1 概述脫硫石膏主要成分為二水硫酸鈣，是采用石灰-石灰石回收燃煤煙氣中的二氧化硫后得到的工業(yè)副產(chǎn)品。脫硫石膏通過(guò)烘干、煅燒、陳化、改性等，使二水石膏脫水分解,脫掉1.5個(gè)結(jié)晶水，得到的以β半水石膏為主要成分的產(chǎn)品，即為建筑石膏粉。隨著石膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)石膏粉的需求越來(lái)越大，對(duì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高，石膏粉的生產(chǎn)制造工藝也在不斷進(jìn)步。目前脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏粉主要以蒸汽、天然氣、煤等為熱源。其中以煤炭為最便宜，但污染嚴(yán)重；天然氣較清潔，但成本較高；蒸汽清潔又經(jīng)濟(jì)，但周邊需有供熱電廠。由于脫硫石膏主要是由電廠煙氣脫硫得到的副產(chǎn)品，緊鄰電廠，所以主要選擇蒸汽作為熱源。以蒸汽為熱源的生產(chǎn)工藝分為一步法和二步法兩類。一步法是將石膏的干燥、煅燒兩個(gè)工藝過(guò)程在一臺(tái)裝備中完成。該工藝生產(chǎn)適用于規(guī)模小、附著水含量多在10%以內(nèi)的脫硫石膏。生產(chǎn)工藝流程具有簡(jiǎn)單、熱損失小、投資成本少等特點(diǎn)；二步法是把石膏的干燥、煅燒兩個(gè)工藝過(guò)程分別在二臺(tái)裝備中完成。烘干+煅燒的二步法模式，對(duì)于采用蒸汽作為熱源、大規(guī)模(年單機(jī)產(chǎn)能大于10萬(wàn)t)及高含水量(附著水含量大于10%)的生產(chǎn)線，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。以下主要對(duì)脫硫石膏蒸汽二步法生產(chǎn)建筑石膏粉工藝進(jìn)行簡(jiǎn)介。2 工藝流程簡(jiǎn)介2.1 原料品質(zhì)及均化（1）原料品質(zhì)。脫硫石膏主要品質(zhì)要求：濕度＜15%、pH值為6～9、純度（二水硫酸鈣）＞90%、Cl（水溶性）＜0.1%、白度＞80%、MgO（水溶性）＜0.021%、煙灰＜1.6%、Al2O3＜0.2%、SiO2＜1%、CaCO3＜3%。其中氯離子作為脫硫石膏中主要的雜質(zhì)元素，對(duì)脫硫石膏及其制品性能的影響最大。由于氯離子會(huì)與鈣離子結(jié)合形成結(jié)晶水合物，其吸濕性很強(qiáng)，造成脫硫石膏的附著水含量高，其深加工過(guò)程中脫水難度增大；且氯離子具有腐蝕性，對(duì)后期石膏制品的影響也較大。（2）均化。由于同一電廠的脫硫石膏，其各批次的品質(zhì)也不盡相同，這樣就造成脫硫石膏原料質(zhì)量的不均勻性。原料質(zhì)量的不均勻性給石膏煅燒工藝控制及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性帶來(lái)了非常大的困難，因此脫硫石膏原料煅燒前必須進(jìn)行均化處理。目前主要有兩種處理方式：①根據(jù)場(chǎng)地情況，必須有足夠大的原料均化堆場(chǎng)，在原料進(jìn)場(chǎng)時(shí)每批次采用縱向堆料，取料時(shí)在垂直的縱向方向的橫截面上取料；②對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)的原料進(jìn)行多點(diǎn)取樣分析，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行搭配取料，混合使用，以保證原料水分及成分的均勻性。2.2 烘干工序脫硫石膏進(jìn)入烘干機(jī)預(yù)烘干后，需控制溫度小于75℃（因溫度大于75℃，結(jié)晶水會(huì)開始脫水），使表面水分開始蒸發(fā)，干燥去掉游離水，出料附著水控制小于3%，下步供煅燒工序應(yīng)用（若含水量太高，石膏粉無(wú)法在煅燒爐中處流態(tài)化)。在石膏粉的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中烘干脫水是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，故選擇烘干機(jī)類型是最為關(guān)鍵的部分。目前低壓過(guò)熱蒸汽作為熱源的烘干機(jī)，主要有槳葉式、管束式、回轉(zhuǎn)式等。（1）槳葉烘干機(jī)。設(shè)備內(nèi)部軸上密集排列著中空槳葉，蒸汽通過(guò)中空槳葉，使?jié)裎锪显跇~的攪動(dòng)下，與熱表面充分接觸，從而與石膏換熱干燥。優(yōu)點(diǎn)是熱量利用率高，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，投資低；缺點(diǎn)是漿葉在滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)受力，容易磨損開裂，維護(hù)維修量較大，物料粘性較強(qiáng)，若不及時(shí)清理的情況，會(huì)影響干燥效果和設(shè)備干燥能力，產(chǎn)能較低；適用于單體產(chǎn)能要求不高的生產(chǎn)線。（2）管束烘干機(jī)。