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(duì)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(guò)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(guò)程簡(jiǎn)化和強(qiáng)化，甚至使原來(lái)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(gè)圓筒形容器的底部，裝有一個(gè)多孔板，多孔板上方裝有一定高度的石膏粉層。氣體通過(guò)多孔板進(jìn)入料層并穿過(guò)料層向上流出。當(dāng)氣流速度較低時(shí)，顆粒層是靜止不動(dòng)的，氣體從顆粒之間的間隙通過(guò)，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(gè)臨界速度，氣流對(duì)固體顆粒的向上推力與顆粒的重量相等時(shí)，固體顆粒被氣體吹起而浮動(dòng)于氣體中，在一定的空氣內(nèi)無(wú)規(guī)律的飛翔運(yùn)動(dòng)，床層開(kāi)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(gè)明顯的上界面，整個(gè)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(dòng)，氣體主要以氣泡形式通過(guò)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(guò)程中互相合并長(zhǎng)大，到達(dá)床層上界面時(shí)氣泡破裂，因此床層上界面很不穩(wěn)定，上下波動(dòng)，整個(gè)流化床看起來(lái)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(shí)，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(shí)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(dòng)性；當(dāng)容器傾斜時(shí)，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(gè)流化床容器底部相連通，物料自動(dòng)由高位床層流向低位床層，直至上下兩個(gè)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(guò)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(gè)立式直筒狀容器在其底部裝有一個(gè)氣體分布板，氣體分布板可設(shè)計(jì)多孔板。目的是在停止工作時(shí)支撐固體粉料不致漏粉，在工作時(shí)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(guò)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(gè)靜電除塵器，氣體離開(kāi)流化床時(shí)帶出來(lái)的少量粉塵，由靜電除塵器收集后自動(dòng)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(shí)，從沸騰爐底部鼓入空氣，通過(guò)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(guò)臨界氣速，使床層實(shí)現(xiàn)流態(tài)化即可。此時(shí)淹沒(méi)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@些蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，通過(guò)床層向上運(yùn)動(dòng)。由于蒸汽量比鼓入的空氣量多得多，所以整個(gè)鼓泡床的流態(tài)化主要是靠石膏脫水形成的蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于在流化床中粉料激烈的翻滾、混合，所以在整個(gè)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(guò)程就過(guò)早排出，設(shè)計(jì)時(shí)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(guò)下部的通道進(jìn)入小的部分，在這里完成最終的脫水過(guò)程，再由床層上部自動(dòng)溢流出爐。
建筑石膏的主要用途和市場(chǎng)分析
1、石膏砌塊
石膏砌塊的生產(chǎn)在國(guó)外已有百余年歷史,目前世界上許多國(guó)家的生產(chǎn)都已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。其中法國(guó)的年產(chǎn)量在1700萬(wàn)平米以上,德國(guó)為600萬(wàn)平米,荷蘭為300萬(wàn)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(guó)、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(lái)看,它是國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)性能良的新型墻材(其價(jià)格甚至低于粘土磚的成墻價(jià)格),完全符合國(guó)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(guó)還沒(méi)有得到很好的推廣應(yīng)用;近年我國(guó)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(wàn)立方米)由石膏砌塊取代,每年可轉(zhuǎn)化2000萬(wàn)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(shí)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(wú)氣味、無(wú)裂紋。
（2）防火性能:在發(fā)生火災(zāi)時(shí),石膏硬化體有大量結(jié)晶水在熱作用下釋放出來(lái),形成蒸汽,阻擋了火焰的蔓延,同時(shí)在整個(gè)脫水過(guò)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(chǎng)加水?dāng)嚢杈鶆蚝笾苯由蠅δɑ?操作自如,勞動(dòng)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(gè)硬化及強(qiáng)度達(dá)標(biāo)過(guò)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(shí),呼吸孔自動(dòng)吸濕;在相反條件下,能自動(dòng)釋放儲(chǔ)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(shí),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(chǎng)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(duì)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(duì)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?yàn)樗教?有的未燒就被吹出來(lái)了,為解決這個(gè)問(wèn)題需要加大均化倉(cāng),并不斷倒倉(cāng)。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(dòng)態(tài)煅燒爐等；總體來(lái)說(shuō)都很成熟,但各有千秋,因此競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)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(lái)自于煅燒爐內(nèi)的石膏粉，通過(guò)精準(zhǔn)的回料控制，160℃的石膏粉帶來(lái)足夠的熱量。回轉(zhuǎn)混合干燥機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)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(xiàng)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(xiàng)目靠近電廠，蒸汽利用較為方便，而且在使用蒸汽的過(guò)程中，無(wú)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(dòng)蒸汽閥門和自動(dòng)快速截止閥門，使用蒸汽的相關(guān)設(shè)備也經(jīng)過(guò)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(shí)，由清灰控制裝置按清灰時(shí)間設(shè)定值自動(dòng)關(guān)閉一室離線閥后，按設(shè)定時(shí)間程序打開(kāi)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(guò)傳輸設(shè)備再次進(jìn)入預(yù)干燥系統(tǒng)。
綜上所述，本項(xiàng)目在生產(chǎn)過(guò)程中熱源使用電廠飽和蒸汽，不會(huì)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(guó)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(chǎng)工作站、現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)，是組態(tài)中控的級(jí)別與權(quán)限；多數(shù)采用性價(jià)比高的筆記本電腦，系統(tǒng)安裝Wincc7.3開(kāi)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(xiàng)目一般沒(méi)有工程師站，開(kāi)發(fā)版通常安裝在其中一臺(tái)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(tái)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(chǔ)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(cāng)。在此石膏粉儲(chǔ)存3天以上，并得到陳化使產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)更趨穩(wěn)定。
