研究报告脱硫石膏、磷石膏循环利用做水泥缓凝剂廉价转化实现环保循环经济的可行性方案报告

1、脱硫石膏、磷石膏廉价转化实现环保循环经济的可行性方案报告项目名称：脱硫石膏、磷石膏循环利用做水泥缓凝剂一、项目概述将工业废弃物烟气脱硫石膏、磷石膏通过一套工艺设备处理后可以代替天然石膏作为生产水泥用的缓凝剂，（石膏在水泥行业的需用比例为4%5%，即每生产100吨水泥就要45吨石膏）。用工业石膏代替天然石膏，既节约了天然石膏矿产资源，减少了开采、运输过程对生态的破坏和环境的污染，又能为社会提供适应市场需求的产品，实现社会效益、经济效益和环境效益的三赢。近几年，从中央到地方，推动节能减排的工作力度进一步加大，党的十七大明确提出，要建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式

2、、消费模式。“十一五”规划纲要明确要求：“要把节约资源作为基本国策，大力发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会”。在节能减排的大主题、大环境下，此项目通过宣传推广会逐步被各地政府、环保部门、已安装脱硫装置的火电厂、水泥厂、私人投资公司等认识到其环保效益、社会价值、循环经济价值。二、项目可行性分析据不完全统计，我国亟待处理的脱硫石膏、磷石膏已达6亿多吨，每年新增排放量5000-6000万吨，平均每2个公民就拥有1吨。按目前电力、化工两大行业的发展速度，5-7年内排放堆积量将会翻一翻。如能综合利用，可变废为宝。对水泥行业来说，作水泥缓凝剂是脱硫石膏最主要的应用方式。目前我国

3、的脱硫石膏主要集中在东部沿海地区，这些区域又是水泥主产区，又严重匮乏天然石膏，所需石膏基本是从山东运输到南方。2006年我国水泥产量约13亿吨，仅东部地区就有8亿吨。按照4的添加量计算，如果全部用脱硫石膏代替天然石膏作为缓凝剂，一年可消化脱硫石膏3200万吨，随着基础交通、建筑等行业的快速发展，扩大规模的水泥行业逐步可解决脱硫石膏的利用问题。重庆建筑大学研究表明,脱硫石膏中含有一定量的碳酸钙,掺入脱硫石膏,水泥凝结时间正常,对水泥力学性能和安定性有积极作用,可以代替天然石膏用于水泥生产。此外还研究了脱硫石膏的造球以及使用脱硫石膏给生产企业带来的显著经济效益。脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时由SO

4、2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4H2O,还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙,石灰石中所含有的其它杂质和少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。脱硫石膏产量大,不受天然石膏产地的限制,将其用于水泥生产已引起人们的广泛关注。国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验,我国近年才有脱硫石膏产出,尚未对其作水泥缓凝剂进行过系统研究,本工作针对发电厂年产30万吨脱硫石膏综合利用问题进行了深入研究。工业副产石膏作为一种废弃物会污染环境。将废弃物资源化,使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的途径。这将给排污单位和水泥厂创造好的经济、社会、环境效益。材料与实验方法主要原材料有脱硫石

5、膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、粉煤灰,化学成分如表1。 脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%。主要杂质为未反应完全的CaCO3和部分可溶盐。从化学分析可知,脱硫石膏不含对水化性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。 将水泥熟料、石膏及各种混合材按配比要求计量后在球磨机中混磨30min,水泥细度达到国家标准要求。实测值,水泥0.08mm方孔筛筛余为7.0%8.2%。复合水泥细度2.8%4.7%。依据国家标准,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合水泥的性能进行了全面测试。 结果与讨论 1、脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响 脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如

6、表3、表4所示,从试验结果可知,脱硫石膏的掺量大于2.0%时,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格,随着石膏掺量增大,凝结时间延长,但强度变化不明显。与相同掺量天然石膏的水泥相比,脱硫石膏作缓凝剂的水泥初凝时间有所提前,终凝时间相差不大,强度比后者高5%左右。脱硫石膏掺量在2.5%4%之间水泥性能较好。掺量低于2%,水泥的缓凝效果达不到要求。从上述结果可知,脱硫石膏可以和天然石膏一样用于硅酸盐水泥和普通水泥的生产。2、脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能的影响 :脱硫石膏对矿渣水泥和粉煤灰水泥性能影响如表5。 从上述试验结果可知，脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,水泥性能正常发展，尤其是强度指