在殼體內(nèi)設(shè)置蒸汽換熱管道，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)管束外周抄板，把物料抄起，運(yùn)行時(shí)殼體不動(dòng)，并攪拌殼體內(nèi)物料換熱及運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力消耗低，熱效率高，產(chǎn)能大，換熱管在滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)不承受扭矩，管道焊縫開裂、泄漏的情況較少；缺點(diǎn)是對(duì)于水分高、易粘的物料，殼體粘料后對(duì)管道的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的阻力，易造成軸損壞或管道變形，粘料后清理較困難，容易發(fā)生堵磨糊磨事故；適用于物料粘性較低的生產(chǎn)線。（3）回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。內(nèi)部按照?qǐng)A周方向設(shè)置多根換熱管道，蒸汽通過(guò)換熱管道，在窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)下不斷接觸原料，熱量傳遞給原料，以達(dá)到烘干的目的。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力較大，管道基本不受其他外力作用，不易損壞，故障少，維修費(fèi)用低；缺點(diǎn)是投入成本高，占地面積大，物料的溫度不容易控制，無(wú)攪拌功能，原料進(jìn)入設(shè)備時(shí)粘性較大，容易粘成團(tuán)，使有效換熱面積變小，蒸發(fā)效率低；適用于物料粘性較低的生產(chǎn)線。2.3 煅燒工序（1）煅燒溫度的控制。煅燒工藝是決定建筑石膏性能及品質(zhì)的關(guān)鍵因素，若脫硫石膏煅燒溫度過(guò)低（欠燒）,則二水硫酸鈣含量會(huì)較高，產(chǎn)品質(zhì)量下降；若煅燒溫度過(guò)高（過(guò)燒）,則硫酸鈣含量會(huì)較大。結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明，煅燒溫度在105℃左右時(shí)，脫硫石膏結(jié)晶水開始脫水；加熱到170～190℃，會(huì)迅速脫掉1.5個(gè)結(jié)晶水，形成半水石膏，此時(shí)石膏晶體發(fā)育完整、生長(zhǎng)致密，在凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度及強(qiáng)度等方面品質(zhì)最佳；若加熱到200～220℃，半水石膏繼續(xù)脫水，轉(zhuǎn)變?yōu)棰笮蜔o(wú)水石膏，轉(zhuǎn)化率下降。選定不同的煅燒溫度分別對(duì)脫硫石膏進(jìn)行煅燒，及時(shí)對(duì)設(shè)備溫度和壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使建筑石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到不同品質(zhì)指標(biāo)的需求。（2）煅燒設(shè)備的選擇。煅燒設(shè)備一直是影響建筑石膏制品質(zhì)量和應(yīng)用的主要因素，目前生產(chǎn)常用的煅燒設(shè)備有炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐等。①炒鍋。優(yōu)點(diǎn)是物料溫度容易控制、產(chǎn)品均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是熱效率較低，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，工作環(huán)境較差。②回轉(zhuǎn)窯。優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料，能適應(yīng)原料粒度的不同變化，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可靠性高；缺點(diǎn)是占地面積較大、流程長(zhǎng)、初期投資較大、物料的溫度不容易控制，煅燒的產(chǎn)品質(zhì)量不容易控制，能耗較高。③沸騰爐。優(yōu)點(diǎn)是有效換熱面積大、操作控制準(zhǔn)確。無(wú)機(jī)械攪拌裝置和采用內(nèi)管換熱，使設(shè)備易于維修；缺點(diǎn)是物料易粘壁、堵塞，需經(jīng)常清理。適用于過(guò)熱蒸汽作為熱源的生產(chǎn)線。若以蒸汽作為熱源，較常使用沸騰爐，其工作原理是：沸騰爐在床層內(nèi)裝有大量的加熱管，蒸汽由加熱管向物料傳遞大量的熱量，通過(guò)蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，使連續(xù)投入的二水石膏粉，一進(jìn)入床層幾乎瞬間就與里面大量熱粉料混合均勻，二水石膏粉處于流態(tài)化，脫水分解，脫掉1.5個(gè)結(jié)晶水后，即為建筑石膏粉。2.4 建筑石膏粉的改性建筑石膏粉顆粒主要集中在40～60μm,存在顆粒級(jí)配差，分布比較集中，沒(méi)有細(xì)粉，比表面積比較小，其比表面積只有天然建筑石膏粉磨后的40%～60%。試驗(yàn)結(jié)果表明，粉磨改性是改善建筑石膏粉顆粒級(jí)配的有效手段。有利于石膏活性發(fā)揮的破碎力中沖擊、劈裂為最好，其次是折斷和磨剝，最差的是擠壓力。