脫硫石膏蒸汽二步法生産建築石膏粉工藝簡介

1 概述脫硫石膏主要(yào / yāo)成分爲(wéi / wèi)二水硫酸鈣，是(shì)采用石灰-石灰石回收燃煤煙氣中的(de)二氧化硫後得到(dào)的(de)工業副産品。脫硫石膏通過烘幹、煅燒、陳化、改性等，使二水石膏脫水分解,脫掉1.5個(gè)結晶水，得到(dào)的(de)以(yǐ)β半水石膏爲(wéi / wèi)主要(yào / yāo)成分的(de)産品，即爲(wéi / wèi)建築石膏粉。随着石膏産業的(de)發展和(hé / huò)進步，各行各業對石膏粉的(de)需求越來(lái)越大(dà)，對質量要(yào / yāo)求也(yě)越來(lái)越高，石膏粉的(de)生産制造工藝也(yě)在(zài)不(bù)斷進步。目前脫硫石膏生産建築石膏粉主要(yào / yāo)以(yǐ)蒸汽、天然氣、煤等爲(wéi / wèi)熱源。其中以(yǐ)煤炭爲(wéi / wèi)最便宜，但污染嚴重；天然氣較清潔，但成本較高；蒸汽清潔又經濟，但周邊需有供熱電廠。由于(yú)脫硫石膏主要(yào / yāo)是(shì)由電廠煙氣脫硫得到(dào)的(de)副産品，緊鄰電廠，所以(yǐ)主要(yào / yāo)選擇蒸汽作爲(wéi / wèi)熱源。以(yǐ)蒸汽爲(wéi / wèi)熱源的(de)生産工藝分爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)步法和(hé / huò)二步法兩類。一(yī / yì ／yí)步法是(shì)将石膏的(de)幹燥、煅燒兩個(gè)工藝過程在(zài)一(yī / yì ／yí)台裝備中完成。該工藝生産适用于(yú)規模小、附着水含量多在(zài)10%以(yǐ)内的(de)脫硫石膏。生産工藝流程具有簡單、熱損失小、投資成本少等特點；二步法是(shì)把石膏的(de)幹燥、煅燒兩個(gè)工藝過程分别在(zài)二台裝備中完成。烘幹+煅燒的(de)二步法模式，對于(yú)采用蒸汽作爲(wéi / wèi)熱源、大(dà)規模(年單機産能大(dà)于(yú)10萬t)及高含水量(附着水含量大(dà)于(yú)10%)的(de)生産線，具有較明顯的(de)優勢。以(yǐ)下主要(yào / yāo)對脫硫石膏蒸汽二步法生産建築石膏粉工藝進行簡介。2 工藝流程簡介2.1 原料品質及均化（1）原料品質。脫硫石膏主要(yào / yāo)品質要(yào / yāo)求：濕度＜15%、pH值爲(wéi / wèi)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(zǐ)作爲(wéi / wèi)脫硫石膏中主要(yào / yāo)的(de)雜質元素，對脫硫石膏及其制品性能的(de)影響最大(dà)。由于(yú)氯離子(zǐ)會與鈣離子(zǐ)結合形成結晶水合物，其吸濕性很強，造成脫硫石膏的(de)附着水含量高，其深加工過程中脫水難度增大(dà)；且氯離子(zǐ)具有腐蝕性，對後期石膏制品的(de)影響也(yě)較大(dà)。（2）均化。由于(yú)同一(yī / yì ／yí)電廠的(de)脫硫石膏，其各批次的(de)品質也(yě)不(bù)盡相同，這(zhè)樣就(jiù)造成脫硫石膏原料質量的(de)不(bù)均勻性。原料質量的(de)不(bù)均勻性給石膏煅燒工藝控制及産品質量的(de)穩定性帶來(lái)了(le／liǎo)非常大(dà)的(de)困難，因此脫硫石膏原料煅燒前必須進行均化處理。