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脱硫石膏产业的市场前景分析报告

2010-04-15 17:33:00 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0
  
脱硫石膏产业的市场前景分析报告
王永昌
    摘  要
    在2010年之后,我国每年将要排放近亿吨燃煤电厂烟气脱硫的副产品——脱硫石膏;同时每年还要排放与脱硫石膏同属化学石膏的磷石膏4000多万吨;2007年我国天然石膏的产量为5000多万吨,这样即使全部化学石膏全部取代了天然石膏,仍可能有几千万吨的脱硫石膏和磷石膏无法利用。由此可见,如果不对化学石膏的处理技术加以创新、开拓新的用途,进行全面的综合利用,必定会造成二次污染。另外,脱硫石膏产出较均匀的分布特点,改变了原有的石膏产品生产地区远离消费地区的状况,这必然要打破原有的石膏产业分布格局;而脱硫石膏与天然石膏不同的物理形态,则使石膏生产设备发生革新;脱硫石膏的高品位特点,又促进了石膏产品的延伸发展;同时脱硫石膏又是被强制产出的,不加利用又污染环境,不同于天然石膏呈自然状态深埋地下,对环境没有影响,这样在发展循环经济、节能减排的政策推动下,脱硫石膏深加工产业必然是会超速发展;因此,一场石膏产业的大洗牌大发展开始了!而本文就是对脱硫石膏产业市场前景做出的系统分析。
 
    一、脱硫石膏及其现状
   
    2006年我国共消耗11.65亿吨电煤,而我国的煤碳含硫量较高,平均达1%—2%,从而每年因燃煤要排放1000万吨以上的二氧化硫,造成经济损失达2000亿元以上,而其中燃煤发电就是最大的二氧化硫的排放者;因此我国政府十分重视燃煤电厂烟气脱硫的环保措施,从2003年起,国家发改委审批的新建燃煤电厂,如果燃煤含硫达0.7%以上,就必须安装烟气脱硫装置;已建成的燃煤电厂也必须要逐步安装烟气脱硫装置;因此,至2007年底,我国已有2.7亿千瓦的燃煤发电机组安装了烟气脱硫装置;而到2010年,我国将有4.6亿千瓦的燃煤发电机组安装烟气脱硫装置,其中88%的烟气脱硫装置是采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统(即WFGD);根据我国电煤的含硫量,因此在2010年之后,每年将要排放近亿吨湿法脱硫的副产品——脱硫石膏。另外,我国年产磷肥1100万吨,每年还要排放与脱硫石膏同属化学石膏的磷石膏4000万吨,并且磷石膏多年得蓄积已达数亿吨。2007年我国天然石膏的产量为5000多万吨(其中3500万吨用于水泥缓凝剂、其它则转化为半水石膏粉或纸面石膏板石膏砌块等);这样即使全部化学石膏全部取代了天然石膏,仍可能有几千万吨的脱硫石膏和磷石膏无法利用。由此可见,如果不对化学石膏的处理技术加以创新、开拓新的用途,进行全面的综合利用,必定会造成二次污染;例如:贵州宏褔总公司每年排放磷石膏400万吨,对地下水的污染已经渗透了数百公里之外、湖南省北部的洞庭湖了。如果建立化学石膏排放场地,不仅要占用大量土地,而且每吨还需投资数十元,再加上运输费用,这对企业也是一个不小的负担,因此脱硫石膏等化学石膏的综合利用已是迫在眉睫的任务。
   
    虽然,脱硫石膏比天然石膏品位更高,前者取代后者完全可行;但由于两者的各项指标有一定的差异,造成两者深加工的设备有区别;因此,专门处理脱硫石膏的工艺和设备尚处发展前期。这样一方面是巨量的脱硫石膏排弃而得不到利用,只是将废气污染转化成废渣污染,酸化土壤和地下水;另一方面每年要开采数以千万吨的天然石膏,增加了资源和能源的消耗,破坏了开采地的生态环境。因此,要想把这些化学石膏真正的利用起来,变废为宝,不仅要大力推广现有石膏深加工产品;更要扩展其用途,才能完全吃掉这如此巨量的废渣;而扩展石膏的用途,前提条件是提高熟石膏粉的性能和性价比;如果要提高熟石膏粉的性能和性价比,现有技术还有差距,必须进行技术创新,才能够生产出一种性价比高的、能大量转化脱硫石膏的深加工产品来。
 
    二、脱硫石膏综合利用的政策导向
   
    目前,国家环保局已与二氧化硫排放量占全国60%以上、消减任务占消减目标75%的国网、华能等六大电力集团公司和7个排放大省签定了当前至2010年二氧化硫排放总量控制目标责任书,燃煤电厂的烟气排放要施行“在线监测”,过去那种安装了脱硫装置而不运转的情况将大大杜绝;因此今后每年的脱硫石膏排放量将逐年上升,可高达几千万吨。由此可见,如果不对脱硫石膏加以综合利用,必定会造成二次污染(酸化土壤及水源)和占用大量土地,从而形成这样一种尴尬局面:对于二氧化硫的治理,只是将污染改变了一种形式,将排放到空气中的有害物质变成了留在地上的“废渣”,这实在有悖于选择石膏回收的初衷;如果建立其排放场地,每吨需投资数十元,再加上运输费用,这对燃煤电厂也是一个不小的负担。所以,国家发改委在《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》(发改环字[2005]757号)的第六条中,提出“进一步开展烟气脱硫副产品综合利用,推动循环经济发展。组织建材、农林、电力等部门、科研院所对脱硫副产物,尤其是脱硫石膏,进行深入的研究,提出各种利用途径的指导性意见,组织实施脱硫副产物综合利用示范工程,适时出台脱硫副产物综合利用强制性措施和相关的优惠政策。”
   
