建材行业标准《建筑石膏煅烧设备 沸腾炉》标准分析

李逸晨，杨再银

（建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

建筑石膏煅烧设备沸腾炉（以下简称沸腾炉）是一种以热风为热源，对一定细度的二水石膏原料粉末进行流态化煅烧脱水制半水石膏的间接式煅烧设备。近年来，工业副产石膏的排放和再生利用逐年增加，建筑石膏的产量也越来越大。建筑石膏的生产离不开煅烧，目前国内建筑石膏煅烧炉有间歇式炒锅、连续式炒锅、回转窑、磨烧一体煅烧炉、沸腾炉等多种设备[1]。沸腾炉作为一种典型的低温慢速煅烧设备，可以采用煤炭、蒸汽、天然气等多种热源，具有能耗低、维修便捷、出产产品稳定性好等特点，德国、美国等发达国家均有使用同类型的设备且市场应用反响良好。JC/T 2581—2021《建筑石膏煅烧设备 沸腾炉》是由中国建筑材料联合会提出，国家建筑材料工业机械标准化技术委员会归口管理，建筑材料工业技术情报研究所、北新集团建材股份有限公司等单位负责起草的。该标准规定了以热风为热源的沸腾炉的术语和定义、型号和基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存，是目前我国唯一一部石膏煅烧设备方面的标准，对于建筑石膏的规模化、先进化生产有着极大的推动作用，也有利于我国石膏煅烧装备的出口。该标准于2021年3月5日发布，2021年7月1日实施。

1 标准制定的背景

沸腾炉是非常适合生产建筑石膏的煅烧设备，其优势主要体现在：①从热源传递给物料的热能，除了小部分用于加热炉底鼓入的冷空气以及少量的炉体散热损失外，几乎都有效地用于物料的脱水分解，设备能耗低；②设备制造方便，投产后也几乎不需要维修保养，使用寿命很长；③投资和运行成本低；④易于实现自动化；⑤成品中基本不含二水石膏，无水石膏Ⅲ的质量分数也只在3%～10%，其余均为半水石膏，相组成很理想，物理性能很稳定，出产的产品质量好。国外生产沸腾炉的国家主要有德国、日本、美国、波兰等国家，国内装备在达产效率和热工效率方面与国外先进水平基本相当，而德国沸腾炉设备的价格为国内设备的4～5倍。当前国内生产建筑石膏煅烧用沸腾炉的企业有数十家，以沸腾炉为主要生产设备生产建筑石膏粉的企业超过100家，规模较大的企业产能可达500 kt/a以上。

随着精装修在全国的推广，石膏装饰材料的各项优异性能越来越受到重视。据中国建筑材料联合会石膏建材分会预测，2021—2025年建筑石膏用量将超过35 Mt/a，面对建筑石膏市场的巨大需求，提升建筑石膏生产装备的发展水平和规模势在必行，建筑石膏煅烧用沸腾炉也必将迎来新的黄金发展机遇，以沸腾炉为主要生产设备的工艺技术生产稳定、性价比高，预计未来5年内沸腾炉装备行业产值增长将超过50%。

目前我国各类工业副产石膏的排放总量近200 Mt，历年累积堆存的副产石膏总量超过1 000 Mt，给生态环境造成了巨大的负面影响。生产建筑石膏是大量、高效利用工业副产石膏的主要途径之一，且能产生较高的经济效益，因此从保护环境、推动我国循环经济发展的角度来看，JC/T 2581—2021的制定也具有相当重大的意义。

2 标准技术分析

2.1 沸腾炉的基本参数

该标准对沸腾炉的设计产能、小时产量、有效容积、换热面积等基本参数提出了要求。

产量是衡量沸腾炉生产能力的主要指标之一。沸腾炉设备小巧、结构简单、占地面积小，基建投资较同等生产规模的其他类型煅烧设备少。若沸腾炉设计产能小于100 kt/a，则生产线效率偏低，极易造成资源和能源的浪费；若设计产能超过300 kt/a，则生产设备占地面积过大，且实际产能难以达到设计要求，出产产品的质量也不稳定。标准起草单位通过调研，按照沸腾炉装备行业主流的产能将沸腾炉分为4种：100，150，200，300 kt/a。

沸腾炉产能越高，炉体的体积和换热面积越大。有效容积、换热面积是影响沸腾炉产量和制作成本的重要因素。沸腾炉的炉体通常是立式的筒形容器，为了方便安装加热器，通常设计成矩形截面的直筒，炉体内装有一定数量的换热管，其设计原则是在物料能畅通传输的前提下尽可能多加一些换热管，以增大换热面积。该标准中根据不同的沸腾炉产量做出相应的参数规定，具体要求见表1。