目前主要(yào / yāo)有兩種處理方式：①根據場地(dì / de)情況，必須有足夠大(dà)的(de)原料均化堆場，在(zài)原料進場時(shí)每批次采用縱向堆料，取料時(shí)在(zài)垂直的(de)縱向方向的(de)橫截面上(shàng)取料；②對堆場内的(de)原料進行多點取樣分析，根據分析的(de)結果進行搭配取料，混合使用，以(yǐ)保證原料水分及成分的(de)均勻性。2.2 烘幹工序脫硫石膏進入烘幹機預烘幹後，需控制溫度小于(yú)75℃（因溫度大(dà)于(yú)75℃，結晶水會開始脫水），使表面水分開始蒸發，幹燥去掉遊離水，出(chū)料附着水控制小于(yú)3%，下步供煅燒工序應用（若含水量太高，石膏粉無法在(zài)煅燒爐中處流态化)。在(zài)石膏粉的(de)生産加工環節中烘幹脫水是(shì)關鍵環節，故選擇烘幹機類型是(shì)最爲(wéi / wèi)關鍵的(de)部分。目前低壓過熱蒸汽作爲(wéi / wèi)熱源的(de)烘幹機，主要(yào / yāo)有槳葉式、管束式、回轉式等。（1）槳葉烘幹機。設備内部軸上(shàng)密集排列着中空槳葉，蒸汽通過中空槳葉，使濕物料在(zài)槳葉的(de)攪動下，與熱表面充分接觸，從而(ér)與石膏換熱幹燥。優點是(shì)熱量利用率高，設備結構緊湊，占地(dì / de)面積小，投資低；缺點是(shì)漿葉在(zài)滾筒旋轉時(shí)受力，容易磨損開裂，維護維修量較大(dà)，物料粘性較強，若不(bù)及時(shí)清理的(de)情況，會影響幹燥效果和(hé / huò)設備幹燥能力，産能較低；适用于(yú)單體産能要(yào / yāo)求不(bù)高的(de)生産線。（2）管束烘幹機。在(zài)殼體内設置蒸汽換熱管道(dào)，電機通過傳動裝置帶動管束外周抄闆，把物料抄起，運行時(shí)殼體不(bù)動，并攪拌殼體内物料換熱及運動。優點是(shì)動力消耗低，熱效率高，産能大(dà)，換熱管在(zài)滾筒旋轉時(shí)不(bù)承受扭矩，管道(dào)焊縫開裂、洩漏的(de)情況較少；缺點是(shì)對于(yú)水分高、易粘的(de)物料，殼體粘料後對管道(dào)的(de)旋轉産生很大(dà)的(de)阻力，易造成軸損壞或管道(dào)變形，粘料後清理較困難，容易發生堵磨糊磨事故；适用于(yú)物料粘性較低的(de)生産線。（3）回轉式烘幹機。内部按照圓周方向設置多根換熱管道(dào)，蒸汽通過換熱管道(dào)，在(zài)窯體的(de)轉動下不(bù)斷接觸原料，熱量傳遞給原料，以(yǐ)達到(dào)烘幹的(de)目的(de)。優點是(shì)生産能力較大(dà)，管道(dào)基本不(bù)受其他(tā)外力作用，不(bù)易損壞，故障少，維修費用低；缺點是(shì)投入成本高，占地(dì / de)面積大(dà)，物料的(de)溫度不(bù)容易控制，無攪拌功能，原料進入設備時(shí)粘性較大(dà)，容易粘成團，使有效換熱面積變小，蒸發效率低；适用于(yú)物料粘性較低的(de)生産線。2.3 煅燒工序（1）煅燒溫度的(de)控制。煅燒工藝是(shì)決定建築石膏性能及品質的(de)關鍵因素，若脫硫石膏煅燒溫度過低（欠燒）,則二水硫酸鈣含量會較高，産品質量下降；若煅燒溫度過高（過燒）,則硫酸鈣含量會較大(dà)。結合實驗表明，煅燒溫度在(zài)105℃左右時(shí)，脫硫石膏結晶水開始脫水；加熱到(dào)170～190℃，會迅速脫掉1.5個(gè)結晶水，形成半水石膏，此時(shí)石膏晶體發育完整、生長緻密，在(zài)凝結時(shí)間、标準稠度及強度等方面品質最佳；若加熱到(dào)200～220℃，半水石膏繼續脫水，轉變爲(wéi / wèi)Ⅲ型無水石膏，轉化率下降。