    另外,今年8月29日,在十一届全国人大常委会第四次会议上,《循环经济促进法》已经通过,自2009年1月1日起实施。此次通过的《循环经济促进法》以“减量化、再利用、资源化”为主线,共七章五十八条,分别为总则、基本管理制度等;其中还专设法律责任一章,对各类主题不履行法定义务的行为规定了相应的罚责,以保障法律的有效实施。为了配合循环经济法的制定,目前国务院及有关部门正在组织制定或修订有关配套制度和标准。这些配套的法规、规章和规划为28项,连同已经制定正在实施的相关法规、规章和规划61项,合计为89项;例如,目前已经将脱硫石膏深加工产品列入《资源综合利用目录》(2008年)版,这不仅在税收上支持脱硫石膏的综合利用,而且对脱硫石膏的综合利用进行了定性,成为国家建设资源节约型社会的重要一环;此外还有300多项相关标准列入今明两年的编制计划。这些配套法规、标准的制定和实施,将大大增强《循环经济法》的可操作性。
   
    由此可见,强制燃煤电厂实现三废零排放、脱硫石膏必须综合利用的强制政策将会在一两年内出台,这将为“脱硫石膏深加工装备与工艺产业”的市场提供政策性保障;例如,有全国政协委员已提出:全面要求对电厂废弃物进行综合利用的议案,而有些省市已开始制定“脱硫石膏综合利用促进计划”。
 
    三、脱硫石膏的特点及其利用原则
 
    1、脱硫石膏与天然石膏的相同点
 
    (1)水化动力学和凝结特征一致;
 
    (2)主要矿物相、转化后的五种形态、七种变体物化性能一致,脱硫石膏完全可以代替天然石膏用于建筑材料和陶瓷模具;
 
    (3)两者均无放射性,不危害健康。
 
    2、脱硫石膏与天然石膏的不同点
 
   (1)原始物理状态不一样:天然石膏是粘合在一起的块状,而脱硫石膏以单独的结晶颗粒存在;脱硫石膏杂质与石膏之间的易磨性相差较大,天然石膏经过粉磨后的粗颗粒多为杂质,而脱硫石膏其颗粒多的却为石膏,细颗粒为杂质,其特征与天然石膏正好相反;
 
    (2)颗粒大小与级配:烟气脱硫石膏的颗粒大小较为平均其分布带很窄,高细度(200目以上)、颗粒主要集中在30-60μm之间,级配远远差于天然石膏磨细后的石膏粉。因此,现有的以天然石膏为原料的熟石膏的煅烧设备和生产工艺并不能完全照搬,要采用针对化学石膏设计的生产工艺和设备;比如,脱硫石膏不适合流态化煅烧设备,因为它粒径太小,还未烧就很容易被吹出来了;还如,用天然石膏生产高强石膏的蒸压釜,脱硫石膏就无法直接放入蒸压;另外脱硫石膏粒径分布非常狭窄,加工成熟石膏粉后,必须要对其进行粉磨改性、产生级差,才能使其具有更好的凝结强度;而在粉磨改性中,碾压力形成级差产生的改性效果不好,而劈裂力形成的效果最好,碰撞力次之;因此,改性磨的选择要注意它的力学特点。
    (3)高含水量 ,流动性差,只适合皮带输送。
 
    (4)杂质成分上的差异,导致其脱水特性、易磨性及煅烧后的熟石膏粉在力学性能、流变性能等宏观特征上的不同。
 
    (5)脱硫石膏的产出在全国分布比较均匀,特别是石膏产品大量消费地的东部发达地区脱硫石膏的产量也很大,而且脱硫石膏的品位又很高,一般都在90%以上;这样就弥补了我国高品位的天然石膏储量小、产量低、其产品远离消费地的重大缺陷。
 
    2、脱硫石膏的利用原则
 
    (1)坚持扩大利用、高效利用、清洁利用、物尽其用的原则,重点推进量大面广、资源化潜力大的脱硫石膏回收与再生利用,合理延长产业链,开发高附加值的综合利用产品,减少二次污染,提高资源利用效率,实现经济效益、社会效益、环境效益的有机统一。
 
    (2)坚持市场导向原则,因地制宜,产销对路,确定脱硫石膏综合利用的优先发展领域,提高资源利用效率、减少废弃物排放的重要措施,成为企业健康发展的驱动力。
 
    (3)综合考虑,脱硫石膏深加工生产线要与电厂烟气脱硫系统有机结合,无缝衔接;同时脱硫石膏深加工生产不能产生新的污染源,尽可能利用电厂的余热为热源。
 
    3、脱硫石膏的直接利用
 
    (1)经过干燥后可用作水泥缓凝剂;
 
