【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ”工程磷石膏制水泥的車間成本測(cè)算見表34。表34 “四六”工程磷石膏制水泥的車間成本序號(hào)項(xiàng)目規(guī)格單位消耗定額單價(jià)(元)單位成本1原料及輔料磷石膏SO3＞40%噸5頁(yè)巖合格噸20砂巖合格噸18硫鐵礦渣合格噸10焦炭合格噸60072天然石膏二級(jí)噸150鋼球合格噸45009耐火材料合格噸200032燃料動(dòng)力直流水自來水t1電380伏kwh123燃料煤標(biāo)煤噸4503工資和福利元224制造費(fèi)用705副產(chǎn)品回收含硫窯氣SO2＞7%Nm332936車間成本（注：以8萬t/a水泥，）從表34可見，“四六”工程磷石膏制水泥的車間成本要達(dá)到330元/噸以上。我國(guó)水泥工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，到2010年，新型干法水泥生產(chǎn)要達(dá)到水泥總量的70%以上，限制發(fā)展新建設(shè)2000t/d以下的新型干法水泥生產(chǎn)線。立窯生產(chǎn)線的生產(chǎn)成本在230元/噸左右。由比較可見“四六”工程磷石膏制水泥的生產(chǎn)成本比現(xiàn)行其它方法水泥生產(chǎn)成本高。成本高的原因是焦炭、煤成本高、投資高和能耗高。 對(duì)“四六”工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（1）磷石膏由于含有結(jié)晶水及自由水較大，CaSO4的分解溫度又較高， 與石灰石的分解、燒成過程相比具有顯著的差異，磷石膏需要的分解溫度更高、時(shí)間更長(zhǎng)，需要先還原后氧化的氣氛環(huán)境，控制更復(fù)雜。，其燃料費(fèi)用約占水泥生產(chǎn)成本的52%，而石灰石制水泥的燃料費(fèi)用則僅占水泥生產(chǎn)成本的15%左右。因此．燃料價(jià)格的高低．對(duì)磷石膏方案的生產(chǎn)成本影響很大。(2) 由于CaSO4分解產(chǎn)生大量的S02和C02，，因而單位熟料所需的生料量很大，設(shè)備的生產(chǎn)效率較低。（3）“四六”工程的硫酸及水泥設(shè)備生產(chǎn)效率比其它生產(chǎn)方法低，加之生產(chǎn)規(guī)模小，造成投資高；（4）回轉(zhuǎn)中空窯分解、燒成技術(shù)成熟，但能耗高，硫酸及水泥生產(chǎn)成本高；（5）在目前國(guó)內(nèi)大力發(fā)展大硫酸、新型干法水泥的情況下，按“四六”工程的技術(shù)水平及投資情況，項(xiàng)目投資無利可圖。4 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥（或熟料）的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)現(xiàn)在世界上利用磷石膏制硫酸、水泥的工業(yè)裝置多為早期的林茨法（我國(guó)“四六”工程亦是如此），該工藝采用中空窯，這種工藝由于CaSO4分解在窯內(nèi)進(jìn)行，因而窯的規(guī)格一般很大，操作上要求在窯內(nèi)保證合理的還原氧化狀態(tài)，這一過程是較難控制的，熟料質(zhì)量也不易穩(wěn)定，而且窯的單位容積產(chǎn)量較低。主要缺點(diǎn)有：①窯氣中SO2濃度偏低，體積濃度一般僅在79%；②回轉(zhuǎn)窯熱利用率低，單位熟料熱耗高達(dá)10600KJ/kg,且單位容積產(chǎn)量低；③回轉(zhuǎn)窯熱工制度難以穩(wěn)定，因?yàn)榉纸鈳б笪⑦€原氣氛，而氧化帶要求微氧化氣氛，調(diào)節(jié)難度大，操作不易控制。④聯(lián)產(chǎn)水泥的標(biāo)號(hào)低，質(zhì)量不易保證。