| 工业固废应用技术专委会石膏类技术论文工业副产石膏制硫酸联产水泥的应用实践与创新高强 冯怡利（山东鲁北化工股份有限公司，山东无棣 251909）[摘 要]介绍了石膏制硫酸联产水泥技术的发展背景、技术现状和鲁 |
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工业固废应用技术专委会石膏类技术论文 |
工业副产石膏制硫酸联产水泥的应用实践与创新
高强 冯怡利
（山东鲁北化工股份有限公司，山东无棣 251909）
[摘 要]介绍了石膏制硫酸联产水泥技术的发展背景、技术现状和鲁北磷石膏制硫酸联产水泥装置的工艺流程、主要设备、原材料要求、中间产品控制、产品质量、稳定操作要点、成本及效益情况，并提出了建设一套年处理工业废石膏80万吨，建年产30万吨石膏制硫酸联产40万吨水泥装置石膏技术方案，得出大力推广石膏制硫酸联产水泥技术意义重大。。
[关键词]磷石膏；硫酸；水泥；综合利用
工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏。主要包括脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏等，其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的85%。2012年，我国工业副产石膏产生量约1.8亿吨。其中，脱硫石膏约7000万吨；磷石膏约6800万吨；其他副产石膏约4000万吨。
磷石膏是用硫酸分解磷矿萃取磷酸过程中的副产物。磷酸是生产高浓度磷复肥的主要原料，制取1吨磷酸（以100% P2O5计）约消耗硫酸2.8吨，副产磷石膏5吨。磷石膏的综合利用和硫资源紧张严重制约了我国磷复肥工业的健康发展。利用磷石膏生产硫酸联产水泥是解决磷复肥行业磷石膏污染环境、实现硫资源内部循环的有效出路。
1 技术发展背景
石膏制硫酸和水泥技术的研究始于20世纪初。1916年，德国的缪勒和阔纳（Muller Kuhne）开发天然石膏制硫酸和水泥技术取得了成功，并建立了中试装置；其后，英国、德国、波兰、奥地利、南非等相继建成了以天然石膏、硬石膏和磷石膏为原料生产硫酸和水泥装置，并投入生产，其平均生产能力为日产硫酸和水泥各160吨。由于工艺与工程等问题及经济上的原因，上述工厂的生产装置已先后停产，至今未取得设计放大和工业化生产。
山东鲁北企业集团总公司自20世纪70年代以来一直从事石膏制硫酸联产水泥技术的研究和开发，在总结国内外技术的基础上，先后取得利用盐石膏、磷石膏、天然石膏、脱硫石膏制取硫酸与水泥攻关试验的成功，通过了省部级和国家级技术鉴定，填补了国内空白。1990年建成投产了“年产3万吨磷铵、副产磷石膏制4万吨硫酸联产6万吨水泥”装置（简称“三四六”工程），于1991年通过了原化工部组织的45天考核考评。该装置于1994年和1995年度回转窑运转天数为348天和362天，年生产能力硫酸达到6万吨、水泥7万吨。为了实现磷铵、硫酸、水泥联产装置大型化，山东鲁北企业集团总公司于1997年5月开工建设“年产15万吨磷铵、副产磷石膏制20万吨硫酸联产30万吨水泥”装置（简称“15、20、30”工程），1999年相继建成投产，成为世界石膏制酸史上技术最先进、规模最大的联产装置。2001年，该技术荣获国家科技进步二等奖。2005年，为了解决电厂烟气脱硫石膏污染环境，山东鲁北企业集团总公司承担了山东省科技厅下达的“工业领域循环经济关键技术研究——脱硫石膏制硫酸联产水泥技术研究与工程示范”重大科技攻关课题，历经小试、中试、产业化，均获得了成功，并通过了鉴定验收，2009年荣获中国石油和化学工业协会科技进步一等奖，2010年荣获山东省科技进步二等奖。
2 生产工艺说明
山东鲁北企业集团总公司年产20万吨石膏制硫酸联产30万吨水泥装置主要以磷石膏废渣为原料，设计采用半水烘干石膏流程、单级粉磨、生料混化、悬浮预热器窑分解煅烧、窑尾静电除尘、封闭稀酸洗涤净化、两转两吸工艺，经原料均化、烘干脱水、生料制备、熟料烧成、窑气制酸和水泥磨制六个过程，制得硫酸和水泥产品（见图1）。
图1 鲁北石膏制硫酸联产水泥工艺简图
2.1 水泥生产工艺流程
2.1.1 原料均化
把符合工艺要求的石膏、焦炭、粘土等原料，按照批量要求在联合储库内进行均化，以确保原料组分的稳定性。