    (2)经过配制后可用作盐碱地的改良。
 
    四、脱硫石膏深加工工艺和装备市场简介
   
    至2000年底,我国燃煤火电的装机容量为3亿千瓦,而烟气脱硫工程项目年市场营业额还基本是零;但从国家发改委强制燃煤电厂必须安装烟气脱硫装置的2003年起,在短短几年的时间内烟气脱硫工程年市场营业额就暴增到现在的500亿左右,基本上今年达到顶峰;不过,随着国内烟气脱硫工程技术和市场的日益完善和成熟,市场竞争越来越激烈。就在全国上百家脱硫公司为即将盛极而衰的烟气脱硫市场争的你死我活的时候,却都忽略了脱硫后的副产品、特别是占烟气脱硫市场88%以上的湿法脱硫后所产生的副产品——脱硫石膏的综合利用和处理设备及技术的潜在市场。在石灰石—石膏湿法脱硫过程中,每吸收一吨二氧化硫就要产生2.7吨脱硫石膏;到2010年我国将有4.6亿千瓦的燃煤发电机组安装烟气脱硫装置;根据我国电煤的含硫量,因此在2010年之后,每年将要产生亿吨湿法脱硫的副产品——脱硫石膏。2007年我国天然石膏的产量为5000多万吨,只有700万吨转化为半水石膏粉,这是因为现有生产工艺生产出的半水石膏粉质量技术指标低,因此加工成的石膏墙材软化系数和强度都很低,不能用于承重墙体和地面材料等,这样即使脱硫石膏全部取代了天然石膏,仍可能有几千万吨的脱硫石膏无法利用。因此,脱硫石膏的综合利用已是迫在眉睫的任务;类似的历史经验告诉我们,如果脱硫石膏不能很好的进行综合利用,二氧化硫的减排就不能真正的、不打折扣的实施。
   
    根据当前市场情况,处理每万吨脱硫石膏的设备为100万元,如果处理全部脱硫石膏的三分之一,就可达到数十亿元的市场额,如果开展进一步的深加工,其设备还有数十亿元的市场额;另外这些设备与技术还可以用于处理与脱硫石膏类似的、每年排放量也达4千万吨的磷石膏的综合治理,同样有不菲的利润。
   
    总之,本产业对于节能减排、发展循环经济、清洁生产、实现燃煤电厂废渣零排放、建设资源节约性社会有着极其重要的社会意义和经济意义。
 
    五、建筑石膏及其生产设备的市场分析
 
    1、建筑石膏的主要用途和市场分析
 
    1.1石膏砌块
   
    石膏砌块的生产在国外已有百余年历史,目前世界上许多国家的生产都已基本实现机械化和自动化。其中法国的年产量在1700万平米以上,德国为600万平米,荷兰为300万平米,另外俄罗斯、东欧的波兰、保加利亚、罗马尼亚和亚洲的韩国、印度、伊朗都有较大规模的生产。石膏砌块具有质量轻、可取代粘土砖、少毁耕地等优点,在高层建筑物中作为非承重墙使用,能够增大有效使用面积10%左右。普通石膏砌块是由普通石膏粉加水搅拌,经浇注成型、凝结硬化而成;同其它新型墙体材料综合比较来看,它是国内建筑行业性能最优良、使用效果最好、价格最低的新型墙材(其价格甚至低于粘土砖的成墙价格),完全符合国家关于推广新型建材的产业导向,但由于种种原因,石膏砌块目前在全国还没有得到很好的推广应用;2006年我国新型墙体材料产销量为5.75亿立方米,如果其中5%(约3000万立方米)由石膏砌块取代,每年可转化2000万吨的脱硫石膏。
 
    1.2石膏砂浆
   
     石膏砂浆是水泥砂浆的换代产品,它能够克服水泥砂浆抹墙后出现空鼓、干裂、脱落等现象,与各种墙体基材都能很好地粘结,尤其适用顶棚抹灰,在加气砼墙上效果更佳,同时它还具有以下特点:
 
    (1)表面装饰性:墙面致密光滑而不起灰,有较高的强度而不收缩,外观典雅,无气味、无裂纹。
 
    (2)防火性能:在发生火灾时,石膏硬化体有大量结晶水在热作用下释放出来,形成蒸汽,阻挡了火焰的蔓延,同时在整个脱水过程中吸收了大量的热,从而提高了耐火性能。
 
    (3)保温隔热:石膏硬化体是一种多孔质材料,导热系数小,保温隔热性能好。
 
    (4)施工方便:有良好的和易性、保水性,现场加水搅拌均匀后直接上墙抹灰,操作自如,劳动强度低,材料消耗少。
 
    (5)节省工期:抹灰层凝结硬化块,养护周期短,整个硬化及强度达标过程1~2天全部完成,可大大提高工作效率,加快工程进度。
 
    (6)具有呼吸功能:当室内环境湿度较大时,呼吸孔自动吸湿;在相反条件下,能自动释放储备的水份,反复循环,将室内湿度控制在适宜范围之内,为居住者创造了良好舒适的生活环境。
 
    (7)有利冬季施工:施工不受季节限制,尤其冬季(-5℃以上)抢工期时,其水化速度不因气温低而明显减慢,只要拌合水不结冰,即具有早强快凝的特性,是冬季室内抹灰施工的好材料。 
 
    目前,北京的石膏砂浆市场已成熟,每年销售量达15万吨左右,价格每吨为500元(未掺砂);另外,天津、山西、河北、辽宁、吉林、黑龙江、上海等地区的大中城市应用也很广泛。而根据上海市“十一五”环境保护规划重点科研项目(编号沪环科05-15)《上海燃煤电厂烟气脱硫石膏利用前景分析》。石膏砂浆的保温性能对我国推广节能住宅,特别是高层节能住宅,意义重大。随着上海建筑砂浆商品化和建筑节能工作的全面推进,石膏砂浆系列产品作为高品质的新型建材已显示出广阔的应用前景。按上海每年新增2000万m2住宅面积、每10000m2建筑使用1400m3(合2700吨)水泥砂浆、内墙墙面和天花板面占整个建筑需粉刷表面及砌筑所用砂浆量的近70%计算,上海每年建筑内墙需要378万吨石膏砂浆,按石膏与料1:3比例计算,每年可消耗脱硫石膏94.5万吨。随着上海建筑砂浆商品化和建筑节能工作的全面推进,石膏砂浆系列产品作为高品质的新型建材已显示出广阔的应用前景。
 
