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脱硫石膏的“明天”

脱硫石膏的“明天”
马世臻    段庆奎
摘要:脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏,是对含硫燃料(主要是煤)燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏,伴随着经济的发展和节能减排要求的日趋严格,一大批电厂脱硫设施相继配套建成,相应的产生大量的脱硫石膏,如何科学有效的处理利用成为当下石膏行业一大热门。
关键词:脱硫石膏;应用
1  脱硫石膏及其现状
由于国内第一套脱硫装置是重庆华能珞璜电厂最早从日本三菱重工引进的石灰石/石灰石膏湿法脱硫装置,基本国内以后普遍使用此技术,在脱硫过程中,石灰石经破碎、制粉、配置浆液进入吸收塔,在吸收塔内,浆液中的水首先吸收烟气中的二氧化硫,再与浆液中的碳酸钙反应生成亚硫酸钙,亚硫酸钙被鼓人的氧化空气中的氧气氧化,最终生成石膏晶体二水硫酸钙,泵将石膏浆液打出至石膏旋流站,脱水至含水量为40%左右的石膏浆液,最后出真空皮带脱水机脱水至含水率约为10%左右的石膏饼,即为下游石膏加工研发企业的原材料。
2009年我国脱硫石膏产生量约为4300万吨,综合利用率约为56%,累计堆存量超过5000万吨,脱硫石膏的大量堆积,不仅占有大量的土地、浪费资源,还对周边环境造成污染,已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫企业可持续发展的重要因素。根据《“十二五”大宗工业固体废物综合利用专项规划》,2015年大宗固体废弃物利用率从目前的40%提高到50%,其中脱硫石膏综合利用率由56%提高到80%,前景广阔。
2  脱硫石膏的特点
灰石/石灰石膏湿法烟气脱硫的产物是高纯度石膏,与天然石膏相比,脱硫石膏具有以下不同的物理特性:
(1)颗粒过细:天然石膏经粉碎后,细度约140μm,而脱硫石膏颗粒直径小于60μm,由于颗粒过细而带来流动性和触变性等问题。
(2)有一定的含水率:一般达到10%—15%,由于含水率高,粘性强,在装载、提升、输送过程中很容易粘附在各种设备上,造成基料堵塞,影响生产过程正常运行,同时也增大了热耗。
(3)颜色偏深:质地优良的脱硫石膏时纯白色的,但常见的呈深灰色或带黄色,作为粉刷石膏和装饰石膏将影响外观,其主要原因是电厂烟气除尘设备效率不高,导致脱硫石膏含有较多的粉煤灰,石灰石中含有铁等杂质也有一定的影响。
(4)堆积密度大:达到1g/Cm3,堆积密度大对储存、生产和产品的性能有重要的影响。
3脱硫石膏的应用
3.1熟石膏
脱硫石膏经过干燥,脱水处理成为熟石膏,熟石膏按用途可分为:墙体石膏(石膏砌块、条板、纸面石膏板),陶瓷工业用石膏,装饰石膏,土壤改良石膏等,应用量最大的是建筑用熟石膏,目前国内利用脱硫石膏生产建筑石膏粉的工艺有连续炒锅、沸腾炉、回转窑、气流煅烧等,如宁夏石膏工程技术研究中心根据脱硫石膏的特性,研制开发出了闪烧法工艺和设备在——利用脱硫石膏生产优质建筑石膏粉技术。
煅烧工艺的选择非常关键,对于电厂而言,从环保角度出发,应首选用电、气作热源;从市场的角度出发,应选择适合当地市场的后续产品,不可盲目开发。
3.2高强石膏
高强石膏是将脱硫石膏制成浓度适宜的石膏浆体,加入一定量的转晶剂,在搅拌加压的条件下,石膏浆体的处理温度,时间和压力控制在一定范围内生成柱状石膏晶体,然后经过脱水,干燥制得高强熟石膏,在生产中转晶剂的种类和加入量,浆体的热处理温度及时间和压力,浆料浓度等因素是决定产品质量的重要因素。宁夏石膏工程技术研究中心根据脱硫石膏的特性,研制开发出了蒸压法工艺和设备一一一利用脱硫石膏生产高强石膏粉或特种石膏粉技术。
3.3粉刷石膏
