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1 概述
脫硫石膏的主要成分是二水硫酸鈣，是用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。 脫硫石膏是將二水石膏通過干燥、煅燒、老化、改性等工藝脫水分解，脫除1.5結(jié)晶水，得到以β半水石膏為主要成分的產(chǎn)品，即建筑石膏粉。 隨著石膏工業(yè)的發(fā)展進步，各行各業(yè)對石膏粉的需求量越來越大，對質(zhì)量的要求也越來越高，石膏粉的生產(chǎn)制造工藝也在不斷改進。
目前脫硫石膏生產(chǎn)建筑石膏粉主要采用蒸汽、天然氣、煤等作為熱源。 其中煤炭價格最低，但污染嚴重； 天然氣更清潔，但成本更高； 蒸汽清潔、經(jīng)濟，但需要附近有熱力發(fā)電廠。 由于脫硫石膏主要是電廠煙氣脫硫的副產(chǎn)品，且距離電廠較近，因此主要選擇蒸汽作為熱源。 以蒸汽為熱源的生產(chǎn)工藝可分為一步法和兩步法。 一步法是在一臺設備上完成石膏的干燥和煅燒兩個過程。 該工藝適用于生產(chǎn)規(guī)模小、附著水小于10%的脫硫石膏。 生產(chǎn)工藝簡單，熱損失小，投資成本低； 兩步法是在兩套設備中完成石膏干燥和煅燒兩個過程。 干燥+煅燒兩步法對于以蒸汽為熱源、規(guī)模大（單機年產(chǎn)能10萬噸以上）、含水率高（附著水大于10%）的生產(chǎn)線優(yōu)勢明顯%)。 下面簡單介紹一下脫硫石膏蒸汽二步法生產(chǎn)建筑石膏粉的工藝流程。
2 工藝流程介紹
2.1 原材料質(zhì)量及均質(zhì)化
(1)原材料質(zhì)量。 脫硫石膏主要質(zhì)量要求：濕度<15%，pH值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%堆取料機滾筒，CaCO3<3%。 其中，氯離子作為脫硫石膏中的主要雜質(zhì)元素，對脫硫石膏及其制品的性能影響最大。 氯離子會與鈣離子結(jié)合形成結(jié)晶水合物，具有很強的吸濕性，導致脫硫石膏中的附著水含量高，深加工時更難脫水； 氯離子有腐蝕性，會影響后期的石膏制品。 也比較大。
(2)同質(zhì)化。 由于同一電廠的脫硫石膏質(zhì)量批次不同，這就造成了脫硫石膏原料質(zhì)量的不均勻性。 原料質(zhì)量的不均勻性給石膏煅燒過程的控制和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性帶來了很大的困難，因此脫硫石膏原料在煅燒前必須進行均質(zhì)處理。 目前主要有兩種加工方式：①根據(jù)現(xiàn)場條件，必須有足夠大的原料均化場。 原料入場時，每批次垂直堆放。 ②對堆場原料進行多點取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果進行配料使用，保證原料水分和成分的均勻性。
2.2 干燥過程
脫硫石膏進入干燥機進行預干燥后，需要將溫度控制在75℃以下（因為溫度大于75℃，結(jié)晶水會開始脫水），使表面水分開始蒸發(fā)，干燥除去游離水，附著水控制在3%以下。 ，下一步是煅燒工序（如果含水量過高，石膏粉在煅燒爐內(nèi)不能流態(tài)化）。 干燥脫水是石膏粉生產(chǎn)加工中的關鍵環(huán)節(jié)，因此選擇干燥機的型號是最關鍵的一環(huán)。 目前，以低壓過熱蒸汽為熱源的干燥機主要有槳葉式、管束式、回轉(zhuǎn)式等。
(1)槳葉干燥機。 設備內(nèi)軸上密布空心槳葉，蒸汽通過空心槳葉，使?jié)裎锪显跇~的攪動下與熱表面充分接觸，從而與石膏進行熱交換而干燥。 優(yōu)點是熱能利用率高，設備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，投資少； 缺點是滾筒旋轉(zhuǎn)時葉片受力，易磨損開裂，需要大量維護，物料比較粘稠。 如果不及時清理，會影響干燥效果和設備干燥能力，生產(chǎn)能力低； 適用于單條產(chǎn)能要求不高的生產(chǎn)線。