    1.3纸面石膏板
   
    近十年来,在纸面石膏板的引领下,石膏深加工产品市场得到了十倍以上的飞速发展,其产品原料的比例已从十年前仅占我国石膏矿产量的10%左右提高到2007年的30%;1997年我国大陆年产纸面石膏板8200多万㎡,而到2007年的年产量已达到9亿多㎡,年产量的平均增长幅度达到了30%;这相当于同期我国GDP增长幅度的三倍;从而成为当前建筑石膏最主要的用途,但规模较大的一些纸面石膏板生产厂家都是自己生产建筑石膏,形成制粉、制板一条龙生产线。因此,筹建大型建筑石膏生产企业,首先要考虑是否有大的用户。现在我国纸面石膏板已进入市场成熟期,纯利润仅有5%左右;整个市场“北新建材”占据半壁江山,生产厂遍布全国;几家外国跨国公司分瓜市场的15%,不到35%的市场由四百多家的中小企业竟争,从而使这些中小企业举步艰难,濒临破产;因此,一般企业已很难再进入纸面石膏板的市场。
 
     2、建筑石膏生产设备的市场分析
  
    由于用天然石膏生产建筑石膏的现行工艺是采用对粉状物料的煅烧,而脱硫石膏就是粉状的;因此,用脱硫石膏生产建筑石膏的设备与天然石膏的变化不大;但也并不能完全照搬,要根据脱硫石膏和天然石膏的不同点对现有生产工艺和设备进行选择与改造;比如,脱硫石膏不适合流态化煅烧设备,因为它粒径太小,有的未烧就被吹出来了,为解决这个问题需要加大均化仓,并不断倒仓。目前用天然石膏生产建筑石膏的设备主要有:连续炒锅、回转窑、沸腾炉、流化床煅烧炉、以及沙司基打磨、彼特磨、斯德动态煅烧炉等;总体来说都很成熟,但各有千秋,因此竞争激烈。
 
    六、高强石膏及其生产设备的市场分析
 
    1、高强石膏的主要用途和市场分析
   
    由于建筑石膏(即β-半水石膏,或称普通石膏粉)物理强度低,主要用于纸面石膏板、石膏砌块和部分装饰材料,用途用量均有限;而高强石膏(即α-半水石膏)物理强度一般为普通石膏粉的三倍以上,因此它不仅能够替代建筑石膏以降低成本,而且它的用途更为广泛;例如:干燥抗压强度在25Mpa~40Mpa的高强石膏粉主要用于陶瓷模具和建材产品;干燥抗压强度在60Mpa以上的高强石膏主要用于各种如牙科、铸造等特殊模具,但这种超高强石膏其生产设备成昂贵,原料须用天然的纤维石膏。
 
    1.1高强陶模石膏粉的市场分析
 
    陶模石膏粉的技术指标要求特点:
 
   (1)以要求湿抗折强度为主;
 
    (2)即要求湿抗折强度,又要求一定的吸水率(而用脱硫石膏做原料生产出的熟石膏粉,在同样的吸水率条件下,其湿抗折强度要远高于用天然石膏生产的熟石膏粉);
 
    (3)陶瓷的注浆模和滚压模对湿抗折强度和吸水率要求的侧重不同。
 
    陶模石膏粉的市场特点:
 
    (1)我国陶瓷年产量占全球的一半,陶模石膏粉用量巨大,达四百万吨左右;
 
    (2)广东潮汕、福建德化地区每年需要高强陶模石膏粉约150万吨,批发商进价为600多元/吨;
 
    在上述两地区所用脱硫石膏生产高强陶模石膏粉的利润分析:目前,上述两地区因无天然石膏资源,所用高强陶模石膏粉均从湖南、湖北运进,其中长短途运费为150元/吨~170元/吨,石膏矿原料为150元/吨,税费约50元/吨;而在上述两地区用脱硫石膏生产高强陶模石膏粉,运费可降低120元/吨~150元/吨,原料节约80元/吨,税费(废渣利用免税)节约50元/吨,共可降低成本250元/吨,加上原有的正常利润,每吨高强陶模粉的利润至少可达300元/吨。
 
    (3)市场非常成熟,无须市场推广应用;
 
    (我国陶瓷的主要产地为:广东佛山和潮州、福建德化和永春、河北唐山和邯郸、湖南醴陵、山东淄博、江西景德镇、山西朔州等)
 
    1.2自流平石膏市场的分析
 
    自流平石膏简介
   
    自流平石膏是自流平地面找平石膏的简称,它是一种在混凝土楼板垫层上能流动摊平;即在自身重力作用下形成平滑表面,成为较为理想的建筑物地面找平层,是铺设地毯、木地板和各种地面装饰材料的基层材料。建筑物室内地面传统做法是先用水泥砂浆做找平层,然后再做面层。这种做法既费工又费时,特别是找平层,需手工抹平。而用自流平石膏,则可直接在垫层上浇灌出找平层,待其硬化后,用户又可根据自己意愿在石膏找平层上做饰面层。
   
