沸騰爐原理介紹
（1） 基本原理
①流態(tài)化的基本概念
要了解沸騰爐，必須對固體流態(tài)化的基本概念有所了解。物體可分為固體和流體（液體、氣體）兩類。固體和流體其物理性狀有很大的不同。所謂固體流態(tài)化，就是讓固體顆粒通過與液體接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體狀態(tài)的操作。固體流態(tài)化以后可使某些工藝過程簡化和強(qiáng)化，甚至使原來不可能的事情變成可能。在這里只介紹一些與石膏沸騰煅燒有關(guān)的基本概念。在一個圓筒形容器的底部，裝有一個多孔板，多孔板上方裝有一定高度的石膏粉層。氣體通過多孔板進(jìn)入料層并穿過料層向上流出。當(dāng)氣流速度較低時，顆粒層是靜止不動的，氣體從顆粒之間的間隙通過，這種狀態(tài)的顆粒層成為固態(tài)床。當(dāng)氣流逐漸增加到某個臨界速度，氣流對固體顆粒的向上推力與顆粒的重量相等時，固體顆粒被氣體吹起而浮動于氣體中，在一定的空氣內(nèi)無規(guī)律的飛翔運(yùn)動，床層開始膨脹和變松，空隙率比固態(tài)床增大許多，但床層仍有一個明顯的上界面，整個床層具有了類似液體性質(zhì)，這種床層就稱為流化床。如果氣流速度繼續(xù)增大，流化床就出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性，床內(nèi)固體的顆粒成團(tuán)地濡動，氣體主要以氣泡形式通過床層上升。床層內(nèi)分為兩種聚集狀態(tài)：一種是大體上處于臨界流化狀態(tài)的低孔隙率的區(qū)域，稱為密相區(qū)；另一種是只有稀散固體顆粒高孔隙率區(qū)域（即氣泡），稱為稀相區(qū)。高于臨界流速的氣體以氣泡形式沿著流床上升，在上升過程中互相合并長大，到達(dá)床層上界面時氣泡破裂，因此床層上界面很不穩(wěn)定，上下波動，整個流化床看起來就像一鍋激烈沸騰的液體，這種性狀的床層叫做鼓泡床。繼續(xù)增大氣流速度，直至氣流速度大于固體顆粒的懸浮速度時，流化床上界面消失，顆粒將被氣體帶出容器，這就不再存在什么流化床，則成為氣流輸送了。固體顆粒實現(xiàn)流態(tài)化后，流化床就具有了類似液體的性狀，例如它可以浮起大而輕的物體；床層具有了液體那樣的流動性；當(dāng)容器傾斜時，床層上界面保持水平；物料可在容器壁上的小孔噴出；如果將兩個流化床容器底部相連通，物料自動由高位床層流向低位床層，直至上下兩個床層上界面平衡為止；床層中任意兩點(diǎn)的壓差大致等于兩間 間的靜壓頭。
②石膏沸騰煅燒爐的工作原理
石膏沸騰煅燒爐的床層狀態(tài)屬于前面所描述過的鼓泡床，因此將這種爐子形象地稱作“沸騰爐”。沸騰爐煅燒部分為一個立式直筒狀容器在其底部裝有一個氣體分布板，氣體分布板可設(shè)計多孔板。目的是在停止工作時支撐固體粉料不致漏粉，在工作時使氣流從底部均勻地進(jìn)入床層。在床層的上界面以上裝有連續(xù)進(jìn)料的投料機(jī)。在床層上界面處的爐壁上有溢流孔，用于出料。在床層內(nèi)裝有大量的加熱管，管內(nèi)的加熱介質(zhì)為飽和蒸汽或載熱油，熱量通過管壁傳遞給管外處于流態(tài)化的石膏粉，使石膏粉脫水分解。在煅燒部分上部，裝有一個靜電除塵器，氣體離開流化床時帶出來的少量粉塵，由靜電除塵器收集后自動返回流化床，已除塵的尾氣由排風(fēng)機(jī)抽出，排入大氣。正常工作時，從沸騰爐底部鼓入空氣，通過氣體分布板進(jìn)入流化床 。鼓入的空氣不需要很多，稍稍超過臨界氣速，使床層實現(xiàn)流態(tài)化即可。此時淹沒在流化床中的加熱管向物料傳遞大量的熱量，使二水石膏粉達(dá)到脫水分解的溫度，二水石膏就在流化床中脫去結(jié)晶水并變?yōu)檎羝?，這些蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，通過床層向上運(yùn)動。由于蒸汽量比鼓入的空氣量多得多，所以整個鼓泡床的流態(tài)化主要是靠石膏脫水形成的蒸汽來實現(xiàn)的。由于在流化床中粉料激烈的翻滾、混合，所以在整個流化床中各處的物料溫度和成分幾乎是一致的。連續(xù)投入的石膏粉，一進(jìn)入床層，幾乎瞬間就與床層中大量熱粉料混合均勻，在熱粉料中迅速脫水分解。為了避免剛加入的生料未完成脫水過程就過早排出，設(shè)計時在爐子中加了一塊隔板，將流化床分成大小兩部分，兩部分底部是連通的。生石膏粉先進(jìn)入大的部分，在此脫掉大部分結(jié)晶水，然后通過下部的通道進(jìn)入小的部分，在這里完成最終的脫水過程，再由床層上部自動溢流出爐。