利用脱硫石膏配制的粉刷石膏,强度高,和易性好,同时成本低,特别是利用脱硫石膏和粉煤灰混合型粉刷石膏,后期强度相对于单一石膏的产品高,且耐水有明显的提高。利用脱硫石膏配制粉刷石膏时应考虑脱硫石膏颗粒较细,杂质等因素的影响。宁夏石膏工程技术研究中心根据脱硫石膏的特性,研制开发出了混合式回转窑煅烧工艺和设备一一利用脱硫石膏生产混合相粉刷石膏技术。
3.4水泥缓凝剂
脱硫石膏用于水泥缓凝剂,附加值不高,利润也不客观,但却不失为大规模处理脱硫石膏的主要途径。脱硫石膏用作水泥缓凝剂对水泥性能,如细度、凝结时间、放射性、抗折强度、抗压强度、安定性基本没有影响。虽然利用脱硫石膏生产水泥缓凝剂简单易行,但要求脱硫石膏的附着水含量必须控制在5%以内,从而满足水泥生产工艺的需要。由于大部分电厂脱硫石膏的附着水含量设计为10%左右,而实际产出的脱硫石膏附着水含量均在12%以上,所以需要对脱硫石膏进行脱水处理或购进熟石膏粉与脱硫石膏混合搅拌,制成附着水含量在5%以内的散状水泥缓凝剂。
3.5  自流平石膏
自流平石膏是自流平地面找平石膏的简称,又称为石膏基自流平砂浆,是由石膏材料、特种骨料及各种建筑化学添加剂在工厂精心配置、混合均匀而制得的一种专门用于地面找平的干粉砂浆。目前,我国已制定的相应产品标准为JC/T 1023-2007《石膏基自流平砂浆》;它具有以下优点:
①采用自流平石膏施工的地面,尺寸准确,水平度极高,不空鼓、不开裂;作业时轻松方便,效率高;并且可以采用泵送施工,日铺地面可达800~1000m2。
②用做“地暖”找平覆盖层(地暖与其它采暖方式相比,节能幅度约为20%,如采用分区温控装置,节能幅度可高达到40%),不会象水泥砂浆层那样,因热胀冷缩产生开裂、起鼓等现象。
③自流平石膏和水泥砂浆用于建筑物地面的找平层时,两者连工带料的最终成本相近。
如若用自流平石膏替代水泥砂浆,由此减少水泥的用量在整个水泥产量中比例很小,不足百分之一;基本上不会影响水泥生产企业的利益。因此,在我国建材市场推广应用自流平石膏的阻力小、前景大。
④国外应用非常普遍,已有几十年,有成熟的施工技术及配套的施工机具。
脱硫石膏技术和设备目前在国内也有一定的研究,如宁夏石膏工程技术研究中心根据脱硫石膏的特性,研制开发出了内烧逆流式回转窑煅烧工艺和设备一利用脱硫石膏生产无水石膏粉配置自流平石膏技术。
3.6纸面石膏板
纸面石膏板是国内外主要的建材产品,由于脱硫石膏有纯度高、粒度细、氯离子含量低等优点,在纸面石膏板中得到了广泛的应用,如泰和,北新建材等早已在国内大量生产使用。日本、德国已有多年利用脱硫石膏成产纸面石膏板的大型生产线,相对于使用天然石膏粉,生产成本有明显的优势,但与面纸的粘结性较差,对现有工艺参数的适应性不如天然石膏,目前采取掺加使用的方法生产,探讨解决此问题对脱硫石膏在纸面石膏板中的的应用有深远的意义。
4  当前存在的问题
近年来,尽管我国脱硫石膏的利用途径不断拓宽、规模不断扩大、技术水平不断提高,但随着脱硫石膏产生量的逐年增大,综合利用仍存在一些问题。
(1)区域之间不平衡。
受地域资源差异和经济发展水平影响,不同地区脱硫石膏产生、堆存及综合利用情况差异较大。北京、河北、珠三角及长三角等地区脱硫石膏产生量小、综合利用率高;而山西、内蒙古等燃煤电厂集中的地区脱硫石膏产生量大、综合利用率较低。
(2)品质不稳定。
尽管理论上脱硫石膏品质要高于天然石膏,但由于我国部分燃煤电厂除尘脱硫装置运行
效率不高,加之电煤的来源不固定,导致脱硫石膏品质不稳定,品质波动较大,给下游利用企业
带来困难。
(3)标准体系不完善。
缺乏用于生产建材产品的脱硫石膏标准,不利于其在不同建材领域的应用。另一方面缺乏脱硫石膏综合利用产品相关标准,只能参照其他同类标准,市场认可度低,造成其难以被大规模利用。
(4)天然石膏丰富,脱硫石膏产量大,分布广。
由于当前我国天然石膏开采成本(包括资源成本和开采成本)较低,且产量丰富,不利于脱硫石膏替代天然石膏应用。同时脱硫石膏产量大,利用中存在一定的技术、产品不稳定等问题,石膏制品企业更愿意使用品质稳定的天然石膏。
(5)电力和建材部门之间缺乏沟通与合作。