    采用自流平石膏施工的地面,尺寸准确,平整度极为突出,不空鼓、不开裂。浇灌24小时后,即可在上面行走;48小时后可以在上面进行作业。干燥后,一般不需进行修整,其平整度即能达到高水平,可直接在地面上铺贴PVC板或地毯等。若做实木地板或粘贴地面砖,用粘结剂量极少,既减少了楼地面重量,又节省了大量粘结剂。由于自流平石膏地面导热系数大大低于水泥砂浆地面,脚踩在其上面没有冰冷感觉。
   
     采用自流平地面找平材料做高标准室内地面省时、省工,可以不用高级抹灰工即可完成。作业时轻松方便,效率高。并且可以采用泵送施工,日铺地面可达800—1000m²。用这种方法,还可以做出无缝隙大面积地面。
目前,自流平石膏在日本和西欧国家应用比较普遍,有成熟的生产技术及配套的施工机具。
  
    自流平石膏市场前景
   
    我国每年新增建筑量近20亿平方米,若按其中二分之一(10亿平方米)的地面采用自流平石膏,每平方米需要20公斤自流平石膏(粉),共需2000万吨自流平石膏(粉),而它其中的成份50%由高强石膏,即每年需求1000万吨的高强石膏来生产自流平石膏。
 
    1.3高掺砂型石膏砂浆的市场分析
 
    以高强石膏为主配制的高掺砂型石膏砂浆除了具备一般石膏砂浆所应具有的通常优点和施工后相同的质量标准以外, 高掺砂型石膏砂浆与普通的石膏砂浆相比,还具有以下优点:
 
    (1)配砂量不同,最终施工原料成本大大降低
 
    普通石膏与砂配比为1:1,即一吨普通石膏使用时配掺一吨的建筑用砂;而高强石膏与砂配比为1:3;因此,用高强石膏配制的石膏砂浆成本低;
 
    (2)降低60%的长途运费,距离越远,所降费用数额越大;
 
    (3)施工速度可提高一倍左右同样条件下,同一个人,如果用普通石膏砂浆一天能抹20平米(粘性大,不易抹开),用高掺砂型石膏砂浆最少能抹30—40平米,这样提高了施工速度,缩短了施工周期,就这一项的成本下降也是可观的。
 
     由此可见,用高强石膏配制的高掺砂型石膏砂浆将会成为石膏砂浆主流产品。
 
    1.4粉煤灰高强石膏砌块的市场分析
 
    粉煤灰高强石膏砌块是新型绿色墙体材料石膏砌块中的一种,与普通石膏砌块一样,具有质量轻、可取代粘土砖、少毁耕地等优点,在高层建筑物中作为非承重墙使用,能够增大有效使用面积10%左右。普通石膏砌块是由普通石膏粉加水搅拌,经浇注成型、凝结硬化而成;而粉煤灰脱硫石膏砌块则是由脱硫石膏经过高温蒸煮成α-半水石膏浆体(或高强石膏加水)混合粉煤灰后直接浇铸成型的;由于粉煤灰主要由二氧化硅和三氧化二铝组成,当有石膏存在时,会生成水化硫铝酸钙结晶这种水硬化胶凝材料,这样粉煤灰高强石膏砌块不仅具备普通石膏砌块的全部优点,而且还有以下四个优点:(1)强度更高,容重更低;(2)由于强度高,所以无需像普通石膏一样添加水泥,反而可在砌块制品中掺入30%以上的粉煤灰等电厂废渣;(3)克服了普通脱硫石膏砌块的干收缩性;(4)软化系数高于普通脱硫石膏砌块,提高了石膏砌块防水性能。
 
    2、目前高强石膏产销特点分析
 
    目前我国市场上销售的高强石膏全部由天然石膏加工而成,但由于我国可以生产高强石膏的高品位天然石膏储量少、产量受限制,形成了卖方市场;再加上天然石膏地域分布不均,产地远离消费地;从而造成消费地区的高强石膏价格高,进一步发展石膏深加工产品受制约;例如,国外已经很成熟的自流平石膏就因高强石膏的量价原因不能大面积推广应用。
 
    3、高强石膏生产设备的市场分析
 
    3.1高强石膏生产设备和工艺简介
 
     生产高强石膏传统工艺有两种:蒸压法和水热法;前者设备投资较小,工艺相对简单,主要用于生产干抗压强度在30MPa—40Mpa之间的、用于建筑材料和陶瓷模具,这种高强石膏强度完全可以满足建筑材料和陶瓷模具,且价格较低,市场需求量很大;而后者设备投资大,工艺复杂,主要用于生产干抗压强度在60Mpa以上的、用于牙齿模具、铸造模具等,价格高昂,用量很小。目前,国内有近百条以天然石膏为原料、采用蒸压法工艺生产高强石膏的生产线,其中大多数是建立在宁夏石膏研究院的技术基础上的。
   