將磷石膏的分解過程從回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分離出來，使之在流化床內(nèi)分解，分別得到回轉(zhuǎn)窯廢氣和流化床富氣(富含SO2 )兩列氣體，組成磷石膏窯外分解系統(tǒng)，是近五十年來國(guó)內(nèi)外努力的方向，這一技術(shù)道理上可以大幅度提高產(chǎn)量，降低熱耗，穩(wěn)定操作，而且可相應(yīng)提高SO2氣濃度(達(dá)14 ～16 %)，因而受到國(guó)內(nèi)外普遍的重視。世界上一些國(guó)家對(duì)磷石膏分解制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥（或熟料）技術(shù)的改進(jìn)和研究進(jìn)展情況如下。（1），將干法中空窯改進(jìn)成立筒預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯工藝，采用懸浮預(yù)熱器技術(shù)以縮小回轉(zhuǎn)窯規(guī)格，降低尾氣溫度，以使燒成熱耗下降。據(jù)分析，干法立筒預(yù)熱器窯可比干法中空窯熱耗下降10%15%。奧地利林茨化學(xué)公司1972年在回轉(zhuǎn)窯窯尾加裝生料預(yù)熱器獲得成功，使熟料熱耗降低了15%20%，出窯氣溫由800℃降至425430℃，生料由常溫預(yù)熱到600℃入窯。70m，熟料產(chǎn)量240t/d（90m）。由于經(jīng)濟(jì)原因狀況不佳，該公司的磷石膏制酸、水泥生產(chǎn)在上世紀(jì)80年代中期已停產(chǎn)。德國(guó)沃爾芬公司生產(chǎn)上所采用的是三級(jí)懸浮預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯燒成工藝，其特點(diǎn)如下：①采用三級(jí)預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)工藝，因而熱耗降低。CaSO4的分解是在窯尾部進(jìn)行，由于進(jìn)第三級(jí)預(yù)熱器的尾氣溫度降到了700℃左右，配用三級(jí)預(yù)熱器后，出第一級(jí)預(yù)熱器的廢氣溫度降到360℃左右，因此德國(guó)的研究認(rèn)為，有三級(jí)預(yù)熱器就可以滿足工藝要求。②該工藝仍采用干法生產(chǎn)，但限于CaSO4仍還有一部分在窯內(nèi)分解，故窯的規(guī)格比常規(guī)生產(chǎn)水泥熟料的窯長(zhǎng)，單位產(chǎn)量投資大。③根據(jù)CaSO4分解特點(diǎn)，窯內(nèi)需要有還原氧化的分級(jí)反應(yīng)，而這一反應(yīng)需要控制入窯的空氣過剩系數(shù)，因而操作上較難掌握。④由于窯內(nèi)進(jìn)行了CaSO4的分解和熟料燒成兩個(gè)過程，因此通過窯內(nèi)的空氣量較大，這樣SO2的濃度相對(duì)較低，這對(duì)后續(xù)的制酸工藝不利。⑤磷石膏的干燥脫水采用氣流霧化干燥器，含水的細(xì)顆粒石膏倉(cāng)是一種專用的旋轉(zhuǎn)倉(cāng)。（2）1954年，根據(jù)磷石膏分解特點(diǎn)，提出用流化床分解爐實(shí)現(xiàn)磷石膏的分解，并提出劃分為還原區(qū)和氧化區(qū)的雙氣氛流化床設(shè)想。這是磷石膏流化床分解技術(shù)研究的萌芽。（3）1968年美國(guó)衣阿華州立大學(xué)和KEET FEEDS公司聯(lián)合研究開發(fā)了磷石膏流化床分解的新工藝，提出的流化床分解爐結(jié)構(gòu)如圖41所示。圖41 美國(guó)衣阿華州立大學(xué)雙層分解爐該流化床分解爐分成上下兩個(gè)床層，均以低速流態(tài)化操作，下層流化床進(jìn)行燃燒及分解反應(yīng)，上層流化床則用于預(yù)熱物料。