建筑石膏的主要用途和市場分析
1、石膏砌塊
石膏砌塊的生產(chǎn)在國外已有百余年歷史,目前世界上許多國家的生產(chǎn)都已基本實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。其中法國的年產(chǎn)量在1700萬平米以上,德國為600萬平米,荷蘭為300萬平米,另外俄羅斯、東歐的波蘭、保加利亞、羅馬尼亞和亞洲的韓國、印度、伊朗都有較大規(guī)模的生產(chǎn)。石膏砌塊具有質(zhì)量輕、可取代粘土磚、少毀耕地等優(yōu)點(diǎn),在高層建筑物中作為非承重墻使用,能夠增大有效使用面積10%左右。普通石膏砌塊是由普通石膏粉加水?dāng)嚢?經(jīng)澆注成型、凝結(jié)硬化而成;同其它新型墻體材料綜合比較來看,它是國內(nèi)建筑行業(yè)性能良的新型墻材(其價格甚至低于粘土磚的成墻價格),完全符合國家關(guān)于推廣新型建材的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向,但由于種種原因,石膏砌塊目前在全國還沒有得到很好的推廣應(yīng)用;近年我國新型墻體材料產(chǎn)銷量為5.75億立方米,如果其中5%(約3000萬立方米)由石膏砌塊取代,每年可轉(zhuǎn)化2000萬噸的脫硫石膏。
2、石膏砂漿
石膏砂漿是水泥砂漿的換代產(chǎn)品,它能夠克服水泥砂漿抹墻后出現(xiàn)空鼓、干裂、脫落等現(xiàn)象,與各種墻體基材都能很好地粘結(jié),尤其適用頂棚抹灰,在加氣砼墻上效果更佳,同時它還具有以下特點(diǎn):
（1）表面裝飾性:墻面致密光滑而不起灰,有較高的強(qiáng)度而不收縮,外觀典雅,無氣味、無裂紋。
（2）防火性能:在發(fā)生火災(zāi)時,石膏硬化體有大量結(jié)晶水在熱作用下釋放出來,形成蒸汽,阻擋了火焰的蔓延,同時在整個脫水過程中吸收了大量的熱,從而提高了耐火性能。
（3）保溫隔熱:石膏硬化體是一種多孔質(zhì)材料,導(dǎo)熱系數(shù)小,保溫隔熱性能好。
（4）施工方便:有良好的和易性、保水性,現(xiàn)場加水?dāng)嚢杈鶆蚝笾苯由蠅δɑ?操作自如,勞動強(qiáng)度低,材料消耗少。
（5）節(jié)省工期:抹灰層凝結(jié)硬化塊,養(yǎng)護(hù)周期短,整個硬化及強(qiáng)度達(dá)標(biāo)過程1-2天全部完成,可大大提高工作效率,加快工程進(jìn)度。
（6）具有呼吸功能:當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度較大時,呼吸孔自動吸濕;在相反條件下,能自動釋放儲備的水份,反復(fù)循環(huán),將室內(nèi)濕度控制在適宜范圍之內(nèi),為居住者創(chuàng)造了良好舒適的生活環(huán)境。
（7）有利冬季施工:施工不受季節(jié)限制,尤其冬季-5℃以上搶工期時,其水化速度不因氣溫低而明顯減慢,只要拌合水不結(jié)冰,即具有早強(qiáng)快凝的特性,是冬季室內(nèi)抹灰施工的好材料。
（二）建筑石膏生產(chǎn)設(shè)備的市場分析
由于用天然石膏生產(chǎn)建筑石膏的現(xiàn)行工藝是采用對粉狀物料的煅燒,而脫硫石膏就是粉狀的;因此,用脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏的設(shè)備與天然石膏的變化不大;但也并不能完全照搬,要根據(jù)脫硫石膏和天然石膏的不同點(diǎn)對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和設(shè)備進(jìn)行選擇與改造；比如,脫硫石膏不適合流態(tài)化煅燒設(shè)備,因為它粒徑太小,有的未燒就被吹出來了,為解決這個問題需要加大均化倉,并不斷倒倉。目前用天然石膏生產(chǎn)建筑石膏的設(shè)備主要有:連續(xù)炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、流化床煅燒爐、以及沙司基打磨、彼特磨、斯德動態(tài)煅燒爐等；總體來說都很成熟,但各有千秋,因此競爭激烈。
預(yù)干燥系統(tǒng)：
預(yù)系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)混合干燥機(jī)進(jìn)行原料干燥。該機(jī)主要由W形殼體和兩根槳葉軸及傳動裝置組成，中心軸上均勻排布葉片。該設(shè)備所需的烘干熱源主要來自于煅燒爐內(nèi)的石膏粉，通過精準(zhǔn)的回料控制，160℃的石膏粉帶來足夠的熱量?；剞D(zhuǎn)混合干燥機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，使?jié)裨吓c160℃的石膏粉充分混合，干燥效率非常高。另外上蓋安裝防冷凝加熱管，也提高烘干效率。
