【冠亚技术CS-68GL】石膏石或工业副产石膏是以二水硫酸钙形式存在,其分子式中有两个结晶水,只有脱去一个半结晶水生成半水硫酸钙才有胶凝性质。脱去结晶水的过程即为石膏煅烧。

1  脱硫石膏煅烧工艺

1.1  低温慢速煅烧

      低温慢速煅烧指物料在煅烧设备中停留时间较长，进出料时间至少为几十分钟，石膏颗粒的表面温度均处于较低状态，颗料内外温度较为接近，如炒锅、间接式回转窑、间接式沸腾炉均为低温慢速煅烧设备。这些煅烧方式（设备）是通过内置加热管使脱硫石膏间接受热，热源一般采用蒸汽、导热油或热烟气。因其是间接加热，物料与热源间的传热速度较慢，石膏慢慢加热升温后，缓慢脱水而成半水石膏。低温慢速煅烧最突出的优点是产品质量均匀稳定，由于低温煅烧，其煅烧产品中绝大部分为半水石膏HH（约88%），极少量的无水石膏AⅢ（约2%）和二水石膏DH（小于1%），结晶水含量为5.5%～6.0％，所以低温慢速煅烧生成的建筑石膏粉质量稳定，相组成稳定，凝结速度慢，标准稠度需水量小。

1.2  高温快速煅烧

      高温快速煅烧时热源温度多大于600℃，物料在煅烧装置内停留仅几秒钟，石膏颗粒的表面温度较高，颗料内部温度根据成团颗料大小的不同而不同，如气流煅烧、直接式回转窑煅烧等均采用高温快速煅烧工艺。高温快速煅烧方式是脱硫石膏与高温烟气直接接触进行换热，快速脱水煅烧。由于细石膏粉升温较快，极易生成无水石膏AⅢ和无水石膏AⅡ；中等细度的石膏粉主要生成半水石膏HH；而成团的粗石膏粉则出现表面煅烧完成，内部未达到煅烧温度仍保持二水相。其相组分一般为半水石膏HH约70%、无水石膏AⅢ约10%，二水石膏约3%，表现出无水石膏AⅢ的比例较大，甚至会产生一定量的无水石膏AⅡ，降低了石膏的活性成份。所以快速煅烧工艺控制难度较大，建筑石膏质量波动较大，产品相组成不稳定，凝结速度过快，标稠所需水量偏高，但生产效率较高。由于无水石膏AⅢ是不稳定相，在空气中很容易吸潮而成半水相，因此系统中需设陈化冷却装置。高温快速煅烧最突出的优点是设备投资低、生产效率高。

1.3  复合煅烧

      复合煅烧是近年来脱硫石膏煅烧工艺发展的一种新工艺，特别是在纸面石膏板行业中应用较多。复合煅烧主要是模拟慢速煅烧，将石膏煅烧的流程和时间适当加长，避免集中受热，即将“一步煅烧”的方式改为“两步煅烧”的方式。脱硫石膏在2个不同的煅烧设备中依次加热，先脱去全部游离水和部分结晶水，再脱去剩余部分结晶水以生成合格的建筑石膏，这样可以降低物料温度和实现能源的梯级利用，以达到和低温煅烧一样的效果。目前通常的做法是气流快速烘干煅烧与间接加热式沸腾炉复合或气流快速烘干与炒锅煅烧复合等。

2  脱硫石膏煅烧设备

2.1  直接加热设备

2.1.1  气流煅烧设备

      气流煅烧设备是让热气流与石膏粉料在风管内直接接触，二水石膏迅速脱水而制成半水石膏，热气流可以采用燃煤或天然气燃烧后生成的热烟气。这种设备一般在脱硫石膏进料端布置打散装置，一方面采用高速旋转锤头将物料击碎并抛起，实现颗粒分散，另一方面利用转子间的狭长间隙均布热气流，保证石膏颗粒与热气流均匀接触以完成换热。气流煅烧过程中石膏颗粒是悬浮态受热，气固两相换热面积大，物料与热烟气同向运动，初始温差大，换热效率高，同时也可以由直管气流变为脉冲气流或者布置旋流器等方式，用于扰动气固两相流动，使颗粒与气流产生相对速度差，强化传热效率。在气流旋流段或扩散段，气流速度下降，相当于增加了大颗料石膏与热烟气的换热干燥时间，有利于煅烧过程。气流煅烧设备主要特点是设备紧凑简约，设备造价低，换热效率高。

2.1.2  直热式回转窑

      直热式回转窑是热气流与生石膏粉在回转窑筒体中直接接触，二水石膏脱水成半水石膏。石膏粉料在倾斜回转窑筒体缓慢旋转前进，热介质一般与石膏粉料同向运动，由于石膏粉在回转窑中部分处于堆积态，换热效率相对较低，热气流可以采用燃煤、天然气、重油燃烧后生成的热烟气。直热式回转窑中一般布置有扬料板或者挡料板，保证石膏在筒体截面内均匀分散后与热气流接触，减少风洞的产生，提高换热效率。同时，由于进口端物料蒸发强度高，湿度大，为了减少湿物料黏附在筒壁上，进口热气流的温度控制较高。整个窑体设备较长，且是一个旋转体，系统排湿和收尘是控制难点。直热式回转窑其优点在于设备结构较简单，具有价格优势。

