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副產品。脫硫石膏通過烘干、煅燒、陳化、改性等，使二水石膏脫水分解,脫掉1.5個結晶水，得到的以β半水石膏為主要成分的產品，即為建筑石膏粉。隨著石膏產業的發展和進步，各行各業對石膏粉的需求越來越大，對質量要求也越來越高，石膏粉的生產制造工藝也在不斷進步。目前脫硫石膏生產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。由于脫硫石膏主要是由電廠煙氣脫硫得到的副產品，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、煅燒兩個工藝過程在一臺裝備中完成。該工藝生產適用于規模小、附著水含量多在10%以內的脫硫石膏。生產工藝流程具有簡單、熱損失小、投資成本少等特點；二步法是把石膏的干燥、煅燒兩個工藝過程分別在二臺裝備中完成。烘干+煅燒的二步法模式，對于采用蒸汽作為熱源、大規模(年單機產能大于10萬t)及高含水量(附著水含量大于10%)的生產線，具有較明顯的優勢。以下主要對脫硫石膏蒸汽二步法生產建筑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。脫硫石膏主要品質要求：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元素，對脫硫石膏及其制品性能的影響最大。由于氯離子會與鈣離子結合形成結晶水合物，其吸濕性很強，造成脫硫石膏的附著水含量高，其深加工過程中脫水難度增大；且氯離子具有腐蝕性，對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，其各批次的品質也不盡相同，這樣就造成脫硫石膏原料質量的不均勻性。原料質量的不均勻性給石膏煅燒工藝控制及產品質量的穩定性帶來了非常大的困難，因此脫硫石膏原料煅燒前必須進行均化處理。目前主要有兩種處理方式：①根據場地情況，必須有足夠大的原料均化堆場，在原料進場時每批次采用縱向堆料，取料時在垂直的縱向方向的橫截面上取料；②對堆場內的原料進行多點取樣分析，根據分析的結果進行搭配取料，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入烘干機預烘干后，需控制溫度小于75℃（因溫度大于75℃，結晶水會開始脫水），使表面水分開始蒸發，干燥去掉游離水，出料附著水控制小于3%，下步供煅燒工序應用（若含水量太高，石膏粉無法在煅燒爐中處流態化)。在石膏粉的生產加工環節中烘干脫水是關鍵環節，故選擇烘干機類型是最為關鍵的部分。目前低壓過熱蒸汽作為熱源的烘干機，主要有槳葉式、管束式、回轉式等。（1）槳葉烘干機。設備內部軸上密集排列著中空槳葉，蒸汽通過中空槳葉，使濕物料在槳葉的攪動下，與熱表面充分接觸，從而與石膏換熱干燥。優點是熱量利用率高，設備結構緊湊，占地面積小，投資低；缺點是漿葉在滾筒旋轉時受力，容易磨損開裂，維護維修量較大，物料粘性較強，若不及時清理的情況，會影響干燥效果和設備干燥能力，產能較低；適用于單體產能要求不高的生產線。（2）管束烘干機。在殼體內設置蒸汽換熱管道，電機通過傳動裝置帶動管束外周抄板，把物料抄起，運行時殼體不動，并攪拌殼體內物料換熱及運動。優點是動力消耗低，熱效率高，產能大，換熱管在滾筒旋轉時不承受扭矩，管道焊縫開裂、泄漏的情況較少；缺點是對于水分高、易粘的物料，殼體粘料后對管道的旋轉產生很大的阻力，易造成軸損壞或管道變形，粘料后清理較困難，容易發生堵磨糊磨事故；適用于物料粘性較低的生產線。（3）回轉式烘干機。內部按照圓周方向設置多根換熱管道，蒸汽通過換熱管道，在窯體的轉動下不斷接觸原料，熱量傳遞給原料，以達到烘干的目的。優點是生產能力較大，管道基本不受其他外力作用，不易損壞，故障少，維修費用低；缺點是投入成本高，占地面積大，物料的溫度不容易控制，無攪拌功能，原料進入設備時粘性較大，容易粘成團，使有效換熱面積變小，蒸發效率低；適用于物料粘性較低的生產線。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的關鍵因素，若脫硫石膏煅燒溫度過低（欠燒）,則二水硫酸鈣含量會較高，產品質量下降；若煅燒溫度過高（過燒）,則硫酸鈣含量會較大。結合實驗表明，煅燒溫度在105℃左右時，脫硫石膏結晶水開始脫水；加熱到170～190℃，會迅速脫掉1.5個結晶水，形成半水石膏，此時石膏晶體發育完整、生長致密，在凝結時間、標準稠度及強度等方面品質最佳；若加熱到200～220℃，半水石膏繼續脫水，轉變為Ⅲ型無水石膏，轉化率下降。