7、标与天然石膏作缓凝剂的水泥保持在相同水平,有的还会高出5%7%,对于低标号水泥提高的幅度要大一些,约为10%20%左右。脱硫石膏在其中不仅作缓凝剂,同时还起到硫酸盐激发剂的作用,促进了水泥强度发展。3、脱硫石膏对复合水泥性能的影响表6是分别掺有矿渣和石灰石、矿渣和粉煤灰混合材的复合水泥以脱硫石膏作缓凝剂的性能,试验结果表明,脱硫石膏能够正常调节复合水泥的凝结时间,水泥性能优良。掺入石灰石的复合水泥性能明显优于掺入粉煤灰的水泥性能。 注:水泥细度控制在2.8%4.7%。 从上述不同品种水泥的试验结果可知,脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐,如K+、Na+盐,这些杂质的存在有利于加速

8、水泥水化,激发混合材活性的充分发挥,加之脱硫石膏细度大,在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触,迅速发生反应,能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤水泥和复合水泥,脱硫石膏既是缓凝剂,同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂,以及其中含有的CaCO3,对水泥结构性能有提高作用。*脱硫石膏应用水泥行业上必须要克服的问题*粉状脱硫石膏在运输和生产使用中有诸多不便,由于其含水分比较大，运输成本高，其次也是最主要的问题，湿基脱硫石膏粘结性强，直接在水泥生产线上应用很容易粘堵输送装置、料斗、球磨机，无法正常生产。若能把湿基脱硫石膏成球、烘干就可以解决以上问题。目前成球方式大致可分两大类：第一类、靠颗粒间

9、的凝聚力成粒,如盘式成球方法, 此成型方式要求物料有较好的塑性,而脱硫石膏塑性很差,不宜采取这种方式，即使成球产量也很低，效能低。第二类、靠外力对粉体施压使其形成颗粒,如辊压造粒等。国外利用脱硫石膏作水泥缓凝剂时都是将粉状石膏造粒成型。引进来的粉状石膏造粒设备要求工艺上先对湿基脱硫石膏干燥再压球成型，对干粉压球产量在0.52.5吨/时左右，产量低，粒度还小，无法规模化大量生产造粒。而国内几家比较大的压球机生产厂压制过程中粘辊根本不脱球，无法成球。根据石膏性能,郑州金昌液压制造（矿冶分公司）已开发出新型高效节能压球机，产量在5100吨/时，公司工程师和天津材料国家重点实验室进行配方设计压球机辊皮

10、新材质，并委托上海某家研究所定制加工。经反复试验，压制过程中脱球顺利，辊皮机械强度高、耐磨损、耐热、高温时有非常高的耐油性、耐酸碱。成球后再进入最新开发的节能烘干塔烘干脱水，最终烘干出来的干球耐压强度在80100公斤，完全满足运输条件并解决了进料堵料斗和粘球磨机主要问题。结论 (1)脱硫石膏是由石灰石粉末与二氧化硫反应生成的工业副产品石膏,不含对水泥性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。 (2)与天然石膏相似,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,掺入3%5%的脱硫石膏,各品种的水泥凝结时间均能满足国家标准的要求。 (3)脱硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性盐,对促进水泥强度发展,激发混合材活性发挥

11、是有利的。用脱硫石膏作缓凝剂的水泥强度与用天然石膏的水泥相当,部分品种水泥的强度有一定幅度的提高。 (4)使用先进的工艺设备把脱硫石膏压制成球并烘干，满足了运输和生产使用的要求,高产量产球削减了单位成本。三、意义和必要性石膏湿法工艺是目前应用最广泛、技术最成熟的火电厂烟气脱硫技术，约占已安装FGD机组容量的70%。该方法是以石灰石为脱硫剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，与烟气充分接触混合，并对烟气进行洗涤，使得烟气中的SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的强氧化空气反应，每吨SO2能产生副产脱硫石膏2.7吨，一个30万KW的燃煤电厂，如果燃煤含硫12%，每年就要排出脱硫石膏36万吨。 2000年

