李逸晨，楊再銀

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024）

建筑石膏煅燒設(shè)備沸騰爐（以下簡稱沸騰爐）是一種以熱風(fēng)為熱源，對(duì)一定細(xì)度的二水石膏原料粉末進(jìn)行流態(tài)化煅燒脫水制半水石膏的間接式煅燒設(shè)備。近年來，工業(yè)副產(chǎn)石膏的排放和再生利用逐年增加，建筑石膏的產(chǎn)量也越來越大。建筑石膏的生產(chǎn)離不開煅燒，目前國內(nèi)建筑石膏煅燒爐有間歇式炒鍋、連續(xù)式炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、磨燒一體煅燒爐、沸騰爐等多種設(shè)備[1]。沸騰爐作為一種典型的低溫慢速煅燒設(shè)備，可以采用煤炭、蒸汽、天然氣等多種熱源，具有能耗低、維修便捷、出產(chǎn)產(chǎn)品穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，德國、美國等發(fā)達(dá)國家均有使用同類型的設(shè)備且市場應(yīng)用反響良好。JC/T 2581—2021《建筑石膏煅燒設(shè)備 沸騰爐》是由中國建筑材料聯(lián)合會(huì)提出，國家建筑材料工業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口管理，建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所、北新集團(tuán)建材股份有限公司等單位負(fù)責(zé)起草的。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以熱風(fēng)為熱源的沸騰爐的術(shù)語和定義、型號(hào)和基本參數(shù)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存，是目前我國唯一一部石膏煅燒設(shè)備方面的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于建筑石膏的規(guī)模化、先進(jìn)化生產(chǎn)有著極大的推動(dòng)作用，也有利于我國石膏煅燒裝備的出口。該標(biāo)準(zhǔn)于2021年3月5日發(fā)布，2021年7月1日實(shí)施。

1 標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

沸騰爐是非常適合生產(chǎn)建筑石膏的煅燒設(shè)備，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①從熱源傳遞給物料的熱能，除了小部分用于加熱爐底鼓入的冷空氣以及少量的爐體散熱損失外，幾乎都有效地用于物料的脫水分解，設(shè)備能耗低；②設(shè)備制造方便，投產(chǎn)后也幾乎不需要維修保養(yǎng)，使用壽命很長；③投資和運(yùn)行成本低；④易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；⑤成品中基本不含二水石膏，無水石膏Ⅲ的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也只在3%～10%，其余均為半水石膏，相組成很理想，物理性能很穩(wěn)定，出產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好。國外生產(chǎn)沸騰爐的國家主要有德國、日本、美國、波蘭等國家，國內(nèi)裝備在達(dá)產(chǎn)效率和熱工效率方面與國外先進(jìn)水平基本相當(dāng)，而德國沸騰爐設(shè)備的價(jià)格為國內(nèi)設(shè)備的4～5倍。當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)建筑石膏煅燒用沸騰爐的企業(yè)有數(shù)十家，以沸騰爐為主要生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)建筑石膏粉的企業(yè)超過100家，規(guī)模較大的企業(yè)產(chǎn)能可達(dá)500 kt/a以上。

隨著精裝修在全國的推廣，石膏裝飾材料的各項(xiàng)優(yōu)異性能越來越受到重視。據(jù)中國建筑材料聯(lián)合會(huì)石膏建材分會(huì)預(yù)測，2021—2025年建筑石膏用量將超過35 Mt/a，面對(duì)建筑石膏市場的巨大需求，提升建筑石膏生產(chǎn)裝備的發(fā)展水平和規(guī)模勢在必行，建筑石膏煅燒用沸騰爐也必將迎來新的黃金發(fā)展機(jī)遇，以沸騰爐為主要生產(chǎn)設(shè)備的工藝技術(shù)生產(chǎn)穩(wěn)定、性價(jià)比高，預(yù)計(jì)未來5年內(nèi)沸騰爐裝備行業(yè)產(chǎn)值增長將超過50%。