      气流煅烧设备和直热式回转窑作为直接换热方式，煅烧过程主要是物料与热气流进行对流换热，使含湿脱硫石膏中的游离水和部分结晶水汽化吸热，气流自身温度下降放热并带走水汽，传质与传热过程都在同一气流中完成，所以气流必须具备一定的风量，且尾气温度必然高于煅烧温度，这样就导致了整个系统能耗的增加。

2.2  间接加热设备

2.2.1  连续炒锅

      连续炒锅是带有横穿内换热管的圆形锅体，由锅筒、锅底及换热管将热能间接传递给锅内的二水石膏，由机械搅拌和石膏脱水所产生的水蒸汽扰动，使石膏颗粒呈现流态化状态，石膏颗粒与换热管均匀接触换热，升温脱水而成半水石膏，并通过溢流口排出锅体。热能可以由燃煤、天然气、重油燃烧后生成的热烟气提供，锅内物料温度较低，物料煅烧时间大多在1h左右，属于低温慢速煅烧方式。连续炒锅一般需要配套气流干燥设备才能应用于脱硫石膏的煅烧，并且需避免炒锅设备的超大型化，选型时需考虑换热管和搅拌装置布置的影响。其总体造价高，但煅烧质量稳定。

2.2.2  内加热管式蒸汽回转窑

      内加热管式蒸汽回转窑适用于有蒸汽的地方，与直热式回转窑相比，内部设有许多换热管，管内通蒸汽，石膏在筒体与换热管接触间接受热，蒸汽在管内放热后凝结成水。内加热管式蒸汽回转窑采用桨叶式输送机进料，随回转窑慢速（1~5r/min）转动而前行，石膏分布在筒体下截面，呈堆积态，不能与所有换热管同时接触，换热效率较低，设计扬料板或挡料板，可保证石膏在筒体截面内均匀分散，提高与换热管热交换效率。整个窑体设备较长，蒸汽系统较为复杂，造价较高。

2.2.3 内加热管式（导热油、蒸汽、烟气）沸腾煅烧炉

      内加热管式（导热油、蒸汽、烟气）沸腾煅烧炉是立式直筒状容器，采用流态化干燥的原理，主要结构特点：一是容器底部装有多孔气体分布板或者配置风帽，目的在于支撑固体物料，同时罗茨风机产生鼓风气流从分布板均匀进入床层，布风板可以单块或者多块单元组合；二是容器内布置有隔板，物料可以在内部长行程受热；三是容器内装有大量的加热管，管内热介质为饱和蒸汽、导热油或热烟气；四是容器床层的上界面布置进料口和溢流口，石膏从进料口进入，脱水后进入隔板的另一个区域到溢流口出料。整个沸腾煅烧炉内石膏的流态化主要是依靠石膏脱水产生的蒸汽来实现，此设备可以采用低温或高温热源，石膏进料的均衡及分散、换热管设计、鼓风预热及气流分布、内部隔板位置及高度、热介质的水平或垂直的流向布置等是内加热管式沸腾煅烧炉设计与应用时需要考虑的重点。其中采用烟气为热介质的沸腾炉配套气流烘干装置，设备造价低，煅烧质量稳定，运用较广。

2.2.4  间接加热设备主要特点

      间接加热设备的热量都是通过物料与加热管直接传递，物料对加热管的冲刷，使加热管表面的边界层大部分消除，减少了传热热阻，增强了换热效率。

      煅烧过程不需要大气流和物料接触换热，外排的湿热空气量少，外排的湿热空气温度低，所以整个系统热能可实现梯级利用，大大降低生产的综合能耗。

3  脱硫石膏煅烧工艺和设备选择的原则

      （1）应根据建筑石膏终端用品的种类来确定合适的煅烧工艺和煅烧设备，若用于生产纸面石膏板、石膏砌块等石膏建材制品，可选用快速或复合煅烧设备。快速法生产的建筑石膏凝结硬化快，可提高生产效率，适合于流水线生产；若用于生产粉刷石膏、粘结石膏等石膏胶凝材料，宜选用慢速或复合煅烧设备，慢速法的建筑石膏凝结硬化较慢，性能稳定。

      （2）应根据热源来确定合适的煅烧工艺和煅烧设备，不同设备对热源有不同要求。由于在高温状态下快速煅烧，建筑石膏产品中不可避免的会产生无水石膏AⅢ和AⅡ，导致建筑石膏制品性能的不稳定，因此有蒸汽或导热油等低温热源存在的条件下，可优先考虑。