    但由于传统的蒸压法工艺是采用块状的天然石膏为原料,所以这种工艺及其蒸压设备就不能直接用于粉末状的脱硫石膏;国外对于用脱硫石膏采用蒸压法生产高强石膏时,首先要将脱硫石膏干燥和挤压成块状,然后再应用传统的蒸压法工艺;这种工艺不仅增加了干燥——压块——再湿蒸——再粉碎的两组往复无效的工艺环节,还增加了能耗。因此,国内有企业根据高强石膏的生产工艺和脱硫石膏的特点,发明了 “全封闭式熟石膏粉生产工艺”(发明专利号:200610012448.0);它与以天然石膏为原料的高强石膏生产工艺——蒸压法相比,它减去了干燥、压块、蒸压反应后的再破碎这些往复工艺过程;即减少了设备投资和工艺环节,又降低了能耗和加快了生产效率;目前,已利用这项技术和相应设备,以脱硫石膏为原料生产出了合格的高强石膏粉。“全封闭式熟石膏粉生产工艺”还具有以下特点:(1)工艺简洁,集烘干、煅烧、蒸压反应为一体;(2)同一设备能生产多种产品(建筑石膏、高强石膏、陶模石膏);(3)无需除尘设备,洁净生产;(4)压力炒锅没有热空气排出,与其它采用蒸汽热源的熟石膏生产设备相比,可降低热耗40%--70%,从而产品成本低;(5)最低能利用100℃左右的各种热源,尤其能够有效利用蒸汽热能(请参看《石膏建材》2008年第一期21页)。
 
    4、用脱硫石膏生产高强石膏设备的市场分析
  
    由于我国高品位的天然石膏储量小、产地远离消费地;而脱硫石膏品位高、地域分布又很均匀;另外,高强石膏的应用领域又更加广阔;因此用脱硫石膏取代天然石膏生产高强石膏必然是大势所趋;如果按每万吨高强石膏生产设备的市场价为100万元,这个市场总量就可达数十亿元。
   
    七、石膏砌块生产设备的市场分析
   
    目前,国内石膏砌块生产企业普遍规模较小,生产设备以全自动单机组或手工机组为主,全自动单机组年产可达12万平方米左右,它是将浇注、凝固、脱模合并在1台机组中进行,由于受熟石膏粉化学特性的制约,等待石膏凝固的时间6~10分钟远大于注浆1分钟、脱模2分钟的时间,下次注浆必须等上次浇注、凝固、脱模、复位后,共需15分钟左右才能进行下一次生产;各道工序生产能力不配套,生产呈断续性进行,致使生产效率低,综合成本高。为了克服传统石膏砌块生产设备的上述缺点,国内有企业发明了连注式石膏砌块生产线,将注浆、凝固、脱模相分离,在移动中完成水化反应,使搅拌注浆、水化凝固、脱模成型同时进行。

    这种生产线的产量不受石膏凝结时间快慢的影响;从而设备性价比高,生产出的石膏砌块成本低;其配套模具及相关部件还可根据用户要求调整更换,满足市场需求的变化而生产出不同的砌块种类及规格(厚度);年产量可达60万平方米,其价格仅相当于同产量规模的二分之一。

    随着建筑市场对石膏砌块优良性能的认可、市场需求量的增大,原有小规模的生产已经不能满足较大建筑工地的施工进度;因此,更经济、更迅捷的、可更换规格的连注式石膏砌块生产线最有发展前景;我们按每60万平方米(约6万立方米)的连注式石膏砌块生产线售价200万元计算,单机组和连注式生产线各占石膏砌块生产设备市场的一半,单机组的市场额为20亿,而连注式生产线的市场额为10亿。
 
    八、纸面石膏板生产设备的市场分析
   
     大的纸面石膏板生产企业已形成固定的产业组合,小的纸面石膏板生产设备厂家不是转产,就是转向外销第三世界国家。
 
    九、环保政策对熟石膏粉生产设备的要求
   
    我国东部地区已严禁一般企业再用煤做热源,绝不容许在处理燃煤脱硫废弃物的同时又排放二氧化硫。因此,熟石膏粉(它包括建筑石膏和高强石膏)的生产设备只能采用重油、天然气、煤气或电厂的过热蒸汽;但前三种燃料受价格和地域分布的局限,难以普及;然而做为脱硫石膏,主要产生在燃煤电厂,因此采用电厂的过热蒸汽做生产熟石膏粉设备的热源最为理想。不过对于蒸汽来说,它的热能释放并不是随温度的变化均匀分布,而是当蒸汽转化冷凝成水时,85%的热能才能释放出来。例如:常压下,100℃的液态水的热焓为100千卡/kg,而100℃蒸汽的热焓为639千卡/kg,其汽化热为539千卡/kg,即100℃的蒸汽转化为液态水时,释放出的热能占蒸汽总热能的84.35%。
 
    所以,在熟石膏粉生产过程中,如果要最大限度地利用过热蒸汽的热能,就必须获得过热蒸汽释放的汽化
热热能,这样才可以将84%以上的热能提供给熟石膏粉的生产中,成为有效能源。
 
    另外,生产熟石膏粉需要一定的温度范围。

    一般工业常见的石膏脱水转变温度

    注:此图摘自中国建材工业出版社出版的《石膏建筑材料》第73页,由武汉工业大学岳文海教授所著而过热蒸汽的换热温度如果按排出100℃的热水考虑,过热蒸汽的热交换平均温度(℃)可通过公式(1)来概算:
换热温度=(过热蒸汽初始温度+100)÷2×蒸汽热焓释放比例+100×汽化水热焓释放比例                       ------------公式(1)
 
    总结上述数据,可以通过下面的计算得到250℃的过热蒸汽、能效最大时所提供的热交换平均温度为:
(250+100)÷2×0.076+100×0.924=105.7(℃)
过热蒸汽为300℃时,则为:
(300+100)÷2×0.113+100×0.887=111.3(℃)
 