表1 沸腾炉的基本参数

2.2 整机性能要求

该标准对沸腾炉整机性能方面的要求主要包括：

1）对沸腾炉的产量、有效容积、换热面积作出规定，以符合行业通用基本参数。

2）要求沸腾炉应配置除尘装置，以符合相关环保要求。除尘装置通常在沸腾炉体上方，与炉体连成一体，炉气带出的粉尘被除尘装置分离后经振动落回循环流化，除尘后的尾气无污染物，可直接排放到大气。

3）建议沸腾炉配置风量调节装置，以利于稳定粉料输送，提升煅烧生产工艺水平和产品质量。

4）要求沸腾炉配置检修门，便于设备检修。

5）要求沸腾炉设置温度控制装置。物料温度控制是沸腾炉操作的核心部分，决定了最终产出石膏粉的质量，根据原料品味、游离水含量等因素选定合适的控制温度，要求温度误差在±5 ℃内，确保石膏原料在适宜温度下进行煅烧，避免出现过烧或欠烧现象，影响建筑石膏粉的产品质量。由于沸腾炉流化床层中物料温度基本一致，故在操作中只设定单一控制参数即可。

6）要求沸腾炉炉体和管道外部应有保温材料，以防止热量流失，提高能源热效率；同时要求外壳表面温度应不大于51 ℃，以符合GB/T 18153—2000《机械安全 可接触表面温度 确定热表面温度限值的工效学数据》的相关要求，保证设备的使用安全。7）对沸腾炉首次大修期作出规定，以保证产品有稳定的应用质量。

2.3 零部件要求

沸腾炉结构简单，无转动部件，且使用低温热源（通常不超过260 ℃），损坏风险极低，通过对材料性能、制造和焊接等工艺做出规范要求，可确保沸腾炉长期稳定使用。该标准在零部件方面的主要要求包括：①炉体主体的材料性能；②低温区换热管的材料性能；③高温区换热管的材料性能；④沸腾炉炉体和管道外部保温材料的性能；⑤布风板的平整度误差；⑥布风板的孔距误差；⑦炉体焊缝、换热管与端板焊缝应确保密封不漏气。

布风板水平设置于沸腾炉底部，上面开有许多小孔，其功能一是承托炉内粉料，二是使鼓入的空气均匀进入粉料层。布风板的平整度和孔距对风体的均匀度有较大影响，进而影响石膏原料颗粒煅烧是否均匀、充分，故在该标准中特别对布风板的平整度和孔距做出规定，要求布风板为矩形钢板，根据各家设计工艺不同，长宽尺寸略有不同，由设计图纸和供需双方协商确定。

2.4 其他项目要求

该标准中对沸腾炉的外观、装配、电气控制系统、环保和安全等方面进行了规定，以确保沸腾炉的密封性、保温性、安全性能、自动化水平和产品质量。

3 主要试验情况

国家建筑材料工业建材机械产品质量监督检验测试中心分别对3家企业的沸腾炉进行验证检验，沸腾炉整机性能的验证检验结果见表2。

表2 整机性能验证检验结果

其他项目的验证检验包括对设备的主要零部件、装配要求、电气控制系统、环保和安全、外观要求等检验，验证检验结果见表3。

表3 其他项目验证检验结果

通过对3种沸腾炉进行验证检验可见，标准规定的内容、技术要求、试验方法符合沸腾炉装备行业的实际情况，标准可操作性强，对沸腾炉的生产具有现实指导意义，对引领沸腾炉装备行业的技术发展，提高产品质量，规范市场能够起到重要推动作用。

4 结语

JC/T 2581—2021经国家建筑材料工业机械标准化技术委员会组织审查，审查委员一致认为该标准技术内容详实、科学，标准中的技术指标和试验方法设置合理，可操作性强，内容符合有关法律、法规及相关国家标准的要求，达到了国内先进水平。该标准的归口管理和起草单位希望相关装备生产企业能够适时组织标准宣贯会，使产品设计人员、工艺主管人员、检验人员、技术人员、操作人员按照标准要求开展相应的工作，各生产企业、科研单位、检测机构以及地方管理部门能够依据该标准的规定对建筑石膏煅烧设备沸腾炉进行统一的评价和管理，推动我国建筑石膏煅烧用沸腾炉装备的生产和应用健康、安全、高质量发展。