵、　终吸塔酸冷却器后进入塔顶部循环喷淋。系统中多　余的硫酸从终吸塔酸冷却器出口引出，经成品酸冷　却器冷却后，送至酸罐。　（３）转化工段　由干吸工段干燥塔来的ＳＯ　窑气，经ＳＯ　鼓风　机加压后，经第１ＩＩａ、ＩＩ１ｂ换热器、第１换热器加热到　约４１０—４２Ｏ℃后，进入转化器一段进行反应，生成　ＳＯ　。一段反应出口气体经第１换热器降温到　４５０￣Ｃ后进人转化器二段继续反应。二段出口气体