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脫硫石膏干燥煅燒設備選型有講究
瀏覽：3122發表時間：2021-12-08 10:58
煙氣脫硫石膏主要成分為二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），游離水含量9-20%。脫硫石膏與天然石膏的物化性能基本一致，但也存在密度、白度、雜質類型、晶相特征、晶粒粒徑等方面有少許區別，尤其脫硫石膏粒徑小、比表面積大，造成持水量大，游離水含量往往比天然石膏高1倍以上，并且或多或少還存在二水亞硫酸鈣成分，這就致使脫硫二水石膏生產半水石膏時，不能照搬天然石膏的生產模式。
脫硫二水石膏轉化為半水石膏，理論上就是一個脫水過程，但實際生產中并不簡單，要盡可能減少無水硬石膏的生成和二水石膏的殘留，使二水石膏轉化為半水石膏的轉化率越高越好，以保證石膏的使用性能。按照國標GB/T9776-2008《建筑石膏》的要求，建筑石膏中β型半水硫酸鈣的含量不小于60%，實際上這個含量指標的產品在市場上很難有立錐之地，一般達到75%以上，才能滿足石膏板、石膏砂漿等行業的需求。
脫硫二水石膏除了含有結構水之外，還含有較高的游離水，晶體熔點沒有確切溫度，結構水在65℃時就開始釋放，速度非常緩慢；達到107℃時，結構水迅速破壞形成游離水，隨著溫度升高，釋放越來越快，到140℃達到峰值。鑒于脫硫二水石膏這種特性以及轉化為半水石膏對結晶水的嚴格控制，選擇合適的脫硫石膏干燥煅燒設備，技術可行性就有一定講究。
（1）機械炒鍋煅燒
機械炒鍋煅燒是加工二水石膏比較傳統的方法，多年來衍生出各種設備型式，有平底型、凸底型和凹底型，有間歇型和連續型，攪拌形式也多種多樣，常見的容積一般是15m3左右，最大的25m3左右。機械炒鍋煅燒二水石膏，既有優點，也有缺點，所以迄今還有采用這種方法煅燒二水石膏。
優點：
①設備構造簡單，投資較小；
②生產規模可大可小，尤其適合小規模生產，多配置炒鍋可以實現較大規模生產；
③生產過程人為可調節性范圍較大，可以生產多種規格指標的產品，尤其可以生產特殊指標要求的產品。
④結晶水釋放不能及時排除時可以使二水石膏自溶，產生少部分α相半水石膏，能夠調高石膏產品的強度。
缺點：
①單臺設備產能較小，規模化生產時需要配置許多炒鍋，上料、出料、煙氣除塵和物料集中陳化要實現機械化和自動化就非常復雜，反而會增加投資；
②煅燒方式屬于間接換熱，換熱面積又比較小，造成生產周期很長，熱效率較低，能耗較大；
③石膏的導熱系數較低，尤其初始和后期，逸出水分較少時，煅燒的熱效率非常低，既增加能耗，煅燒時間又長；
④由于鍋底始終有一層石膏攪拌不到，既影響傳熱，又會過燒，生成可溶性無水石膏甚至不溶性無水石膏的幾率較大，需要較長的陳化時間轉化為半水石膏；
⑤粉塵無組織排放和跑冒難以避免，生產環境較差；
⑥燃料允許使用煤炭，用炒鍋是可以的。而目前我國多數地方不可能用煤炭做燃料，使用炒鍋煅燒二水石膏的經濟可行性就成了問題。
⑦不適合加工游離水分較高的脫硫石膏，因游離水分高，加上結構水的釋放，石膏自溶量太大，形成糊狀，煅燒無法繼續進行。
（2）沸騰爐煅燒
沸騰爐（床）煅燒方式是為低溫煅燒天然石膏開發的煅燒模式，尤其可以使用蒸汽和導熱油低溫熱介質對二水石膏進行煅燒，具有占地面積小、投資省的優點。但對于游離水含量較高的脫硫石膏，效果并不理想，需要增加預干燥裝置，先將大量游離水和結構水去除，增加了石膏的松散性和流動性，再進入沸騰爐繼續煅燒，這樣就沒什么意義，尤其前置易于干燥自溶糊狀石膏的雙槳葉干燥機，蒸發負荷大，裝置造價高，而且石膏的磨琢性很強，空心雙槳葉的壽命較短，整體性價比并沒有優勢。但如果希望或只能采用蒸汽作為煅燒熱源，那采用二段組合沸騰爐煅燒方式是比較理想的選擇。
（3）回轉窯煅燒