目前我國各類工業(yè)副產(chǎn)石膏的排放總量近200 Mt，歷年累積堆存的副產(chǎn)石膏總量超過1 000 Mt，給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的負(fù)面影響。生產(chǎn)建筑石膏是大量、高效利用工業(yè)副產(chǎn)石膏的主要途徑之一，且能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益，因此從保護(hù)環(huán)境、推動(dòng)我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，JC/T 2581—2021的制定也具有相當(dāng)重大的意義。

2 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)分析

2.1 沸騰爐的基本參數(shù)

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沸騰爐的設(shè)計(jì)產(chǎn)能、小時(shí)產(chǎn)量、有效容積、換熱面積等基本參數(shù)提出了要求。

產(chǎn)量是衡量沸騰爐生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)之一。沸騰爐設(shè)備小巧、結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，基建投資較同等生產(chǎn)規(guī)模的其他類型煅燒設(shè)備少。若沸騰爐設(shè)計(jì)產(chǎn)能小于100 kt/a，則生產(chǎn)線效率偏低，極易造成資源和能源的浪費(fèi)；若設(shè)計(jì)產(chǎn)能超過300 kt/a，則生產(chǎn)設(shè)備占地面積過大，且實(shí)際產(chǎn)能難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量也不穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)起草單位通過調(diào)研，按照沸騰爐裝備行業(yè)主流的產(chǎn)能將沸騰爐分為4種：100，150，200，300 kt/a。

沸騰爐產(chǎn)能越高，爐體的體積和換熱面積越大。有效容積、換熱面積是影響沸騰爐產(chǎn)量和制作成本的重要因素。沸騰爐的爐體通常是立式的筒形容器，為了方便安裝加熱器，通常設(shè)計(jì)成矩形截面的直筒，爐體內(nèi)裝有一定數(shù)量的換熱管，其設(shè)計(jì)原則是在物料能暢通傳輸?shù)那疤嵯卤M可能多加一些換熱管，以增大換熱面積。該標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)不同的沸騰爐產(chǎn)量做出相應(yīng)的參數(shù)規(guī)定，具體要求見表1。

表1 沸騰爐的基本參數(shù)

2.2 整機(jī)性能要求

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沸騰爐整機(jī)性能方面的要求主要包括：

1）對(duì)沸騰爐的產(chǎn)量、有效容積、換熱面積作出規(guī)定，以符合行業(yè)通用基本參數(shù)。

2）要求沸騰爐應(yīng)配置除塵裝置，以符合相關(guān)環(huán)保要求。除塵裝置通常在沸騰爐體上方，與爐體連成一體，爐氣帶出的粉塵被除塵裝置分離后經(jīng)振動(dòng)落回循環(huán)流化，除塵后的尾氣無污染物，可直接排放到大氣。

3）建議沸騰爐配置風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，以利于穩(wěn)定粉料輸送，提升煅燒生產(chǎn)工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

4）要求沸騰爐配置檢修門，便于設(shè)備檢修。

5）要求沸騰爐設(shè)置溫度控制裝置。物料溫度控制是沸騰爐操作的核心部分，決定了最終產(chǎn)出石膏粉的質(zhì)量，根據(jù)原料品味、游離水含量等因素選定合適的控制溫度，要求溫度誤差在±5 ℃內(nèi)，確保石膏原料在適宜溫度下進(jìn)行煅燒，避免出現(xiàn)過燒或欠燒現(xiàn)象，影響建筑石膏粉的產(chǎn)品質(zhì)量。由于沸騰爐流化床層中物料溫度基本一致，故在操作中只設(shè)定單一控制參數(shù)即可。

6）要求沸騰爐爐體和管道外部應(yīng)有保溫材料，以防止熱量流失，提高能源熱效率；同時(shí)要求外殼表面溫度應(yīng)不大于51 ℃，以符合GB/T 18153—2000《機(jī)械安全 可接觸表面溫度 確定熱表面溫度限值的工效學(xué)數(shù)據(jù)》的相關(guān)要求，保證設(shè)備的使用安全。7）對(duì)沸騰爐首次大修期作出規(guī)定，以保證產(chǎn)品有穩(wěn)定的應(yīng)用質(zhì)量。