2.1.2 烘干脱水
含水10～30%的石膏由皮带机喂入烘干机内，与来自热风炉的热烟气接触，使水分蒸发。石膏干燥、脱水后经链钩输送机、提升机送入石膏库储存。
烘干机排出的废气经旋风除尘器、电收尘器进行除尘，由排风机排放。
经旋风除尘器和电收尘器收下的石膏粉尘，由链钩输送机随烘干后的石膏进入石膏储库。
焦炭、粘土等辅助材料分别经皮带机进入辅料烘干磨机，与来自热风炉的热烟道气接触、换热烘干、粉磨后，由链钩输送机、提升机进入各自的储库。烘干尾气经旋风除尘器和电收尘器收尘后，达标排放。
2.1.3 生料制备
来自石膏储库的石膏和来自辅料储库的焦炭、粘土等辅助材料经微机控制计量后一起入混化机均匀后入生料仓。
2.1.4 熟料烧成
均化后的石膏生料经仓底喂料机计量后，经提升机、螺旋输送机送入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入硫酸系统，固体则进入第三级预热器的排气管内，经散料板分散后被热气流携带到第二预热器内，这样，物料依次经过各级旋风预热器预热到600～700℃后，进入回转窑内分解、煅烧。
900-1200℃
2CaSO4 + C 2CaO + 2SO2 + CO2
生成的CaO与物料中的SiO2 、Al2O3 、Fe2O3等发生矿化反应，形成水泥熟料：
12CaO+2SiO2+2Al2O3+Fe2O3 3CaO ·SiO2 + 2CaO· SiO2
+ 3CaO· Al2O3 + 4CaO· Al2O3 ·Fe2O3
出窑水泥熟料进入冷却机，冷却后熟料送水泥熟料库。
生成的含SO2（9～11%）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入的生料逆流接触，进行热交换后，自第一级旋风预热排出（320～400℃），由热引风机送入电收尘器。
2.1.5 水泥磨制
水泥熟料、石膏、混合材在储库库底按比例经喂料机计量后，由皮带机送入水泥磨粉磨。粉磨后的水泥由提升机送入选粉机选粉，选出的粗料由空气输送斜槽返回磨内再粉磨，细料则成为成品，经螺旋输送机、斗提机和空气输送斜槽送至水泥储库储存、包装或散装出厂。
水泥磨、空气斜槽、斗提机废气全部引入选粉机作为二次风，不再单独设除尘设备。选粉机废气经袋收尘器净化后，由排风机排入大气，袋收尘器收下的细粉送至水泥储库。
2.2窑气制硫酸生产工艺流程
2.2.1 窑气净化
由预热器窑尾电收尘器来的320℃、含尘0.15g/Nm３的窑气进入冷却塔进行冷却洗涤。冷却塔为空塔，塔内喷淋约8％～10％的稀硫酸，窑气在冷却塔中经绝热蒸发，冷却至63℃～68℃，进入洗涤塔。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℃～40℃）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SO2后，与表面反洗过滤器底部流出的污酸一道用稀酸泵送至贮槽。
2.2.2 干吸工段
由净化工段来的含SO2气体，经补充一定量的空气后进入干燥塔。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。气体出干燥塔含水量小于0.1g/Nm3,然后进入转化工段的SO2鼓风机。干燥塔循环酸吸收水分后流入干燥塔酸循环槽。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93.5%。再经干燥塔酸循环泵、干燥塔酸冷却器后入干燥塔循环使用。循环系统中多余的93.5%硫酸经SO2吹出塔脱除其中的SO2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SO3的第一次转化气进入中间吸收塔，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。中间吸收塔酸流入中吸塔酸循环槽中，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93.5%硫酸和加水维持在98%。循环酸经中吸塔酸循环泵、中吸塔酸冷却器进入最终吸收塔顶部循环喷淋。
SO3+H2O H2SO4