物料加入上層流化床經(jīng)層間物料溢流管流入下層流化床，分解之后物料經(jīng)下層溢流管排出。以天然氣為燃料，提供不足量的空氣燃燒產(chǎn)生還原氣氛。分解流化床溫度控制在1200℃。采用該裝置可將燃料供熱過程及還原分解過程集中在同一流化床內(nèi)進(jìn)行。與之類似的裝置有Martin等人采用的直徑為254mm(10英寸)磷石膏分解爐和其他類似的裝置。在該類雙層流化床裝置中分解磷石膏，為防止生成過多的CaS副產(chǎn)物，必須嚴(yán)格限制還原氣體濃度，同時(shí)應(yīng)盡可能提高溫度。從磷石膏分解動(dòng)力學(xué)研究可知，還原氣體濃度過低，反應(yīng)速度相應(yīng)降低。雖然升高溫度能同時(shí)起到降低CaS副產(chǎn)率和加速反應(yīng)的作用，但其升高值又受到液相出現(xiàn)溫度的限制故此，該類流化床分解層操作的溫度必須嚴(yán)格控制，物料在分解爐內(nèi)停留1～2h后排出，%。該研究未進(jìn)行工業(yè)化。1966年美國(guó)磷產(chǎn)公司田納西分部也著手開展了從石膏提取硫的技術(shù)研究工作，其使用的分解爐形式與美國(guó)衣阿華州立大學(xué)的類似，如圖42所示。 圖42 美國(guó)田納西磷產(chǎn)公司石膏制硫裝置（4）前蘇聯(lián)在研究磷石膏分解流化床方面進(jìn)行了大量工作。較多的研究思路都是在同一流化床內(nèi)控制弱還原氣氛以較高的溫度分解。弱還原氣氛是由燃料不完全燃燒提供，～，控制反應(yīng)溫度在11O0～1200℃ ，氣體中SO2體積含量8 %。(5)1973年。采用單氣氛流化床分解爐時(shí)，要求嚴(yán)格控制溫度和還原氣體濃度，同時(shí)照顧C(jī)aS副產(chǎn)率和液相粘結(jié)這對(duì)矛盾，過程反應(yīng)速度較低。針對(duì)單氣氛反應(yīng)機(jī)制存在的問題，在雙氣氛分解爐內(nèi)，一部分區(qū)域維持氧化氣氛，而另一部分區(qū)域維持還原氣氛，由于顆粒在流化床內(nèi)循圖43 雙氣氛磷石膏分解爐反應(yīng)機(jī)理圖環(huán)，磷石膏在還原區(qū)部分分解成CaO、SO2，同時(shí)也副產(chǎn)CaS,進(jìn)入氧化區(qū)后，副產(chǎn)的CaS被氧化成CaO和SO2或轉(zhuǎn)變成CaSO4，然后回到還原區(qū)再次分解。經(jīng)多次還原及氧化分解后，將達(dá)到高于97%的分解率。其過程反應(yīng)機(jī)制如圖43所示。從雙氣氛分解反應(yīng)機(jī)理可知，因氧化區(qū)可將副產(chǎn)CaS轉(zhuǎn)化成CaSO，再次進(jìn)入還原區(qū)分解，或者將CaS直接轉(zhuǎn)化為成品。所以，還原區(qū)可不必過多考慮CaS的副產(chǎn)量，基于這一前提，可以采用較高的還原氣體濃度以加速反應(yīng)，從而可以避免因溫度過高引起的顆粒粘結(jié)。雙氣氛分解爐克服了單氣氛反應(yīng)的局限性和技術(shù)難度，操作控制易于進(jìn)行。從1975年開始一直在進(jìn)行中試研究，試圖將裝置應(yīng)用于生產(chǎn)，但由于經(jīng)濟(jì)和原料放射性的原因未能實(shí)現(xiàn)。分解爐所用燃料可以是天然氣或煤，助燃空氣分兩部分從流化床底部和中部加入，使?fàn)t內(nèi)形成底部還原及上部氧化氣氛 ，爐內(nèi)溫度維持在1100～1200℃，產(chǎn)生的SO2氣體濃度在8～16％。系統(tǒng)有余熱回收利用時(shí)SO2氣濃可達(dá)16%，當(dāng)無余熱回收利用時(shí)，其SO2氣濃偏低，一般僅在8％左右。 圖44 衣阿華州立大學(xué)雙氣氛磷石膏分解爐示意圖該雙氣氛分解爐操作屬低速流態(tài)化，氧化區(qū)和還原區(qū)均處在濃相床內(nèi)，經(jīng)多次還原氧化分解后由氧化區(qū)溢流管排出。