12、全国火电厂装机约为22000万KW，同年在建脱硫机组总容量为1000万KW。火电厂大规模脱硫的技术条件已经成熟，近年来，国家强化了对电厂二氧化硫排放的控制，燃煤电厂烟气脱硫产业快速发展。截至2005年底，建成投产的烟气脱硫机组容量达5300万千瓦，其中采用湿法脱硫工艺的就占到90%以上，含硫量2%的煤，平均应用基Qdw=20.93Mj/kg （5000Kcal/kg），年运行5000h（210天），年平均发电煤耗350g/kwh，平均脱硫率90%，则年产生为760950万吨。近两年国家加大节能减排措施，燃煤电厂安装脱硫机组已近1.5亿千瓦，其副产品FGD石膏产量近3000万吨（不含磷石膏量），

13、因此副产脱硫石膏的量十分巨大，脱硫石膏迅速增长，其利用成为亟待解决的问题。随着我国经济建设的快速发展，大气污染防治成为一个突出问题。我国二氧化硫的排放中，火电厂烟气排放约占一半。自2000年始，国家制订了两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划，在酸雨控制区和二氧化硫控制区（两控区）内，将削减二氧化硫排放总量控制的重点放在火电厂污染上，采取了一系列措施。“两控区”包括4个直辖市、4个经济特区和21个省会城市，其生产总值占国内生产总值的67%。计划明确提出，2005年“两控区”二氧化硫排放量要比2000年减少20%；80%城市空气二氧化硫浓度年均值达到国家环境空气质量二级标准。国家在高硫煤地区、

14、超标排放地区和城市附近的大电厂重点建设一批脱硫项目。另外，据资料，每生产1吨磷肥，要产生5-6吨磷石膏，其化学性质与脱硫石膏一样。我国每年平均有4000万吨磷石膏被排放出来，这个数字仍以每年15%速度增加。目前我国磷石膏堆存量已达到了4亿吨。堆积如山的磷石膏不仅占用大量土地，并对自然环境造成严重威胁。磷石膏的性格与脱硫石膏相似，我国磷石膏资源异常丰富，作为工业固体废渣，长时间堆放会造成二次污染。如何及时彻底地解决我国现有及正在增高的“磷石膏山”，是政府部门、磷肥厂当前面临的重大问题。随着烟气脱硫技术的推广每年火力发电厂有数千万吨的脱硫石膏被排放出来，还有磷肥企业产生的数千万吨废弃物磷石膏占用大

15、量耕田，污染环境，如何有效的利用这些废弃物变废为宝发展循环经济是社会各界的责任和义务。如果将此项目广泛推广不仅每年可处理电厂脱硫石膏和磷肥厂磷石膏约7000万吨，直接节约工业石膏堆存占用大量的土地，并预防了对环境造成的潜在污染。而且用工业石膏代替天然石膏，既节约了石膏矿产资源，减少了开采、运输过程对生态的破坏和环境的污染，又能为社会提供适应市场需求的产品，实现社会效益、经济效益和环境效益的三赢。党的十七大报告明确提出，要加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力。坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。四、项目投资预算 1、土建厂房150万 2、年处理

16、10万吨脱硫石膏工艺生产线设备330万左右，其中 (1) 10万吨/年压球机一台 配置功率37KW 价格63-65万元 (2) 余热烘干塔 配置功率52KW 价格165-170万元 (3) 余热隧道烘干线 占地面积大、耗能高，我公司不赞成本工艺 (4) 气流烘干机 配置功率11KW 价格17万元 (5) 卧式搅拌机 配置功率5.5KW 价格3.5万元 (6) 均化机 配置功率11KW 价格7万元 (7) 皮带机 现场布置 价格面议 (8) 配料仓 2.5万元 (9) 除铁器 1.8万元 (10) 电控箱 1.3万元 (11) 送料仓 0.8万元 (12) 不含安装费 (13) 不可预计 2%

17、5.38万 (14) 税率 17% 45.713万元 (15) 运输费 1% 2.689万元 (16) 合计 配置功率190KW 价格322.682万元,不含皮带机费用 (17) 压球机总重量12-13吨 (18) 压球机外尺寸220027001950mm (19) 成品球初始强度3kg=8%水份时，球尺寸5030mm (20) 压球机配置双驱动 工作噪音85(分贝)3、流动资金150万五、效益与预期效果分析以湿法产脱硫石膏球20吨/时的工艺设备生产线为例，每小时三项主要成本如下：1人力成本：配备员工20人就可以完成生产线作业及办公平台任务，工人工资每小时6元（按8小时工作制一月工资6830=