由转化工段来的含SO3的第二次转化气体进入最终吸收塔，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SO3后的循环酸流入终吸塔酸循环槽，酸浓度由中间吸收塔串来的酸和水来维持在98%，循环酸经终吸塔酸循环泵、终吸塔酸冷却器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。
2.2.3 转化工段
由干吸工段干燥塔来的SO2窑气，经SO2鼓风机加压后，经Ⅲa、Ⅲb换热器、第Ⅰ换热器加热到约410～420℃后，进入转化器一段进行反应，生成SO3。一段反应出口气体经第Ⅰ换热器降温到450℃后进入转化器二段继续反应。二段出口气体经第Ⅱ换热器降温到415℃后，进入转化器第三段继续反应。三段反应转化率可达93%。转化器三段出口气体经Ⅲb、Ⅲa换热器降温至180℃后，进入干吸工段的中间吸收塔进行吸收。
V205
2SO2+O2 2SO3
由干吸工段中间吸收塔来的气体，经Ⅳa、Ⅳb换热器升温至410℃，进入转化器四段进行第二次转化。转化器四段出口气体经Ⅳb、Ⅳa换热器降温至180℃后，至干吸工段的最终吸收塔进行第二次吸收。经二次转化后总转化率达99.5%，二次吸收后总吸收率达99.95%。
3 现有装置主要设备
山东鲁北企业集团总公司年产20万吨磷石膏制硫酸联产30万吨水泥装置，年处理工业磷石膏50万吨。现有主要设备，见表1。
表1 主要设备表
|
序号 |
名 称 |
规 格 |
台数 |
|
1 |
磷石膏烘干机 |
Φ4×32m 高效回转式、顺流 |
2 |
|
2 |
辅料烘干磨 |
Φ1.83×6.7m |
1 |
|
3 |
生料混化机 |
Φ3.5×15m 回转式 |
1 |
|
4 |
回转窑 |
Φ4×75m 配套预热器 |
2 |
|
5 |
冷却机 |
Φ2.8×28m 单筒 |
2 |
|
6 |
水泥磨 |
Φ3×11m 配套高效选粉机 |
1 |
|
7 |
水泥包装机 |
六咀，回转式 |
1 |
|
8 |
窑气冷却塔 |
Φ6.4×15.2m 内衬铅、砖 |
1 |
|
9 |
窑气洗涤塔 |
Φ5.6×14.886m 内衬石棉板、铅板及耐酸砖，填充阶梯环 |
1 |
|
10 |
电除雾器 |
Φ6.22×12.57m 330根铅管 沉淀极内径Φ250 |
2 |
|
11 |
干燥、吸收塔 |
内Φ5.2×18m 内装填料，衬砖 |
3 |
|
12 |
SO2 风机 |
风量2600m3/min 风压38000Pa |
2 |
|
13 |
转化器 |
Φ9.8×18.6m 内装催化剂，衬砖 |
1 |
4 主要原材料要求
4.1 石膏
凡是以CaSO4为主要成分的天然或工业副产石膏（包括盐石膏、磷石膏、天然石膏、脱硫石膏等）均可作为制取SO2气体和水泥熟料的主要原料。石膏配制成生料后，要满足分解的要求，分解后的气体满足制硫酸的要求、物料满足生产合格熟料的要求，同时又要满足降低基建投资的要求。经过多年实践证明，要求石膏中SO3≥40%、SiO2≤8.0%、MgO≤2%、Al2O３≤１%、Fe2O3≤0.5%；针对磷石膏因其中含有影响水泥质量的P2O5和F-，一般要求P2O5＜0.8%、F-＜0.35%（以上均为二水基石膏的质量比）。
磷石膏主要化学成分如表2。
表2 磷石膏（二水基）主要化学成分
|
磷石膏 |
LOSS |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
F- |
Σ |
|
Wt,% |
19.35 |
4.44 |
0.31 |
0.37 |
31.93 |
0.36 |
42.21 |
0.70 |
0.12 |
99.79 |
4.2 辅助原料
辅助原料指粘土、铝矾土和铁粉，主要用来补充SiO2、Al2O3、Fe2O3等熟料形成所需成分。实际生产中只补充粘土即可满足配料要求，而铝矾土和铁粉基本上不用。
对粘土要求SiO2≥60%。主要化学成分如表3。
表3 粘土主要化学成分
|
粘土 |
LOSS |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Σ |
|
Wt,% |
9.10 |
62.37 |
4.69 |