雙氣氛分解爐克服了單氣氛爐的缺陷，因而受到普遍重視。前蘇聯(lián)也在80年代初期研制了類似操作的分解爐，分解爐操作溫度均在l100～1200℃。T．D．Wheelock等人提出的雙氣氛思想以及大量的試驗(yàn)研究工作確證了磷石膏流化床分解技術(shù)的可行性。但是，隨著流態(tài)化技術(shù)的發(fā)展，快速流化床技術(shù)成為發(fā)展的方向，在眾多行業(yè)得到較廣泛應(yīng)用，顯示了工程應(yīng)用的優(yōu)越性。所以，以快速流態(tài)化技術(shù)為基礎(chǔ)，提出適宜的磷石膏分解爐又成為后來國(guó)內(nèi)外研究的主流。（6）德國(guó)魯奇（Lurg）公司是世界上最早發(fā)展電站循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)的公司之一，其第一臺(tái)電站CFB鍋爐于1982年投入運(yùn)行。1985年魯奇公司K．R．Knosel LI 等人提出將循環(huán)流化床技術(shù)運(yùn)用于磷石膏分解，使磷石膏生料反復(fù)進(jìn)入CFB分解爐，CaS04最終接近完全分解后入水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒，并設(shè)想使出分解爐的爐氣與出回轉(zhuǎn)窯的窯氣分流，以保持其較高的S02氣濃。1985年德國(guó)Lurg公司推出一種循環(huán)流化床(CFB)磷石膏分解爐，并完成了日處理10t磷石膏的中間試驗(yàn)，分解爐及中試流程見圖4圖46。CFB石膏分解爐仍采用雙氣氛反應(yīng)機(jī)制．物料除爐內(nèi)循環(huán)反復(fù)經(jīng)過還原及氧化區(qū)外，還依靠爐外循環(huán)，由分料器完成部分循環(huán)入爐反復(fù)分解過程。以煤粉為燃料，并以不完全燃燒方式提供還原氣氛。氧化氣氛則依靠外加二次空氣實(shí)現(xiàn)，成品由分料器排出。在熱模裝置上分解爐的操作溫度為1000℃，磷石膏分解率達(dá)99% ，SO2 氣濃為l5%。圖45 Lurgi的CFB磷石膏分解爐圖46 Lurgi的磷石膏分解中試流程 Lurgi的磷石膏分解工藝流程示意見圖47。圖47 利用循環(huán)流化床工藝生產(chǎn)水泥熟料及高濃度SO2氣體的流程Lurgi工藝方法的特點(diǎn)如下：①工藝過程合理。新流程中把常規(guī)在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行的干燥脫水，分解和燒成操作分別放在單獨(dú)設(shè)備中進(jìn)行，這樣便于分別控制工藝條件，不致相互干擾。由于物料分別流出，如燒成時(shí)的窯氣不會(huì)與脫硫后的爐氣相混，使分解爐爐氣SO2濃度高達(dá)15％。②充分利用余熱。進(jìn)料石膏的預(yù)熱和干燥在直接加熱的快速干燥器內(nèi)進(jìn)行，熱源由燃燒器供給。由于同時(shí)利用了出三級(jí)旋風(fēng)分離器的廢窯氣和熟料燒成過程中的高溫窯氣補(bǔ)充供熱，使燃燒器燃料消耗大為減少。分解爐旋風(fēng)分離器出口的高溫爐氣被引至間接加熱的管式回轉(zhuǎn)煅燒器中，利用余熱進(jìn)一步脫除磷石膏中的結(jié)晶水并使其升溫。生產(chǎn)中產(chǎn)生的所有余熱均被用于原料的預(yù)熱、脫水和升溫，從而大幅度降低了能耗。③新型獨(dú)特的流化床石膏分解爐。新開發(fā)的設(shè)備由圓柱形反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器及密封通道組成，簡(jiǎn)稱CFB石膏分解爐。分解爐的正常操作溫950℃～l100℃。由于采用特殊的循環(huán)系統(tǒng)，能有效地降低石膏分解溫度，精確地控制石膏分解，實(shí)際分解率可達(dá)到100%。