選定不(bù)同的(de)煅燒溫度分别對脫硫石膏進行煅燒，及時(shí)對設備溫度和(hé / huò)壓力等參數進行調節，可以(yǐ)使建築石膏粉産品質量達到(dào)不(bù)同品質指标的(de)需求。（2）煅燒設備的(de)選擇。煅燒設備一(yī / yì ／yí)直是(shì)影響建築石膏制品質量和(hé / huò)應用的(de)主要(yào / yāo)因素，目前生産常用的(de)煅燒設備有炒鍋、回轉窯、沸騰爐等。①炒鍋。優點是(shì)物料溫度容易控制、産品均勻、結構簡單；缺點是(shì)熱效率較低，設備維護費用高，工作環境較差。②回轉窯。優點是(shì)可連續進料、連續出(chū)料，能适應原料粒度的(de)不(bù)同變化，運轉穩定，可靠性高；缺點是(shì)占地(dì / de)面積較大(dà)、流程長、初期投資較大(dà)、物料的(de)溫度不(bù)容易控制，煅燒的(de)産品質量不(bù)容易控制，能耗較高。③沸騰爐。優點是(shì)有效換熱面積大(dà)、操作控制準确。無機械攪拌裝置和(hé / huò)采用内管換熱，使設備易于(yú)維修；缺點是(shì)物料易粘壁、堵塞，需經常清理。适用于(yú)過熱蒸汽作爲(wéi / wèi)熱源的(de)生産線。若以(yǐ)蒸汽作爲(wéi / wèi)熱源，較常使用沸騰爐，其工作原理是(shì)：沸騰爐在(zài)床層内裝有大(dà)量的(de)加熱管，蒸汽由加熱管向物料傳遞大(dà)量的(de)熱量，通過蒸汽與爐底鼓入的(de)空氣混合在(zài)一(yī / yì ／yí)起，使連續投入的(de)二水石膏粉，一(yī / yì ／yí)進入床層幾乎瞬間就(jiù)與裏面大(dà)量熱粉料混合均勻，二水石膏粉處于(yú)流态化，脫水分解，脫掉1.5個(gè)結晶水後，即爲(wéi / wèi)建築石膏粉。2.4 建築石膏粉的(de)改性建築石膏粉顆粒主要(yào / yāo)集中在(zài)40～60μm,存在(zài)顆粒級配差，分布比較集中，沒有細粉，比表面積比較小，其比表面積隻有天然建築石膏粉磨後的(de)40%～60%。試驗結果表明，粉磨改性是(shì)改善建築石膏粉顆粒級配的(de)有效手段。有利于(yú)石膏活性發揮的(de)破碎力中沖擊、劈裂爲(wéi / wèi)最好，其次是(shì)折斷和(hé / huò)磨剝，最差的(de)是(shì)擠壓力。球磨機内物料所受的(de)力主要(yào / yāo)是(shì)沖擊的(de)磨剝，而(ér)輥壓式磨機則以(yǐ)擠壓力的(de)磨剝爲(wéi / wèi)主，所以(yǐ)兩者磨出(chū)的(de)物料在(zài)性質上(shàng)具有較大(dà)差别。目前主要(yào / yāo)使用有雷蒙磨、球磨、沖擊磨、渦輪磨等粉磨機。從實際使用情況看，沖擊式磨粉機比較合适，其産量大(dà)、并可根據需要(yào / yāo)調節建築石膏粉的(de)粒徑範圍，其粉磨效果好，能夠滿足各種石膏制品的(de)要(yào / yāo)求。2.5 石膏粉的(de)陳化、冷卻等後處理陳化即将新制的(de)建築石膏改善其物理性質的(de)存放過程。生産過程中，盡管原料已進行均化，但煅燒過程不(bù)同時(shí)間段、不(bù)同批次的(de)成品質量還是(shì)有差别的(de)，因此對煅燒後的(de)石膏粉進行陳化冷卻是(shì)必要(yào / yāo)的(de)。