12.15 |
5.89 |
2.34 |
96.54 |
4.3 焦炭
生产中一般使用炼焦厂价格便宜的焦沫，其主要成分是C，同时还含有挥发性成分和SiO2、Al2O3等灰分，在烧成过程中提供CaSO4的还原剂。要求固定碳C≥60%、挥发分Vad＜5%，灰分则要求其熔点须高于CaSO4的分解温度。焦炭中的挥发分，在煅烧中不易完全燃烧而进入硫酸工序，造成硫酸转化气水分增大，腐蚀设备并使硫酸触媒粉化，增加阻力，烟囱冒白烟。灰熔点低会造成分解时液相过早出现，影响分解和煅烧。
焦炭分析如表4。
|
焦炭 |
工 业 分 析 |
灰 分 分 析 |
||||||||
|
Wf |
Vf |
Af |
Cf |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Σ |
|
|
Wt,% |
1.10 |
4.13 |
15.97 |
77.81 |
47.89 |
6.83 |
31.65 |
8.71 |
1.51 |
96.59 |
表4 焦炭工业分析、灰份分析
4.4 烧成用煤
采用价格相对低、能有效提高窑气SO2浓度的高硫煤为最为合适。一般要求烟煤热值Qdw≥24000KJ/Kg、挥发分Vad≥20%～25%、灰分Aab≤18%～20%（灰分中Fe2O3＜20%）。
烧成用煤成份如表5。
|
煤 |
工 业 分 析 |
灰 分 分 析 |
|||||||||
|
Wf |
Vf |
Af |
Cf |
Qdw (KJ/Kg) |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Σ |
|
|
Wt,% |
1.83 |
30.85 |
14.75 |
53.56 |
26860 |
55.10 |
8.05 |
21.18 |
6.84 |
2.10 |
93.27 |
表5 煤工业分析、灰分分析
5 中间产品控制指标
生料、熟料即是中间产品，也是下道工序的原料，对其要求如下：
5.1 生料
石膏制硫酸联产水泥装置的关键设备是回转窑。SO2气体和水泥熟料都在窑中生成。既要制得SO2含量较高、符合生产硫酸要求的窑气，又要制得符合水泥要求的熟料。生料的配比和窑内气氛必须严格控制。在窑内强还原气氛和配料中焦炭过量时，可能形成单质硫，单质硫堵塞硫酸部分设备。另外，在配料中焦炭含量低和强氧化气氛时，易出现低熔物、回转窑烧结和结圈现象。
入窑物料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3及杂质(如F和P等)的成份必须准确控制，从而使烧出的熟料满足水泥生产的要求；煤灰和焦炭在配料时，必须同时考虑，按比例配加。
在实际生产中，是通过率值来控制生料中各氧化物配比的。生料配制一般要求达到以下指标：
(1)石灰饱和系数
KH=（CaO-1.18P2O5-0.35Fe2O3-1.65Al2O3）/2.8SiO2=0.85～1.15
(2)硅酸率
n=SiO2/（Al2O3+ Fe2O3）=3.7±0.5
(3)铁率（或铝率）
P=Al2O3/ Fe2O3=2.5±0.2
(4)C/SO3(摩尔比)=0.75±0.5
(5)P2O5≤1%、MgO≤2.5%、F≤0.2%、R2O＜1.5%、Cl＜0.015%、粒度＜50μm。
生料主要化学成分如表6。
表6 生料主要化学成分
|
生料 |
LOSS |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
F- |
Σ |
|
Wt,% |
16.71 |
8.67 |
0.61 |
1.52 |
26.82 |
0.26 |
42.59 |
0.66 |
0.15 |
97.99 |
5.2 熟料
水泥熟料中各氧化物并不是以单独的状态存在，而是以两种或两种以上的氧化物结合成化合物（通称矿物）存在。因此，在水泥生产过程中控制各氧化物之间的比例，比控制氧化物的含量更为重要，更能表示出水泥的性能及对煅烧的影响。水泥熟料控制指标要求如下：
（1）石灰饱和系数
KH=(CaO-0.35Fe2O3-1.65Al2O3-0.70SO3-0.78CaS-fCaO-1.18P2O5)/2.8SiO2=0.84±0.5
（2）硅酸率