(2)管束式干燥機。 殼體內(nèi)設置蒸汽換熱管，電機通過傳動裝置帶動管束外周揚板起料。 工作時殼體不動，物料在殼體內(nèi)進行熱交換和運動攪拌。 優(yōu)點是耗電量小，熱效率高，生產(chǎn)能力大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動時換熱管不承受扭矩，管子焊縫裂紋和漏水少； 缺點是對于水分大、易粘附的物料，外殼會對管道的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生很大的阻力，容易造成軸損壞或管道變形。 粘料后不易清理，易造成堵料和糊磨事故； 適用于物料粘度低的生產(chǎn)線。
(3)回轉(zhuǎn)烘干機。 內(nèi)部按圓周方向布置若干換熱管。 蒸汽通過換熱管，在窯體的旋轉(zhuǎn)下不斷與原料接觸，將熱量傳遞給原料，達到干燥的目的。 優(yōu)點是生產(chǎn)能力大堆取料機滾筒，管道基本不受其他外力影響，不易損壞，故障少，維護成本低； 缺點是投入成本高，占地面積大，物料溫度不易控制，沒有攪拌功能，原料進入設備。 粘度大時，容易粘在一起，使有效傳熱面積變小，蒸發(fā)效率低； 適用于物料粘度較低的生產(chǎn)線。
2.3 煅燒工藝
(1)煅燒溫度的控制。 煅燒工藝是決定建筑石膏性能和質(zhì)量的關鍵因素。 脫硫石膏煅燒溫度過低（欠燒），二水硫酸鈣含量高，產(chǎn)品質(zhì)量下降； 如果煅燒溫度過高（過燒），則硫酸鈣含量會較大。 綜合實驗表明，當煅燒溫度在105℃左右時，脫硫石膏結(jié)晶水開始脫水； 加熱至170-190℃時，迅速脫去1.5個結(jié)晶水，生成半水石膏。 此時石膏晶體發(fā)育充分，生長密集。 質(zhì)量在凝結(jié)時間、標準一致性和強度方面是最好的； 若加熱至200-220℃，半水石膏繼續(xù)脫水轉(zhuǎn)化為Ⅲ型無水石膏，轉(zhuǎn)化率降低。 選擇不同的煅燒溫度分別對脫硫石膏進行煅燒，并及時調(diào)整設備溫度、壓力等參數(shù)，可使建筑石膏粉的質(zhì)量滿足不同質(zhì)量指標的要求。
(2)煅燒設備的選擇。 煅燒設備一直是影響建筑石膏產(chǎn)品質(zhì)量和應用的主要因素。 目前生產(chǎn)中常用的煅燒設備有炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、沸騰流化爐等。 ①炒鍋。 優(yōu)點是物料溫度容易控制組立工，產(chǎn)品均勻，結(jié)構(gòu)簡單； 缺點是熱效率低，設備維護費用高，工作環(huán)境差。 ②回轉(zhuǎn)窯。 優(yōu)點是連續(xù)進出料，能適應原料粒度的不同變化，運行穩(wěn)定鈑金下料，可靠性高； 缺點是占地面積大，流程長，初期投資大，物料溫度不易控制。 煅燒 產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，能耗較高。 ③沸騰爐。 優(yōu)點是有效換熱面積大，運行控制準確。 無機械攪拌裝置，采用內(nèi)管換熱，設備維護方便； 缺點是材料容易粘墻堵塞，需要經(jīng)常清理。 適用于以過熱蒸汽為熱源的生產(chǎn)線。
如果使用蒸汽作為熱源，則更常用流態(tài)化流化爐。 其工作原理是：沸騰流化爐在床體內(nèi)裝有大量加熱管，蒸汽從加熱管向物料傳遞大量熱量，蒸汽與吹入爐內(nèi)的空氣混合爐底。 ，使連續(xù)投入的二水石膏粉一進入床層幾乎瞬間就與內(nèi)部大量的熱粉混合均勻。 粉色的。
2.4 建筑石膏粉的改性
建筑石膏粉的顆粒主要集中在40-60μm，顆粒級配差，分布比較集中，無細粉，比表面積較小，經(jīng)過處理后僅為天然建筑石膏的40%-60%研磨。 試驗結(jié)果表明，研磨改性是提高建筑石膏粉顆粒級配的有效手段。 在有利于石膏活性的破碎力中，沖擊和劈裂最好，破碎和研磨次之，擠壓最差。 球磨機對物料的作用力主要是沖擊力的研磨和剝離，而輥磨機主要是擠壓力的研磨和剝離，所以兩者生產(chǎn)的物料性質(zhì)有很大的不同. 目前主要采用雷蒙磨、球磨機、沖擊磨、渦輪磨等粉碎機。 從實際使用情況來看，沖擊式粉碎機更合適。 產(chǎn)量大，可根據(jù)需要調(diào)整建筑石膏粉的粒度范圍。 其研磨效果好，能滿足各種石膏制品的要求。