18、1440基本符合目前市场普通劳动力价格水平），20人总计小时劳动力费用120元。2耗电成本：生产线单小时共耗电200KW，电费按1元/KW，这样小时耗电200元。（如果火电厂投产此项目此费用可以节省更多）3热力成本：烘干塔小时需要煤炭500公斤，燃煤合计350元。（若用电厂余热作热力成本更低）4设备折旧成本：总投资472.682万元折旧期12年365天24小时=45元5.税收成本:根据国家相关支持环保项目政策,可争取地方政策免税或低税收.以上主要成本总计715元/小时。天然石膏目前市场售价130160元/吨，随着燃油、劳动力等因素不断攀高，天然石膏以后从山东长途运往南方价格还会走高。对水泥厂来

19、说，目前各项成本费用都在走高，已处于微利，以110元/吨低于市场价格卖给水泥厂就很有价格优势。烘干塔烘干去除15%的水分，小时产干燥石膏球为2085%=17吨小时毛利润为110元售价17吨干球-715元=1155元利润【1】、一年按正常生产300天，一天工作20小时，年生产脱硫石膏干球1720300= 102000吨总计毛利润 115520300=6930000元，一年毛利润在693万元左右。【2】、一年按正常生产300天，一天三班制24小时，一年生产脱硫石膏干球1724300=122400吨总计毛利润 115524300=8316000元，一年毛利润在830万元左右。无论以哪种生产方式，投资

20、者一年左右就可以收回全部投资。若是火电厂投产此项目处理自身排放的脱硫石膏有些费用如电费、运输等费会降低不少。目前，郑州金昌液压制造（矿冶分公司）已经开发出5100吨/时脱硫石膏球生产线主机、烘干塔，可年处理360万吨脱硫石膏。此项目适合在经济发达又是环保重点区域同时又是水泥主产区和有30万KW以上燃煤脱硫机组区域。区域主要覆盖4个直辖市，环渤海、环太湖、长三角、珠三角、泛北部湾经济发达地区其他省会城市内蒙古也包含在内。1火电厂脱硫（国内已经有多家技术成熟的脱硫企业在作业火电市场）2 脱硫产物-脱硫石膏（工业三废之一） 3脱硫石膏压球成型烘干即可代替天然石膏作为水泥缓凝剂（国内能生产出大规模高产

21、量产石膏球设备的企业屈指可数）4 火电厂湿法脱硫工艺流程图（北京博奇电力科技）5火电厂湿法脱硫产物脱硫石膏代替天然石膏作为水泥缓凝剂的综合利用工艺：送料搅拌输送均化除铁输送预压压球成型烘干塔、烘干隧道、风干、自然晾干转运水泥缓凝剂核心主机图1、时处理10吨，功率18.5KW,年处理6万吨脱硫石膏2、时产50吨，功率30KW,年处理30万吨脱硫石膏3、时产100吨，功率75KW,年处理60万吨脱硫石膏附：时代主题“节能减排 建设节约型社会走循环经济道路”中共中央政治局常委、国务院总理温家宝在2007年6月30日召开的全国做好节能减排建设节约型社会近期重点工作电视 会议上强调，加快建设节约型社会，

22、走循环经济道路事关现代化建设进程和国家安全，事关人民群众福祉和根本利益，事关中华民族生存和长远发展。要从全局和战略的高度，充分认识加快建设节约型社会的极端重要性和紧迫性，迅速行动起来，在全国范围内大张旗鼓、深入持久地开展资源节约活动，加快推进节约型社会建设，促进我国经济社会全面协调可持续发展。温家宝指出，建设节约型社会，既要有长远的规划和部署，又要做好近期安排。今后几年，要着力抓好以下几个方面的重点工作。（一）大力节约能源。（二）大力节约用水。（三）大力节约原材料。（四）大力节约和集约利用土地。（五）大力推进资源综合利用。推进矿产资源和工业废物的综合开发利用、再生资源回收利用和生活垃圾资源化利用。（六）大力发展循环经济。 什么是节能减排节能减排指的是减少能源浪费和降低废气排放。 我国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20左右、主要污染物排放总量减少10。这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。温室气体排放引起全球气候变暖，二氧化硫排放导致酸雨，备受国际