n=SiO2/（Al2O3+ Fe2O3）=3.4±0.4
（3）铁率（或铝率）
P=Al2O3/ Fe2O3=2.0±0.3
（4）CaS＜2%、SO3＜2%、fCaO＜2%、MgO＜2%。
熟料主要化学成分如表7。
表7 熟料主要化学成分
|
熟料 |
LOSS |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
F- |
Σ |
|
Wt,% |
-0.41 |
21.83 |
1.95 |
3.96 |
65.49 |
1.80 |
0.80 |
1.80 |
0.29 |
97.51 |
表8 熟料主要矿物组成
|
熟料 |
CaS |
fCaO |
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
Σ |
|
Wt,% |
1.08 |
0.92 |
45.64 |
29.06 |
7.81 |
6.01 |
90.52 |
6 产品质量
硫酸达到GB/T534-2002工业硫酸标准，不含有铅、砷等重金属。
水泥产品达到GB175-2007普通硅酸盐水泥的标准 ，成品表现为有优质低碱,绿色环保的鲜明特色；在达到早期强度同时，后期强度大，抗收缩等优良特性。可做大坝、港口、机场、隧道等大型工程。
7 稳定操作要点
根据多年实践经验，我们认为保证石膏制硫酸联产水泥装置稳定生产的最关键技术点有两个：
一是合格生料的配制是保持烧成操作正常的关键。合格的生料除要求石膏、粘土、焦炭等原材料组分要保持相对的稳定外，合理的配料比例和生料组成是保证水泥煅烧窑长周期运行、生产高标号熟料、熟料正常运行的关键。为了保证配料的精确度，必须选择高精度的配料仪器及设备，按编制好的程序及各种原料的比例，在计算机控制下进行配料。配料软件也是较为关键，必须保证其精度。
二是回转窑的操作控制是该技术的最关键部分。石膏分解范围窄，副反应多，操作难度大。回转窑的运行要求稳定，必须使生料、燃料成分要均匀，加料、加煤、加风量要稳定，回转窑的转速和窑尾负压值也要稳定，这要求设备精度高，运行可靠，操作人员经验丰富，责任心高。
8 产业技术升级和效益分析（新工艺技术方案）
8.1产业技术升级创新点和突破点
在总结鲁北现有石膏制硫酸联产水泥装置优缺点的基础上，考略采用目前业内最新成熟技术和装备，采用一条Φ5.25´100m左右回转窑并优化预热装置，石膏烘干采用高效、节能打散烘干机，减少、改进利用率不高、投资较大的石膏、辅料、生料、熟料储仓，厂房尽量采用投资较少的钢架结构，设备尽量露天布置，按照年处理工业废石膏80万吨，新建一套年产30万吨石膏制硫酸联产40万吨水泥装置，总估算总投资约2.45亿元（不包含公用设施和土地等费用）。与现有装置对比，新的创新点和突破点如下：
（1）熟料煅烧采用一条F5.2´100m的回转窑，窑尾单系列四级旋风预热器，节省投资、降低热耗、日产熟料1000t，熟料热耗6120kJ/kg 。
（2）采用新型高温隔热保温涂料（替代保温砖），涂刷在窑壳金属内壁，能有效抑制并屏蔽辐射热和传导热，隔热抑制效率可达30％以上，可大大减轻回转窑的整体重量，而且致密性高，可以更好的防止窑内的腐蚀气体接触回转窑的钢板。
（3）熟料冷却采用一台新型篦冷机，出口设有熟料破碎机。冷却机排出的气体，大部分作为窑头二次风入窑，剩余的一部分作为煤粉制备的烘干热源。
（4）焦炭、粘土等辅助材料粉磨采用集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体的立式磨系统。
（5）用立式压滤机（或离心机）做为石膏初级脱水，使石膏游离水含量降低到10-13%，选用打撒烘干机烘干。
（6）将石膏及生料砼仓改为小型底部带旋转下料钢制圆筒仓。
（7）充分利用窑气的中温位热能，在静电除尘器后设置低压热管锅炉；根据石膏制酸气量大的特点，开发利用硫酸中低位余热吸收技术副产蒸汽（162℃,0.6MPa） 12.8t/h。
（8）采用先进的DCS计算机中央控制系统，稳定工艺过程，提高产品质量，改善操作环境，降低劳动强度。
表9 新旧装置对比表
|
序号 |
|
鲁北现行装置 |
拟新建技术方案 |
|
一 |
装置规模 |
|
|
|
1 |
年处理磷石膏量 |
50万吨 |
80万吨 |
|
2 |
硫酸（100%计） |