    由此可见,过热蒸汽在250℃~300℃时,只能满足生产α-半水石膏(即高强石膏)的温度条件;如果要生产β-半水石膏(即建筑石膏)就必须解决热交换温度偏低的问题。
 
    十、脱硫石膏前瞻性的应用及其研发方向
 
    1、石膏代木产品——高强度纤维石膏板
 
    1.1纤维石膏板简介
 
    纤维石膏板(或称石膏纤维板),它是一种以石膏粉为主要原料,以各种纤维(如玻璃纤维、纸纤维、植物纤维等)为增强材料的一种新型建筑石膏板材。该产品除具有纸面石膏板的优点外,还具有很高的抗冲击能力,内部粘结牢固,抗压能力强,在防火、防潮、握钉力等方面具有更好的性能,其保温隔热性能也优于纸面石膏板。由于外表省去了护面纸,其应用范围比纸面石膏板还有所扩大,并且更加环保,这是因为生产每平米纸面石膏析消耗0.5㎏(护面)纸,2007年我国产纸面石膏板9亿多㎡共消耗纸50多万吨(约为130多万m³木材),而生产一吨纸需消耗2.5m³木材,相当于20几棵大树,造林成材要经历12-16年,一亩地一般只能出材5立方;并且造纸业是世界第五大能源消耗者, 生产一吨纸约0.4吨煤,相当于生产一吨钢铁的能耗,同时还要消耗水200 m³。
 
    1.2纤维石膏板的用途和市场
 
    纤维石膏板具有相当大的应用灵活性和广泛性,可作干墙板、墙衬、隔墙板、瓦片及砖的背板、预制板外包覆层、天花板块、地板、防火门及立柱、护墙板以及特殊应用,如列车车厢隔板及船的隔仓板、室外保温装饰板等。纤维石膏板还可像木质板一样机加工,制成各种饰面板、叠层板等用于室内的墙壁、家具、地板、屋顶基层及预制房屋等,而它由于不含甲醛,由全天然材料制成,无害无毒是一种绿色建材,并且可代替珍贵的森林资源。2006年我国木质人造板产销量达7428万立方米,其中使用了甲醛类胶粘剂450万吨,其危害不可忽视;如果纤维石膏板取代木质人造板产销量的十分之一,每年就可消化一千万吨以上的石膏。
 
    1.3纤维石膏板的传统生产工艺
  
    传统工艺主要的缺点是:(1)采用干燥的建筑石膏粉再加水而生产,然后再干燥,工艺往复,能耗大;(2)与纸面石膏板相比,生产工艺复杂,设备昂贵,生产成本高;(3)本身强度与建筑用木制刨花板的强度还有很大的差距,用途受到局限。
 
    1.4纤维石膏板的创新生产工艺
 
    作者提出脱硫石膏深加工发展方向之一是烟气脱硫系统联产石膏制品;这是由于脱硫石膏在产出后含有较大比例的水分,根据传统工艺采用脱硫石膏生产石膏制品的过程是:先烘干水分,生产出建筑石膏粉,然后再加水,最后经搅拌和浇注成石膏制品;而本方案的生产工艺中无需对脱硫石膏进行烘干,采用“水热法”脱去脱硫石膏的一个半结晶水,获得α-半水石膏的浆体,然后浇注或压制成石膏制品。因此,本项技术方案既节约工业用水,也没有先干燥、再加水的相反生产工艺,全套技术既科学又简练,又节约能源,同时还节省干燥设备及其投资;另外,这种工艺生产出的石膏制品强度高,比传统工艺生产的纤维石膏板强度高30%,从而使其用途更加广泛。由此可见,联产石膏制品生产系统进入WFGD系统不仅能、增值,还可以省去WFGD系统中的真空皮带脱水装置。

    2、高保温的充气石膏板的应用与研发

    2.1问题的提出
   
    我国房屋建筑的设计使用寿命是70年,但当前房屋建筑的外保温隔热层主要采用聚苯材料,而它的使用寿命只有15年,甚至不到15年就开始粉化脱落,从而影响建筑节能效果;这样在建筑物的正常存续期间需要多次更换外保温隔热层,不仅麻烦,而且会因更换外保温隔热层的费用问题引起业主和业主之间、业主和房地产开发公司以及物业的各种纠纷。因此,可用于建筑物外墙的、能达到国家节能标准的石膏保温墙体材料的研发和推广应用就非常重要和迫切。
 
    2.2不同材料的导热系数
 
    2.3石膏保温外墙体的研发方向

    在相同外部条件下,决定材料导热系数高低的主要因素是材料的气孔率,而材料本身物质的导热系数对于材料整体的导热系数则不是主要因素;例如,上表中玻璃微珠的主要矿物相是二氧化硅和三氧化二铝,这两种矿物的导热系数分别是11 W/(m·k)和27 W/(m·k),均高于石膏的导热系数(0.2~0.28 W/(m·k));但由于玻璃微珠的气孔率远高于充气石膏板的,因此玻璃微珠的导热系数仅是充气石膏板的17%~24%。另外,材料本身物质的强度是形成其气孔率的决定因素,材料本身物质的强度高,就可以使材料的形成较高的气孔率,从而形成较低的导热系数;反之,亦反;例如,可以制成很细的钢网,而不能制成很细的石膏网。上表中,各材料本身物质的强度与其导热系数之间的对应关系也证明了上述观点;例如,同是充气石膏板,由高强石膏生产出的充气石膏板,其导热系数就低于建筑石膏生产出的充气石膏板;这说明尽管这两种充气石膏板的本身矿物相都是石膏,但由于高强石膏的强度是建筑石膏三倍,高强石膏生产出的充气石膏板的气孔率高于建筑石膏的;因此,前者的导热系数低于后者的。