選定不同的煅燒溫度分別對脫硫石膏進行煅燒，及時對設備溫度和壓力等參數進行調節，可以使建筑石膏粉產品質量達到不同品質指標的需求。（2）煅燒設備的選擇。煅燒設備一直是影響建筑石膏制品質量和應用的主要因素，目前生產常用的煅燒設備有炒鍋、回轉窯、沸騰爐等。①炒鍋。優點是物料溫度容易控制、產品均勻、結構簡單；缺點是熱效率較低，設備維護費用高，工作環境較差。②回轉窯。優點是可連續進料、連續出料，能適應原料粒度的不同變化，運轉穩定，可靠性高；缺點是占地面積較大、流程長、初期投資較大、物料的溫度不容易控制，煅燒的產品質量不容易控制，能耗較高。③沸騰爐。優點是有效換熱面積大、操作控制準確。無機械攪拌裝置和采用內管換熱，使設備易于維修；缺點是物料易粘壁、堵塞，需經常清理。適用于過熱蒸汽作為熱源的生產線。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，通過蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，使連續投入的二水石膏粉，一進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化，脫水分解，脫掉1.5個結晶水后，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,存在顆粒級配差，分布比較集中，沒有細粉，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%。試驗結果表明，粉磨改性是改善建筑石膏粉顆粒級配的有效手段。有利于石膏活性發揮的破碎力中沖擊、劈裂為最好，其次是折斷和磨剝，最差的是擠壓力。球磨機內物料所受的力主要是沖擊的磨剝，而輥壓式磨機則以擠壓力的磨剝為主，所以兩者磨出的物料在性質上具有較大差別。目前主要使用有雷蒙磨、球磨、沖擊磨、渦輪磨等粉磨機。從實際使用情況看，沖擊式磨粉機比較合適，其產量大、并可根據需要調節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的存放過程。生產過程中，盡管原料已進行均化，但煅燒過程不同時間段、不同批次的成品質量還是有差別的，因此對煅燒后的石膏粉進行陳化冷卻是必要的。由于在220℃條件下生成的無水石膏比較容易在空氣中吸水變成半水石膏，陳化過程中，Ⅲ型無水石膏在水蒸氣或水的作用下會還原為半水石膏，而同時二水石膏脫水轉化成半水石膏。經過一定時間的陳化后，可使石膏粉的相變過程趨于穩定，提高半水石膏的含量，降低其標準稠度需水量，大大改善了建筑石膏粉的物理性能，提高了產品質量。實際應用中，常用的陳化方式有機械陳化法和自然陳化法。機械陳化法的陳化時間短、效率高，但需要增加機械設備，如風動、螺旋冷卻或回轉筒冷卻陳化設備，因此設備投資和能耗都比較高。自然陳化法是利用自然條件來陳化以達到穩定建筑石膏粉質量的目的，具有周期長、效率低，簡便實用耗能低等特點。但容易使陳化倉內料層堆積，造成陳化作用不均勻，難以使相變過程趨于穩定,其可采用自然陳化并輔以機械倒庫等手段，使料層與冷空氣、余熱等進行充分交換，以達到冷卻、陳化的效果。3 主要設備、能耗及產品性能介紹（以年產10萬t產能為例）3.1 主要設備（1）上料系統：原料斗、皮帶計量稱、除鐵器、皮帶機。（2）烘干系統：干燥機、斗式提升機、打散機。（3）煅燒系統：沸騰爐、斗式提升機。（4）陳化、冷卻；螺旋輸送機、斗式提升機、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；空壓機、冷干機、配氣、電氣控制等。3.2 能耗情況（1）總功率約為500kW，實際生產無滿負荷負載，依經驗電耗≤20kW/t成品粉。（2）蒸汽耗能。使用蒸汽作為加熱介質，主要分為飽和和過熱蒸汽。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%的換熱面積，故盡量選擇飽和蒸汽。當蒸汽參數為0.9～1.3MPa、180～250℃蒸汽時，蒸汽耗量為650～800kg/t成品粉。3.3 生產成品指標按照建筑石膏粉應用于制作石膏砂漿為例，應符合以下要求：二水石膏≤3%、半水石膏≥75%、無水石膏Ⅲ≤5%；初凝時間≥6min（可調）、終凝時間≤30min（可調）；抗折強度(2h)≥2.5MPa、抗壓強度（2h）≥3.9MPa；標稠為62％～75％（可調）。4 生產線特點（1）生產線采用烘干+煅燒二步法工藝，優點是換熱面積大，換熱效率高，生產工藝簡單，投資省，易操作。（2）該系統對不同原料的適應性廣，特別是以水分高、粘度大的脫硫石膏為原料的生產線具有明顯的優勢。（3）在生產過程中可根據市場要求適當調整生產參數，穩定生產出符合國家標準技術指標要求的合格建筑石膏產品。