建材行業標準《建筑石膏煅燒設備 沸騰爐》標準分析

李逸晨，楊再銀

（建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

建筑石膏煅燒設備沸騰爐（以下簡稱沸騰爐）是一種以熱風為熱源，對一定細度的二水石膏原料粉末進行流態化煅燒脫水制半水石膏的間接式煅燒設備。近年來，工業副產石膏的排放和再生利用逐年增加，建筑石膏的產量也越來越大。建筑石膏的生產離不開煅燒，目前國內建筑石膏煅燒爐有間歇式炒鍋、連續式炒鍋、回轉窯、磨燒一體煅燒爐、沸騰爐等多種設備[1]。沸騰爐作為一種典型的低溫慢速煅燒設備，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、出產產品穩定性好等特點，德國、美國等發達國家均有使用同類型的設備且市場應用反響良好。JC/T 2581—2021《建筑石膏煅燒設備 沸騰爐》是由中國建筑材料聯合會提出，國家建筑材料工業機械標準化技術委員會歸口管理，建筑材料工業技術情報研究所、北新集團建材股份有限公司等單位負責起草的。該標準規定了以熱風為熱源的沸騰爐的術語和定義、型號和基本參數、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸和貯存，是目前我國唯一一部石膏煅燒設備方面的標準，對于建筑石膏的規模化、先進化生產有著極大的推動作用，也有利于我國石膏煅燒裝備的出口。該標準于2021年3月5日發布，2021年7月1日實施。

1 標準制定的背景

沸騰爐是非常適合生產建筑石膏的煅燒設備，其優勢主要體現在：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，設備能耗低；②設備制造方便，投產后也幾乎不需要維修保養，使用壽命很長；③投資和運行成本低；④易于實現自動化；⑤成品中基本不含二水石膏，無水石膏Ⅲ的質量分數也只在3%～10%，其余均為半水石膏，相組成很理想，物理性能很穩定，出產的產品質量好。國外生產沸騰爐的國家主要有德國、日本、美國、波蘭等國家，國內裝備在達產效率和熱工效率方面與國外先進水平基本相當，而德國沸騰爐設備的價格為國內設備的4～5倍。當前國內生產建筑石膏煅燒用沸騰爐的企業有數十家，以沸騰爐為主要生產設備生產建筑石膏粉的企業超過100家，規模較大的企業產能可達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優異性能越來越受到重視。據中國建筑材料聯合會石膏建材分會預測，2021—2025年建筑石膏用量將超過35 Mt/a，面對建筑石膏市場的巨大需求，提升建筑石膏生產裝備的發展水平和規模勢在必行，建筑石膏煅燒用沸騰爐也必將迎來新的黃金發展機遇，以沸騰爐為主要生產設備的工藝技術生產穩定、性價比高，預計未來5年內沸騰爐裝備行業產值增長將超過50%。

目前我國各類工業副產石膏的排放總量近200 Mt，歷年累積堆存的副產石膏總量超過1 000 Mt，給生態環境造成了巨大的負面影響。生產建筑石膏是大量、高效利用工業副產石膏的主要途徑之一，且能產生較高的經濟效益，因此從保護環境、推動我國循環經濟發展的角度來看，JC/T 2581—2021的制定也具有相當重大的意義。

2 標準技術分析

2.1 沸騰爐的基本參數

該標準對沸騰爐的設計產能、小時產量、有效容積、換熱面積等基本參數提出了要求。

產量是衡量沸騰爐生產能力的主要指標之一。沸騰爐設備小巧、結構簡單、占地面積小，基建投資較同等生產規模的其他類型煅燒設備少。若沸騰爐設計產能小于100 kt/a，則生產線效率偏低，極易造成資源和能源的浪費；若設計產能超過300 kt/a，則生產設備占地面積過大，且實際產能難以達到設計要求，出產產品的質量也不穩定。標準起草單位通過調研，按照沸騰爐裝備行業主流的產能將沸騰爐分為4種：100，150，200，300 kt/a。

沸騰爐產能越高，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，通常設計成矩形截面的直筒，爐體內裝有一定數量的換熱管，其設計原則是在物料能暢通傳輸的前提下盡可能多加一些換熱管，以增大換熱面積。該標準中根據不同的沸騰爐產量做出相應的參數規定，具體要求見表1。