球磨機(jī)內(nèi)物料所受的力主要是沖擊的磨剝，而輥壓式磨機(jī)則以擠壓力的磨剝?yōu)橹?，所以兩者磨出的物料在性質(zhì)上具有較大差別。目前主要使用有雷蒙磨、球磨、沖擊磨、渦輪磨等粉磨機(jī)。從實(shí)際使用情況看，沖擊式磨粉機(jī)比較合適，其產(chǎn)量大、并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)建筑石膏粉的粒徑范圍，其粉磨效果好，能夠滿足各種石膏制品的要求。2.5 石膏粉的陳化、冷卻等后處理陳化即將新制的建筑石膏改善其物理性質(zhì)的存放過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程中，盡管原料已進(jìn)行均化，但煅燒過(guò)程不同時(shí)間段、不同批次的成品質(zhì)量還是有差別的，因此對(duì)煅燒后的石膏粉進(jìn)行陳化冷卻是必要的。由于在220℃條件下生成的無(wú)水石膏比較容易在空氣中吸水變成半水石膏，陳化過(guò)程中，Ⅲ型無(wú)水石膏在水蒸氣或水的作用下會(huì)還原為半水石膏，而同時(shí)二水石膏脫水轉(zhuǎn)化成半水石膏。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的陳化后，可使石膏粉的相變過(guò)程趨于穩(wěn)定，提高半水石膏的含量，降低其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，大大改善了建筑石膏粉的物理性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)際應(yīng)用中，常用的陳化方式有機(jī)械陳化法和自然陳化法。機(jī)械陳化法的陳化時(shí)間短、效率高，但需要增加機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)動(dòng)、螺旋冷卻或回轉(zhuǎn)筒冷卻陳化設(shè)備，因此設(shè)備投資和能耗都比較高。自然陳化法是利用自然條件來(lái)陳化以達(dá)到穩(wěn)定建筑石膏粉質(zhì)量的目的，具有周期長(zhǎng)、效率低，簡(jiǎn)便實(shí)用耗能低等特點(diǎn)。但容易使陳化倉(cāng)內(nèi)料層堆積，造成陳化作用不均勻，難以使相變過(guò)程趨于穩(wěn)定,其可采用自然陳化并輔以機(jī)械倒庫(kù)等手段，使料層與冷空氣、余熱等進(jìn)行充分交換，以達(dá)到冷卻、陳化的效果。3 主要設(shè)備、能耗及產(chǎn)品性能介紹（以年產(chǎn)10萬(wàn)t產(chǎn)能為例）3.1 主要設(shè)備（1）上料系統(tǒng)：原料斗、皮帶計(jì)量稱、除鐵器、皮帶機(jī)。（2）烘干系統(tǒng)：干燥機(jī)、斗式提升機(jī)、打散機(jī)。（3）煅燒系統(tǒng)：沸騰爐、斗式提升機(jī)。（4）陳化、冷卻；螺旋輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、陳化庫(kù)。（5）改性系統(tǒng)：振動(dòng)給料機(jī)、改性磨。（6）包裝系統(tǒng)；袋式包裝機(jī)系統(tǒng)散裝系統(tǒng)裝車機(jī)。（7）除塵系統(tǒng)；旋風(fēng)除塵器布袋除塵器。（8）其他；空壓機(jī)、冷干機(jī)、配氣、電氣控制等。3.2 能耗情況（1）總功率約為500kW，實(shí)際生產(chǎn)無(wú)滿負(fù)荷負(fù)載，依經(jīng)驗(yàn)電耗≤20kW/t成品粉。（2）蒸汽耗能。使用蒸汽作為加熱介質(zhì)，主要分為飽和和過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽熱效果、傳熱系數(shù)均較差，其過(guò)熱度與換熱面積成正比，過(guò)熱度每增加2℃，約需增加1%的換熱面積，故盡量選擇飽和蒸汽。當(dāng)蒸汽參數(shù)為0.9～1.3MPa、180～250℃蒸汽時(shí)，蒸汽耗量為650～800kg/t成品粉。3.3 生產(chǎn)成品指標(biāo)按照建筑石膏粉應(yīng)用于制作石膏砂漿為例，應(yīng)符合以下要求：二水石膏≤3%、半水石膏≥75%、無(wú)水石膏Ⅲ≤5%；初凝時(shí)間≥6min（可調(diào)）、終凝時(shí)間≤30min（可調(diào)）；抗折強(qiáng)度(2h)≥2.5MPa、抗壓強(qiáng)度（2h）≥3.9MPa；標(biāo)稠為62％～75％（可調(diào)）。4 生產(chǎn)線特點(diǎn)（1）生產(chǎn)線采用烘干+煅燒二步法工藝，優(yōu)點(diǎn)是換熱面積大，換熱效率高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投資省，易操作。（2）該系統(tǒng)對(duì)不同原料的適應(yīng)性廣，特別是以水分高、粘度大的脫硫石膏為原料的生產(chǎn)線具有明顯的優(yōu)勢(shì)。（3）在生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)市場(chǎng)要求適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，穩(wěn)定生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)要求的合格建筑石膏產(chǎn)品。