④采用新型煅燒器。煅燒器是管式間接加熱逆流操作的。從分解爐出來的高溫爐氣約在850℃下進(jìn)入管束，并在高于硫酸露點(diǎn)約200℃的溫度下離開，預(yù)干燥過的石膏約在100℃進(jìn)入煅燒器，被加熱到450℃左右，脫除其中的結(jié)晶水，然后，再通過輸送設(shè)備送往CFB反應(yīng)器。⑤回特窯縮短了。由于吸收熱量最大的分解過程移至窯外分解爐進(jìn)行， 回轉(zhuǎn)窯僅負(fù)擔(dān)燒成功能，窯內(nèi)熱負(fù)荷減小， 因而可大大提高窯的生產(chǎn)能力或縮短窯的長(zhǎng)度， 同時(shí)窯的操作條件也得到改善。離開回轉(zhuǎn)窯的水泥熟料再遂去冷卻，可采用格柵式冷卻器或行星式冷卻器。⑥特珠設(shè)施。原料為磷石膏時(shí)，在干燥、脫水過程中排出的含氟氣體，可通過氟吸收裝置，使廢氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)，并可回收氟鹽副產(chǎn)物。原料為火電廠脫硫渣石膏時(shí)，火電廣煙氣在進(jìn)入旋轉(zhuǎn)噴霧塔前需增設(shè)效率較高的除塵設(shè)備(高效旋風(fēng)除塵器、電除塵器或布袋除塵器)，以提高脫硫渣中石膏的含量，使其符合制造硫酸和水泥的工藝要求。據(jù)報(bào)道，魯奇公司利用小型(日產(chǎn)5噸)CFB試驗(yàn)裝置，在1060℃分解溫度下得到的磷石膏分解率約99％，并稱該項(xiàng)技術(shù)用于工業(yè)化裝置將可獲得 φ(S02)15％的SO2氣體。在以后的數(shù)年中，該公司在國(guó)際上進(jìn)行了廣泛的宣傳工作,以期建成日產(chǎn)50 t硫酸和水泥的中試裝置，并努力尋求工業(yè)化試驗(yàn)的合作伙伴。至今未有工業(yè)化的報(bào)道。（7）據(jù)報(bào)道，1985年美國(guó)FCS能源公司和佛羅里達(dá)礦石粉碎公司的董事長(zhǎng)F．Browne Gregg向國(guó)會(huì)提交了一份關(guān)于在該州建立磷石膏循環(huán)利用大型工廠的報(bào)告，擬采用的技術(shù)方案仍為回轉(zhuǎn)窯分解，僅物料的升溫預(yù)熱采用流化床技術(shù)，物料進(jìn)預(yù)熱流化床前需作成球處理。系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫廢氣用于產(chǎn)生蒸汽作為聯(lián)合發(fā)電的熱源。（8）1986年美國(guó)佛羅里達(dá)州的Davy Mckee（DNC）公司和佛羅里達(dá)磷酸鹽研究所(FIPR)聯(lián)合開發(fā)了一種環(huán)形爐篦燒結(jié)法，分解磷石膏制取建筑骨料和硫酸，曾計(jì)劃建設(shè)2500t／d骨料的工業(yè)化裝置。迥轉(zhuǎn)式園爐篦運(yùn)用于鋼鐵工業(yè)作為燒結(jié)之用，已有多年的工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，與迥轉(zhuǎn)式煅燒爐相比，具有產(chǎn)率高，投資省，能耗低，反應(yīng)混合物在篦上可充分混合不至于熔析等優(yōu)點(diǎn)，因設(shè)備已在大工業(yè)中運(yùn)用，只需做應(yīng)用于磷石膏的煅燒試驗(yàn)。試驗(yàn)自1982年開始，用不同的圓爐篦設(shè)計(jì)，以試驗(yàn)室規(guī)模做了大量試驗(yàn)，目的為將磷石膏在圓爐篦上熱分解，最終取得硫酸和可供銷售的固體建筑材料付產(chǎn)品。在圓爐篦上可多處加料，并在爐篦上各密封隔離的間隔中進(jìn)行反應(yīng)，含SO2的爐氣自爐篦上部收集。固體付產(chǎn)品則由特殊裝置排出。進(jìn)料中的還原劑為石油焦，添加劑為粘土等物。在第一 第二階段試驗(yàn)中，做了