2.3 零部件要求

沸騰爐結(jié)構(gòu)簡單，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，且使用低溫?zé)嵩矗ㄍǔ２怀^260 ℃），損壞風(fēng)險(xiǎn)極低，通過對(duì)材料性能、制造和焊接等工藝做出規(guī)范要求，可確保沸騰爐長期穩(wěn)定使用。該標(biāo)準(zhǔn)在零部件方面的主要要求包括：①爐體主體的材料性能；②低溫區(qū)換熱管的材料性能；③高溫區(qū)換熱管的材料性能；④沸騰爐爐體和管道外部保溫材料的性能；⑤布風(fēng)板的平整度誤差；⑥布風(fēng)板的孔距誤差；⑦爐體焊縫、換熱管與端板焊縫應(yīng)確保密封不漏氣。

布風(fēng)板水平設(shè)置于沸騰爐底部，上面開有許多小孔，其功能一是承托爐內(nèi)粉料，二是使鼓入的空氣均勻進(jìn)入粉料層。布風(fēng)板的平整度和孔距對(duì)風(fēng)體的均勻度有較大影響，進(jìn)而影響石膏原料顆粒煅燒是否均勻、充分，故在該標(biāo)準(zhǔn)中特別對(duì)布風(fēng)板的平整度和孔距做出規(guī)定，要求布風(fēng)板為矩形鋼板，根據(jù)各家設(shè)計(jì)工藝不同，長寬尺寸略有不同，由設(shè)計(jì)圖紙和供需雙方協(xié)商確定。

2.4 其他項(xiàng)目要求

該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)沸騰爐的外觀、裝配、電氣控制系統(tǒng)、環(huán)保和安全等方面進(jìn)行了規(guī)定，以確保沸騰爐的密封性、保溫性、安全性能、自動(dòng)化水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 主要試驗(yàn)情況

國家建筑材料工業(yè)建材機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心分別對(duì)3家企業(yè)的沸騰爐進(jìn)行驗(yàn)證檢驗(yàn)，沸騰爐整機(jī)性能的驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 整機(jī)性能驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果

其他項(xiàng)目的驗(yàn)證檢驗(yàn)包括對(duì)設(shè)備的主要零部件、裝配要求、電氣控制系統(tǒng)、環(huán)保和安全、外觀要求等檢驗(yàn)，驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 其他項(xiàng)目驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)3種沸騰爐進(jìn)行驗(yàn)證檢驗(yàn)可見，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法符合沸騰爐裝備行業(yè)的實(shí)際情況，標(biāo)準(zhǔn)可操作性強(qiáng)，對(duì)沸騰爐的生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，對(duì)引領(lǐng)沸騰爐裝備行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，提高產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)范市場能夠起到重要推動(dòng)作用。

4 結(jié)語

JC/T 2581—2021經(jīng)國家建筑材料工業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織審查，審查委員一致認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容詳實(shí)、科學(xué)，標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法設(shè)置合理，可操作性強(qiáng)，內(nèi)容符合有關(guān)法律、法規(guī)及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。該標(biāo)準(zhǔn)的歸口管理和起草單位希望相關(guān)裝備生產(chǎn)企業(yè)能夠適時(shí)組織標(biāo)準(zhǔn)宣貫會(huì)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員、工藝主管人員、檢驗(yàn)人員、技術(shù)人員、操作人員按照標(biāo)準(zhǔn)要求開展相應(yīng)的工作，各生產(chǎn)企業(yè)、科研單位、檢測機(jī)構(gòu)以及地方管理部門能夠依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)建筑石膏煅燒設(shè)備沸騰爐進(jìn)行統(tǒng)一的評(píng)價(jià)和管理，推動(dòng)我國建筑石膏煅燒用沸騰爐裝備的生產(chǎn)和應(yīng)用健康、安全、高質(zhì)量發(fā)展。