2.5 石膏粉的老化、冷卻等后處理
老化是新鮮建筑石膏改善其物理性能的儲存過程。 在生產(chǎn)過程中，雖然原料已經(jīng)均質(zhì)化，但在不同時間段、不同批次的煅燒過程中成品質(zhì)量還是有差異的，所以需要對煅燒石膏粉進行時效和冷卻。 由于在220℃形成的無水石膏更易吸收空氣中的水分而成為半水石膏，在陳化過程中，III型硬石膏在水蒸氣或水的作用下會還原為半水石膏，同時二水石膏脫水成半水石膏。 經(jīng)過一定時間的陳化，可以穩(wěn)定石膏粉的相變過程，提高半水石膏的含量，降低其標準稠度的需水量，大大提高建筑石膏粉的物理性能，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。
在實際應用中，常用的時效方法有機械時效法和自然時效法。 機械老化法老化時間短，效率高，但需要增加機械設備，如風、螺旋冷卻或轉(zhuǎn)筒冷卻老化設備，因此設備投資和能耗較高。 自然老化法利用自然條件進行老化，以達到穩(wěn)定建筑石膏粉質(zhì)量的目的。 具有周期長、效率低、簡單實用、能耗低等特點。 但老化倉內(nèi)容易堆積料層，造成老化不均勻，相變過程難以穩(wěn)定。 自然時效可與機械傾倒結(jié)合使用，使料層與冷空氣和余熱分離。 充分交換，達到降溫老化的效果。
3 主要設備、能耗及產(chǎn)品性能介紹（以年生產(chǎn)能力10萬噸為例）
3.1 主要設備
(1)上料系統(tǒng)：原料料斗、皮帶稱重秤、除鐵器、皮帶輸送機。
(2)烘干系統(tǒng)：烘干機、斗式提升機、破碎機。
(3) 煅燒系統(tǒng)：沸騰爐、斗式提升機。
(4) 老化冷卻； 螺旋輸送機、斗式提升機、老化倉庫。
(5)改造系統(tǒng)：振動給料機、改造磨機。
(6) 包裝系統(tǒng)； 袋包裝機系統(tǒng)，散裝系統(tǒng)裝載機。
(7)除塵系統(tǒng)； 旋風除塵器、布袋除塵器。
(8)其他：空壓機、冷干機、配氣、電氣控制等。
3.2 能源消耗
(1)總功率約500kW大連鉚焊加工廠，實際生產(chǎn)中無滿載情況。 根據(jù)經(jīng)驗，電耗≤20kW/t成品粉。
(2)蒸汽能耗。 以蒸汽為加熱介質(zhì)，主要分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。 過熱蒸汽的熱效應和傳熱系數(shù)差，其過熱度與傳熱面積成正比。 過熱度每升高2℃，換熱面積需增加1%左右，因此應盡可能選用飽和蒸汽。 當蒸汽參數(shù)為0.9~1.3MPa，蒸汽溫度為180~250℃時，耗汽量為650~800kg/t成品粉。
3.3成品指標
以建筑石膏粉為例，配制石膏砂漿，應滿足以下要求：二水石膏≤3%，半水石膏≥75%，無水石膏Ⅲ≤5%； 初凝時間≥6min（可調(diào)），終凝時間≤30min（可調(diào)）； 抗折強度（2h）≥2.5MPa，抗壓強度（2h）≥3.9MPa； 標準厚度62%～75%（可調(diào)）。
4 生產(chǎn)線特點
(1)該生產(chǎn)線采用干燥+煅燒兩步法工藝，傳熱面積大，傳熱效率高，生產(chǎn)工藝簡單，投資少，操作方便。
(2)系統(tǒng)對不同原料的適應性廣，尤其是對高水分、高粘度脫硫石膏為原料的生產(chǎn)線具有明顯優(yōu)勢。
(3)在生產(chǎn)過程中，可根據(jù)市場需求適當調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，穩(wěn)定生產(chǎn)出符合國家標準技術指標要求的合格建筑石膏產(chǎn)品。
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