脱硫石膏的主要用途是水泥、石膏板等建材生产,属规模大、附加值低的行业,要实现较好的盈利,必须依靠大规模销量,否则难以调动企业积极性。目前,电力和建材部门缺乏沟通与合作,电厂因技术、煤种等种种原因不太重视脱硫石膏的质量,建材部门因石膏质量难以保证,不敢依赖电厂的脱硫石膏。此外,有专家指出,由于天然石膏价格便宜,如果加工工厂与电厂的距离过远,脱硫石膏的价格优势将不复存在。而单独的电厂脱硫石膏产量有限,无法实现规模化应用,电厂如果上设备对脱硫石膏进行深加工将无利可图。
5  建议
(1)健全标准体系
进一步完善脱硫石膏综合利用标准体系,加快脱硫石膏综合利用产品标准和应用标准制修订工作。充分发挥行业协会、科研院所和专业标准化机构的作用,适时制修订生产建材的脱硫石膏标准:加快脱硫石膏综合利用相关产品标准、检测标准、应用标准制修订,推进建立脱硫石膏综合利用产品检测中心;会同建设主管部门研究制定脱硫石膏综合利用建材产品施工标准或规范;强化标准实施,引导建筑行业提高使用脱硫石膏综合利用产品比重。
(2)加强技术改造
把脱硫石膏综合利用列为企业技术改造项目重点支持范围,加大中央和地方财政资金对其综合利用技术改造支持力度,提升脱硫石膏综合利用技术水平,加强脱硫装置运行的可靠性管理,强化脱硫系统优化调整,确保脱硫石膏品质的稳定性,为下游综合利用提供保障。
(3)完善配套政策
首先,可以考虑出台限制天然石膏开采的政策法规。比如,可以较大幅度提高天然石膏资源税,加大开采成本。运用经济杠杆促使企业加强脱硫石膏综合利用,提高脱硫石膏市场竞争力。其次,完善脱硫石膏综合利用优惠政策。在增值税、所得税、贴息贷款等方面进一步细化,现有脱硫石膏综合利用优惠政策力度较小,如水泥产品享受增值税即征即退的优惠范围仅限于“在生产原料中掺有不少于30%的煤矸石、石煤、粉煤灰、烧煤锅炉的炉底渣及其他废渣生产的水泥”,而脱硫石膏作为水泥调凝剂,其掺量只有3%~5%,远远达不到政策规定标准,不能享受
税收优惠政策。对于其他利用脱硫石膏生产的建材产品,也缺少相应的政策支持。最后,制定脱硫石膏利用技术政策和指南。国家可以因地制宜,确定可行的技术路线、原则和方案。如在经济发达、缺乏石膏资源的地区,优先考虑生产纸面石膏板、石膏切块、粉刷石膏等石膏建材制品:在水泥工业较发达地区,优先考虑以脱硫石膏代替天然石膏作水泥调凝剂;在土地盐碱化严重的农业区,优先考虑用脱硫石膏改良土壤。
(4)加快先进适用技术推广应用
鼓励大掺量利用脱硫石膏技术产业化,包括纸面石膏板、石膏基干混砂浆、石膏砌块、石膏砖等。大力推进脱硫石膏用作水泥缓凝剂,鼓励脱硫石膏产生企业对石膏进行预加工。支持改造现有水泥生产喂料系统,推进水泥生产直接利用原状散料脱硫石膏。加快脱硫石膏生产胶凝材料产业化,包括粉刷石膏、腻子石膏、模具石膏和高强石膏粉等。
(5)建立示范项目
可以考虑建立脱硫石膏综合利用示范工程。针对脱硫石膏生产建材、土壤改良等大宗利用及高附加值改性技术,重点研发拥有自主知识产权的新技术,提升石膏产业整体技术水平。环保专项资金应对脱硫石膏综合利用及其配套工程给予支持,重点扶持大宗量利用脱硫石膏生产水泥调凝剂和建筑石膏的示范项目,以点带面,促进脱硫石膏综合利用产业快速健康发展。
6  小结
由于历史和具体国情等因素的影响.目前国内利用脱硫石膏与发达国家相比虽有较大的差距,但随着环保要求的日益提高、环保法制法规的逐步健全和加强,以及国家相关政策的倾斜支持,近年来,以石膏材料为代表的新型建筑材料、新型墙体材料及装饰装修材料在建筑领域中应用量的高速增长,脱硫石膏的资源化利用,具有较高的经济效益和较好的社会效益,既发展了经济、符合了环保、节约了资源,符合国家倡导的“循环经济”、“建设节约社会”、“可持续发展”的方针政策,各相关部门、企业、研发单位应拓宽思路,产学研相结合,形成围绕脱硫石膏资源化高效应用的产业链。在适宜的工艺及设备技术条件下,脱硫石膏将成为一种廉价的、优质的、高品位的石膏产制品生产的原材料,相信脱硫石膏的利用会有很好的前景,期待脱硫石膏辉煌的“明天”。

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