20万吨 |
30万吨 |
|
3 |
熟料 |
680t/d |
1000t/d |
|
4 |
水泥 |
26.6万吨 |
40万吨 |
|
5 |
副产低压蒸汽 |
---- |
1.2万吨 |
|
二 |
技术创新 |
|
|
|
1 |
回转窑 |
双窑F4´78m |
单窑生产F5.2´100m，窑尾单系列四级旋风预热器，节省投资、降低热耗。 |
|
2 |
磷石膏烘干 |
采用传统回转式烘干机 |
采用气流干燥和节能型沸腾式热风炉，生产能力大，热耗低、热效率高，热风炉渣做水泥混合材。 |
|
3 |
原料粉磨 |
回转式烘干机＋球磨机F1.83´6.4m |
集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体的立式磨系统。 |
|
4 |
石膏、生料仓 |
水泥仓 |
小型底部带旋转下料钢制圆筒仓。 |
|
5 |
熟料冷却 |
冷却筒 |
第四代无漏料行进式稳流篦冷机。 |
|
6 |
辊压机 |
无 |
管磨带辊压机系统 |
|
7 |
低压热管锅炉 |
无 |
采用一台低压锅炉（0.6Mpa）移走富余的热量。 |
|
8 |
硫酸中低位余热吸收 |
无 |
采用DWSH低温回收技术。 |
|
9 |
DCS计算机中央控制系统 |
硫酸装置采用DCS控制系统；烧成部分采用DCS控制系统；水泥采用PLC控制，相对落后。 |
采用先进的DCS计算机中央控制系统，对于过程的主要工艺操作参数采用集中监控的全自动控制或人工干预的集中监控，工艺过程稳定，产品质量提高。 |
|
三 |
能耗 |
|
|
|
|
熟料热耗 |
6691kJ/kg |
6120kJ/kg |
“十二五”期间，鲁北将对现有装置继续进行工艺优化、设备改造、延伸产业链条，重点对一步半水法萃取磷酸、窑外分解磷石膏、水泥余热和硫酸反应热回收等关键技术进行研发和优化改造；采用石膏物理脱水和气流干燥技术，降低消耗；对磷矿脱镁、磷石膏除杂脱硅等技术开发，进一步提升装置技术水平。
8.2成本及效益分析
8.2.1经济效益
经测算，硫酸、水泥成本构成分（依据鲁北现行价格）别见表9、表10，按现行每吨硫酸375元和水泥255元价格计，年实现销售收入实现收入21675万元，年利润2655万元，实现经济效益、环境效益、社会效益的统一，达到废物资源化、效益化。
表9 硫酸成本构成表
|
成本项目 |
单位 |
总 成 本（元） |
||||
|
消耗数量 |
金额 |
总耗量 |
单价 |
总成本 |
||
|
一、原材料 |
|
|
|
300000 |
|
|
|
1.焦末（用部分无烟煤） |
吨/吨 |
0.130 |
117.00 |
39000 |
900.00 |
35100000.00 |
|
2.粘土 |
吨/吨 |
0.020 |
0.17 |
6000 |
8.50 |
51000.00 |
|
3.石膏 |
吨/吨 |
2.12 |
10.60 |
636000 |
5.00 |
3180000.00 |
|
二、动力消耗 |
|
|
|
|
|
0.00 |
|
1、电 |
度/吨 |
160.00 |
115.20 |
48000000 |
0.72 |
34560000.00 |
|
2、原煤 |
吨/吨 |
0.30 |
204.00 |
90000 |
680.00 |
61200000.00 |
|
三、工资及附加 |
|
|
41.40 |
|
|
12420000.00 |
|
四、制造费用 |
|
|
|
|
|
|
|
1、折旧 |
元/吨 |
|
44.10 |
|
|
13230000.00 |
|
2、大修 |
元/吨 |
|
35.00 |
|
|
10500000.00 |
|
3、机物料消耗 |
元/吨 |
|
13.20 |
|
|
3960000.00 |
|
4、触媒摊销 |
元/吨 |
|
2.15 |
|
|
645000.00 |
|
5、水 |
立方/吨 |
3.00 |
7.08 |
900000 |
2.36 |
2124000.00 |
|
6、软化水 |
立方/吨 |
0.334 |
2.00 |
100200 |
6.00 |
601200.00 |
|
五、扣产熟料 |
元/吨 |