表1 沸騰爐的基本參數

2.2 整機性能要求

該標準對沸騰爐整機性能方面的要求主要包括：

1）對沸騰爐的產量、有效容積、換熱面積作出規定，以符合行業通用基本參數。

2）要求沸騰爐應配置除塵裝置，以符合相關環保要求。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振動落回循環流化，除塵后的尾氣無污染物，可直接排放到大氣。

3）建議沸騰爐配置風量調節裝置，以利于穩定粉料輸送，提升煅燒生產工藝水平和產品質量。

4）要求沸騰爐配置檢修門，便于設備檢修。

5）要求沸騰爐設置溫度控制裝置。物料溫度控制是沸騰爐操作的核心部分，決定了最終產出石膏粉的質量，根據原料品味、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，確保石膏原料在適宜溫度下進行煅燒，避免出現過燒或欠燒現象，影響建筑石膏粉的產品質量。由于沸騰爐流化床層中物料溫度基本一致，故在操作中只設定單一控制參數即可。

6）要求沸騰爐爐體和管道外部應有保溫材料，以防止熱量流失，提高能源熱效率；同時要求外殼表面溫度應不大于51 ℃，以符合GB/T 18153—2000《機械安全 可接觸表面溫度 確定熱表面溫度限值的工效學數據》的相關要求，保證設備的使用安全。7）對沸騰爐首次大修期作出規定，以保證產品有穩定的應用質量。

2.3 零部件要求

沸騰爐結構簡單，無轉動部件，且使用低溫熱源（通常不超過260 ℃），損壞風險極低，通過對材料性能、制造和焊接等工藝做出規范要求，可確保沸騰爐長期穩定使用。該標準在零部件方面的主要要求包括：①爐體主體的材料性能；②低溫區換熱管的材料性能；③高溫區換熱管的材料性能；④沸騰爐爐體和管道外部保溫材料的性能；⑤布風板的平整度誤差；⑥布風板的孔距誤差；⑦爐體焊縫、換熱管與端板焊縫應確保密封不漏氣。

布風板水平設置于沸騰爐底部，上面開有許多小孔，其功能一是承托爐內粉料，二是使鼓入的空氣均勻進入粉料層。布風板的平整度和孔距對風體的均勻度有較大影響，進而影響石膏原料顆粒煅燒是否均勻、充分，故在該標準中特別對布風板的平整度和孔距做出規定，要求布風板為矩形鋼板，根據各家設計工藝不同，長寬尺寸略有不同，由設計圖紙和供需雙方協商確定。

2.4 其他項目要求

該標準中對沸騰爐的外觀、裝配、電氣控制系統、環保和安全等方面進行了規定，以確保沸騰爐的密封性、保溫性、安全性能、自動化水平和產品質量。

3 主要試驗情況

國家建筑材料工業建材機械產品質量監督檢驗測試中心分別對3家企業的沸騰爐進行驗證檢驗，沸騰爐整機性能的驗證檢驗結果見表2。

表2 整機性能驗證檢驗結果

其他項目的驗證檢驗包括對設備的主要零部件、裝配要求、電氣控制系統、環保和安全、外觀要求等檢驗，驗證檢驗結果見表3。

表3 其他項目驗證檢驗結果

通過對3種沸騰爐進行驗證檢驗可見，標準規定的內容、技術要求、試驗方法符合沸騰爐裝備行業的實際情況，標準可操作性強，對沸騰爐的生產具有現實指導意義，對引領沸騰爐裝備行業的技術發展，提高產品質量，規范市場能夠起到重要推動作用。

4 結語

JC/T 2581—2021經國家建筑材料工業機械標準化技術委員會組織審查，審查委員一致認為該標準技術內容詳實、科學，標準中的技術指標和試驗方法設置合理，可操作性強，內容符合有關法律、法規及相關國家標準的要求，達到了國內先進水平。該標準的歸口管理和起草單位希望相關裝備生產企業能夠適時組織標準宣貫會，使產品設計人員、工藝主管人員、檢驗人員、技術人員、操作人員按照標準要求開展相應的工作，各生產企業、科研單位、檢測機構以及地方管理部門能夠依據該標準的規定對建筑石膏煅燒設備沸騰爐進行統一的評價和管理，推動我國建筑石膏煅燒用沸騰爐裝備的生產和應用健康、安全、高質量發展。