由于(yú)在(zài)220℃條件下生成的(de)無水石膏比較容易在(zài)空氣中吸水變成半水石膏，陳化過程中，Ⅲ型無水石膏在(zài)水蒸氣或水的(de)作用下會還原爲(wéi / wèi)半水石膏，而(ér)同時(shí)二水石膏脫水轉化成半水石膏。經過一(yī / yì ／yí)定時(shí)間的(de)陳化後，可使石膏粉的(de)相變過程趨于(yú)穩定，提高半水石膏的(de)含量，降低其标準稠度需水量，大(dà)大(dà)改善了(le／liǎo)建築石膏粉的(de)物理性能，提高了(le／liǎo)産品質量。實際應用中，常用的(de)陳化方式有機械陳化法和(hé / huò)自然陳化法。機械陳化法的(de)陳化時(shí)間短、效率高，但需要(yào / yāo)增加機械設備，如風動、螺旋冷卻或回轉筒冷卻陳化設備，因此設備投資和(hé / huò)能耗都比較高。自然陳化法是(shì)利用自然條件來(lái)陳化以(yǐ)達到(dào)穩定建築石膏粉質量的(de)目的(de)，具有周期長、效率低，簡便實用耗能低等特點。但容易使陳化倉内料層堆積，造成陳化作用不(bù)均勻，難以(yǐ)使相變過程趨于(yú)穩定,其可采用自然陳化并輔以(yǐ)機械倒庫等手段，使料層與冷空氣、餘熱等進行充分交換，以(yǐ)達到(dào)冷卻、陳化的(de)效果。3 主要(yào / yāo)設備、能耗及産品性能介紹（以(yǐ)年産10萬t産能爲(wéi / wèi)例）3.1 主要(yào / yāo)設備（1）上(shàng)料系統：原料鬥、皮帶計量稱、除鐵器、皮帶機。（2）烘幹系統：幹燥機、鬥式提升機、打散機。（3）煅燒系統：沸騰爐、鬥式提升機。（4）陳化、冷卻；螺旋輸送機、鬥式提升機、陳化庫。（5）改性系統：振動給料機、改性磨。（6）包裝系統；袋式包裝機系統散裝系統裝車機。（7）除塵系統；旋風除塵器布袋除塵器。（8）其他(tā)；空壓機、冷幹機、配氣、電氣控制等。3.2 能耗情況（1）總功率約爲(wéi / wèi)500kW，實際生産無滿負荷負載，依經驗電耗≤20kW/t成品粉。（2）蒸汽耗能。使用蒸汽作爲(wéi / wèi)加熱介質，主要(yào / yāo)分爲(wéi / wèi)飽和(hé / huò)和(hé / huò)過熱蒸汽。過熱蒸汽熱效果、傳熱系數均較差，其過熱度與換熱面積成正比，過熱度每增加2℃，約需增加1%的(de)換熱面積，故盡量選擇飽和(hé / huò)蒸汽。當蒸汽參數爲(wéi / wèi)0.9～1.3MPa、180～250℃蒸汽時(shí)，蒸汽耗量爲(wéi / wèi)650～800kg/t成品粉。3.3 生産成品指标按照建築石膏粉應用于(yú)制作石膏砂漿爲(wéi / wèi)例，應符合以(yǐ)下要(yào / yāo)求：二水石膏≤3%、半水石膏≥75%、無水石膏Ⅲ≤5%；初凝時(shí)間≥6min（可調）、終凝時(shí)間≤30min（可調）；抗折強度(2h)≥2.5MPa、抗壓強度（2h）≥3.9MPa；标稠爲(wéi / wèi)62％～75％（可調）。4 生産線特點（1）生産線采用烘幹+煅燒二步法工藝，優點是(shì)換熱面積大(dà)，換熱效率高，生産工藝簡單，投資省，易操作。（2）該系統對不(bù)同原料的(de)适應性廣，特别是(shì)以(yǐ)水分高、粘度大(dà)的(de)脫硫石膏爲(wéi / wèi)原料的(de)生産線具有明顯的(de)優勢。（3）在(zài)生産過程中可根據市場要(yào / yāo)求适當調整生産參數，穩定生産出(chū)符合國(guó)家标準技術指标要(yào / yāo)求的(de)合格建築石膏産品。