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2.3.4供熱系統(tǒng)：
項目所需熱源全部為電廠飽和蒸汽，溫度240℃左右，蒸汽壓力1.5Mpa。由于項目靠近電廠，蒸汽利用較為方便，而且在使用蒸汽的過程中，無再次污染排放。在使用安全性方面，蒸汽管道配備了蒸汽壓力表、多重手動蒸汽閥門和自動快速截止閥門，使用蒸汽的相關(guān)設(shè)備也經(jīng)過試壓，所用蒸汽壓力均在設(shè)備耐壓的安全范圍內(nèi)，蒸汽管道外層及設(shè)備外層采用硅酸鋁和巖棉保溫材料，保證了工作人員的人身安全。
2.3.5除塵系統(tǒng)：
該生產(chǎn)線屬于全封閉式運(yùn)行模式，采用先進(jìn)的脈沖布袋除塵工藝。主要由脈沖布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)、螺桿空壓機(jī)等設(shè)備組成。
脈沖布袋除塵器
除塵器本體由鋼結(jié)構(gòu)框架、箱體、灰斗、濾袋和袋籠等組成。除塵效率可達(dá)99.99%。
其工作原理是含塵煙氣由除塵器的進(jìn)風(fēng)均流裝置進(jìn)入上箱體，當(dāng)濾袋上的粉塵越積越多，設(shè)備阻力達(dá)到限定的阻力值時，由清灰控制裝置按清灰時間設(shè)定值自動關(guān)閉一室離線閥后，按設(shè)定時間程序打開電控脈沖閥，進(jìn)行停風(fēng)噴吹，利用氣體瞬間噴吹使濾袋內(nèi)壓力劇增，將濾袋上的粉塵抖落在灰斗中，灰斗中的粉塵再由卸料器排出。排出后的高溫粉塵通過傳輸設(shè)備再次進(jìn)入預(yù)干燥系統(tǒng)。
綜上所述，本項目在生產(chǎn)過程中熱源使用電廠飽和蒸汽，不會產(chǎn)生硫化物等有害氣體。
生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙塵氣體，由旋風(fēng)分離器和脈沖布袋除塵器共同處理，除塵效率高達(dá)99.99%，出口含塵量低于20mg/m3，低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3.6控制系統(tǒng)：
西門子Wincc7.3-DCS組態(tài)中控系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成：
系統(tǒng)由工程師站、操作站-上位機(jī)（商用機(jī)或者工控機(jī)）、通訊-工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、控制站-西門子PLC（西門子S7-200-Smart或者S7-300或者S7-400或者S7-1200或者S7-1500）、現(xiàn)場工作站、現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成。
工程師站與操作員站：
一般工程師站用于組態(tài)軟件的開發(fā)，是組態(tài)中控的級別與權(quán)限；多數(shù)采用性價比高的筆記本電腦，系統(tǒng)安裝Wincc7.3開發(fā)版組態(tài)軟件。
操作員站用于組態(tài)中控的操作與監(jiān)控，一般安裝運(yùn)行版軟件，權(quán)限由工程師站授權(quán)；現(xiàn)在多數(shù)采用聯(lián)想或者戴爾商用機(jī)（以前用工控機(jī)的多），系統(tǒng)安裝Wincc7.3運(yùn)行版組態(tài)軟件。
小型的DCS項目一般沒有工程師站，開發(fā)版通常安裝在其中一臺操作員站，與其他的操作員站并行使用；一般情況下，一條生產(chǎn)線采用一備一用的模式，即采用兩臺上位機(jī)并行使用，互為備用，這樣可以保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。
2.3.7輸送、改性及儲存：
煅燒后的脫硫石膏經(jīng)環(huán)磨機(jī)進(jìn)行改性粉磨，后由氣流輸送進(jìn)入成品倉。在此石膏粉儲存3天以上，并得到陳化使產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)更趨穩(wěn)定。