1.00 |
-220.00 |
300000 |
-220.00 |
-66000000.00 |
|
六、副产低压蒸汽 |
元/吨 |
0.3116 |
-37.39 |
93480 |
-120.00 |
-11217600.00 |
|
成本合计 |
元/吨 |
|
334.51 |
|
|
100353600.00 |
表10 水泥成本构成表
|
项目 |
单位 |
单位成本 |
总成本 |
|||
|
单耗 |
金额 |
总耗量 |
单价 |
金额 |
||
|
一、原材料 |
|
|
|
400000 |
|
|
|
1、熟料 |
吨/吨 |
0.75 |
165.00 |
300000 |
220.00 |
66000000.00 |
|
2、矿渣粉 |
吨/吨 |
0.07 |
11.90 |
28000 |
170.00 |
4760000.00 |
|
3、磷石膏 |
吨/吨 |
0.03 |
0.15 |
12000 |
5.00 |
60000.00 |
|
4、粉煤灰 |
吨/吨 |
0.15 |
9.00 |
60000 |
60.00 |
3600000.00 |
|
二、燃料动力 |
|
|
|
|
|
|
|
1、电 |
度/吨 |
30.00 |
21.60 |
12000000 |
0.72 |
8640000.00 |
|
三、工资附加 |
|
|
3.45 |
|
|
1380000.00 |
|
四、车间经费 |
|
|
|
|
|
|
|
1.折旧 |
|
|
3.50 |
|
|
1400000.00 |
|
2.大修 |
|
|
3.00 |
|
|
1200000.00 |
|
3.机物料 |
|
|
2.00 |
|
|
800000.00 |
|
合计 |
|
|
219.60 |
|
|
87840000.00 |
8.2.2社会效益
石膏制硫酸联产水泥的综合利用，具有多种优势：一是可大比例替代石灰石原料，减少石灰石资源消耗和二氧化碳气体排放（每吨水泥可节省1.28吨石灰石资源，同时可减少0.56吨二氧化碳气体排放）；二是可大幅度降低原料购置费用并可降低能源消耗（熟料烧成热耗低于石灰石为原料的水泥生产）；三是生产工艺成熟、先进，竞争优势明显，有利于淘汰水泥行业落后生产工艺。利用工业副产石膏生产的硫酸、水泥，经国家循环经济主管部门认定后，可享受国家资源综合利用税收优惠政策。
9、结语
利用石膏制硫酸联产水泥技术成熟，化害为利，变废为宝，消除了环境污染，实现了工业副产石膏废渣的综合利用和硫资源的良性循环，是典型的循环经济路线，实现了经济效益、社会效益和环境效益有机统一，促进了社会和环境的生态和谐发展。
目前，我国磷石膏年排放量已超过6000万吨、脱硫石膏年排放量已达3000万吨、盐石膏年排放量为500余万吨。以上副产石膏将随着磷复肥、火电、海盐业的发展而增加。由于副产石膏含有有害物质，任意排放会造成严重的环境污染，设置堆场不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高，长期堆积会引起地表水及地下水的污染，其综合利用迫在眉睫。
我国生产的硫酸70%用于磷复肥生产，30%用于钛白粉等其它工业。以硫磺、硫铁矿和冶炼烟气为原料生产的硫酸占硫酸生产总量的98%以上，以磷石膏和其它原料生产的硫酸不足2%。我国硫资源严重缺乏，硫进口依存度已达到60%，占世界硫贸易的37%-40%。硫资源紧张严重制约了我国硫酸工业及磷复肥工业、电厂锅炉烟气脱硫、钛化工等行业的健康发展，闯出了一条新路。
工业和信息化部2011年第31号公布的《磷铵生产准入条件》明确提出“现有磷铵企业必须配套建有规范的磷石膏堆场，未建磷石膏堆场的企业三年内必须完成装置建设，且磷石膏利用率在三年内必须达到年产生量的15%”，达不到以上要求的企业必须关停。
综上所述，大力推广石膏制硫酸联产水泥技术意义重大。
致谢：本文在石膏制酸专家吕天宝高工指导下完成并审定，在此表示感谢。
【参考文献】
[1]鲍树涛.鲁北大型磷石膏制硫酸联产水泥装置运行及其技术、经济综述//全国磷肥、硫酸行业第十六届年会.南昌：中国磷肥工业协会，2008：255-264.
[2]吕天宝，刘飞.石膏制硫酸与水泥技术//东南大学出版社，2010.10.