回轉窯煅燒方式可以實現單套設備的規模化、集約化生產，成為國內外升級換代石膏煅燒的主流工藝模式。回轉窯有順流煅燒和逆流煅燒之分，也有高溫煅燒和低溫煅燒之分，還有一步法煅燒和兩段煅燒之分，設備型式和火工制度也是多種多樣，以至于產品的半水石膏含量和脫水能耗也參差不齊，甚至相差懸殊，所以市場上的建筑石膏質量差別很大，價格也有明顯區別。
①一步法高溫煅燒回轉窯：煅燒溫度600-850℃，熱效率高，窯型小，投資小，結晶水和游離水迅速氣化蒸發，避免二水石膏自溶粘壁。但過燒現象非常嚴重，尤其不溶硬石膏的成分較高，即使有較長的陳化時間，半水石膏的含量很少達到65%，抗壓和抗折強度均不高，主要應用于石膏砂漿行業。
②一步法低溫煅燒回轉窯：煅燒溫度200-300℃，窯型大，熱煙氣流量大，過燒的幾率很小，半水石膏含量高，不需要較長的陳化時間。但二水石膏殘留較高，有較多團粒出現，粉碎量較大。火工操作不當時，會出現粘壁現象。
③ 兩段式高低溫煅燒回轉窯：這種窯型試圖避免一步法高溫煅燒窯和一步法低溫煅燒窯的缺點，而結合兩種窯型的優點，采用高溫干燥、低溫煅燒的方式。高溫干燥，可以使表面游離水和分解出的結晶水迅速蒸發，避免粘壁結圈，物料表面水蒸汽壓力較高，物料表面溫度不會太高，過燒現象不會太嚴重。高溫干燥脫除游離水和部分結晶水的物料再進入低溫煅燒窯，因為結晶水的的脫除不僅需要溫度，而且很重要的就是需要時間，不會象游離水那樣可以瞬間蒸發，進入低溫煅燒窯在140-180℃氣氛中進行較長時間的煅燒，盡可能減少無水硬石膏的生成，提高半水石膏含量。
兩段式高低溫煅燒回轉窯對產品質量提高，優勢是明顯的，但對二水石膏的粒度要求是比較嚴苛的，比較適合天然二水石膏礦的煅燒生產，一是入料粒徑不能太小，工藝安排有煅燒前粉碎和煅燒后粉碎，二是粒徑要均勻，否則過燒和欠燒量較大，達不到兩段煅燒的目的。
對于脫硫石膏來說，雖然粒徑均勻，但粒徑細小，在高溫段高強度蒸發氣氛中，無水硬石膏的生成幾率會很高，所以兩段式高低溫煅燒回轉窯并不適合煅燒脫硫二水石膏。
（3）一步法中溫煅燒回轉窯
石家莊東昊化工研究院有限公司專業研制建造各種無機鹽煅燒窯爐，對電廠脫硫石膏的煅燒有著深入的研究并積累了豐富的經驗。針對脫硫二水石膏的特點，設計開發了一種一步法順流中溫煅燒回轉窯，經過工業化裝置驗證，能夠減少和避免傳統回轉煅燒窯的一些缺憾，效果比較理想。
一步法中溫煅燒回轉窯是利用400-550℃熱煙氣對脫硫二水石膏進行煅燒，窯型大小介于高溫窯和低溫窯之間，通過控制煙氣溫度和流量，以控制物料表面溫度和干燥蒸汽分壓，使物料不至于過燒，也不至于自溶粘壁結圈，初始濕物料均勻接觸熱煙氣時，石膏顆粒內部的水分蒸發，使石膏顆粒崩解，自行粉化，減小了煅燒后的粉碎量。在窯體中后段的結晶水蒸發過程中，有較高濃度但不飽和水蒸汽的存在，能夠穩定煅燒氣氛溫度，對物料表面進行保護，控制結晶水的緩慢釋放，避免出現過燒現象。通過控制熱煙氣配風來控制爐壓和出料溫度，由于窯體比一般回轉窯長度大，石膏脫水更容易控制，二水物殘留較少，在窯中已有適宜的濕度和時間，使石膏具有陳化平衡的效果，半水石膏的轉化率達到85%以上，可以生產3.0級的建筑石膏。
?煅燒后的石膏粉采用抽吸式負壓氣力輸送方式，將窯尾出料和除塵器出料集中輸送到高位料倉，既杜絕粉塵外逸，創造良好環境，還能起到靜置陳化無法比擬的陳化作用。輸送氣體為空氣，根據物料情況可以適當配入高濕度煅燒尾氣，為可能出現的無水可溶石膏轉化為半水石膏創造條件，省卻了常規煅燒模式要求較長時間陳化的罐儲和轉運。
脫硫石膏煅燒后的粒度90%以上小于80目，能夠滿足建筑石膏的要求。裝置配置了安全篩，對可能出現的較大團粒進行剔除，只粉碎這些較大顆粒，避免所有物料經過一遍粉碎，節約投資和能耗。
物料在整個裝置中全封閉運行，沒有外逸粉塵，工作環境干凈整潔，符合環保和安全衛生要求。裝置采用PLC集中控制，減少用工和勞動強度，節約人力成本。