   
    我们还知道采用水热法生产出的高强石膏,其强度又远高于蒸压法生产出的高强石膏,由此可见:如果采用连续式水热法生产出的高强石膏浆液直接生产充气石膏板,不仅可以降低制粉能耗,而还会进一步提高充气石膏板的气孔率,从而进一步降低现在工艺条件下生产的充气石膏板的导热系数,用于建筑物的外墙保温,达到既不增加墙体厚度,又能达到节能60%~65%的领先指标;从而取代现在通用的建筑物外墙外保温材料——聚苯材料,克服其易老化的重大缺陷;如果这种高保温隔热的充气石膏板能开发成功,它的经济效益和社会效益将无法估量!目前,这种高保温隔热充气石膏板的研究工作主要是:充气石膏板连续成型设备的研发及其与连续式水热法生产出的高强石膏浆液浇注过程的衔接工艺设计,另外是高强石膏浆液的各种添加剂的选择与配比。
 
    3、石膏纤维
 
    3.1石膏纤维简介
 
    石膏纤维又名石膏晶须,它指具有均一的横截面、完整的外形、完善的内部结构,长径比达到5~1000甚至更高的纤维状单晶体。晶须的长度一般为10~1000μm,直径一般在0.01~10 μm,最典型晶须的直径在1 μm左右。目前已经工业化生产的晶须有碳化硅、氮化硅、氧化铝、钛酸钾、硫酸钙(石膏)晶须等;它们的突出特点是其强度极高,可以作为复合材料的增强组元使用。就目前世界高新技术领域分析,在所有纤维材料的大家族之中,虽然不能说石膏纤维是各项性能最好的,但它确实是所有纤维材料中生产工艺最简单、生产技术最成熟、生产成本最低的;因此,它必然会得到更快速更广泛的推广应用。
 
    石膏纤维用作中等强度的填充剂,特别是细径纤维的补强效果与其它高性能纤维的增强效果相同,但价格仅为碳化硅纤维的1/300~1/1000;与塑料配合使用时,可提高抗拉强度、弯曲强度、弹性率和热变温度;也可代替石棉作摩擦材料、建筑材料、保温材料。另外,石膏纤维还具有良好的电特性、阻燃性、耐热性、绝缘性、热传导性,耐碱性、稳定性、对水和有机溶剂还都具有亲和性,从而可以用于各种材料优良性能的提高和补充。而最重要的是石膏纤维还具有一般纤维材料无法比拟的优点:它对人体无害,能够在人的胃液中分解;因此,石膏纤维将是一种极有发展前途的无机纤维新材料。
 
    3.2石膏纤维的生产工艺及其研发方向
  
    目前,石膏纤维成熟的生产工艺是水热法;但原料采用的是高品位的优质天然石膏,这样就限制了石膏纤维的广泛应用;脱硫石膏品位高,它是否与优质天然石膏一样也可以工业化生产石膏纤维那将是脱硫石膏产业中的一个重要的科研内容,另外再就是石膏纤维生产中所用催化剂的选择和配比。
 
    十一、我国脱硫石膏产业展望
   
    虽然我国的石膏深加工工业近十年来在纸面石膏板的引领下,石膏深加工产品市场得到了十倍以上的飞速发展,其产品原料的比例已从十年前仅占我国天然石膏矿产量的10%左右提高到2007年的30%;纸面石膏板的年产量已达近10亿平方米,但它已进入了平稳发展阶段;作者预测下一个十年还是一个石膏行业迅速发展的黄金时期,但它将是石膏做为高强度的胶凝材料发展最为迅猛的阶段;再加上脱硫石膏品位高、杂质少、消费地亦有大量供给;因此,如果处理每万吨脱硫石膏的设备为100万元,处理全部脱硫石膏的三分之一,就可达到数十亿元的市场额;进一步的深加工,其设备也有数十亿元的市场额;另外这些设备与技术还可以用于处理与脱硫石膏类似的、每年排放量也达4千万吨的磷石膏的综合治理,这个市场总额可达近百亿;而更为可观的是脱硫石膏的综合利用所产生的经济效益和社会效益,按每吨脱硫石膏综合利用所产生的纯利润为50元,那么几千万吨的脱硫石膏和磷石膏每年就可以产生数十亿的纯利润,由此而产生的社会效益更是无法用数字衡量!
 
    总之,脱硫石膏产出较均匀的分布特点,改变了原有的石膏产品生产地区远离消费地区的状况,这必然要打破原有的石膏产业分布格局;而脱硫石膏与天然石膏不同的物理形态,则使高强石膏生产设备发生重大革新;脱硫石膏的高品位特点,又促进了石膏产品的延伸发展;另外,脱硫石膏是被强制产出的,不加利用又污染环境,不同于天然石膏呈自然状态深埋地下,对环境没有影响,这样在发展循环经济、节能减排的政策推动下,脱硫石膏深加工产业必然是会超速发展。因此,一场石膏产业的大洗牌大发展开始了!那么在这次机会难得的石膏产业大洗牌中,谁先领悟和把握先机、谁掌握了先进的生产技术和设备(特别是高强石膏的)、谁垄断了我国东部地区即石膏产品主要消费地区的脱硫石膏资源,谁就会成为石膏产业新霸主!
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