淺談脫硫石膏的煅燒工藝

婁廣輝

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

脫硫石膏是指對含硫燃料（煤、油等）燃燒后的煙氣進行脫硫處理得到的工業副產品。如果不能很好處置和綜合利用這些工業石膏,既浪費了資源，占用了大量的填埋土地，又會對生態環境產生嚴重的污染，影響企業的良性發展。所以，研發和完善脫硫石膏的處理工藝，把它們合理利用起來，作為生產石膏建材的原料，不僅能產生經濟效益，而且有利于保護環境，節約能源和資源，實現可持續發展，具有廣泛的市場前景。我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，由煤燃燒排入的二氧化硫成為大氣污染的主要物質。隨著人們環境保護意識的逐步提高，對燃煤煙氣進行脫硫顯得尤為緊迫和重要。

西方發達國家對脫硫石膏綜合利用技術的研究始于二十世紀七十年代，目前脫硫石膏幾乎所有的應用都在建材行業，如α石膏粉、石膏制品、水泥添加劑等各種建筑材料中。其應用技術非常成熟，工藝設備已專業化。國內火力發電廠及其他行業的煙氣脫硫項目起步較晚，雖然近年來對脫硫石膏的應用和研究越來越重視，未來幾年隨著大量的脫硫裝置投入運行,我國每年將產生3 000～10 000萬t脫硫石膏。但總體上缺乏成熟的新技術和新工藝，應用技術不很成熟，存在產量低、能耗高、質量不穩定等缺點。開發脫硫石膏的新技術和新工藝十分重要。本文對脫硫石膏的性能和煅燒工藝進行了總結和歸納,以期對該行業的發展提供一定的借簽意義。

1 脫硫石膏的性能

1.1 脫硫石膏的產生

脫硫石膏是濕式石灰石—石膏煙氣脫硫中產生的副產物。石灰石經破碎、制粉，加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，與煙氣中的二氧化硫發生反應生成亞硫酸鈣 （CaSO3·0.5H2O）,然后通入大量空氣強制將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經過濃縮器和離心脫水,使其含水量小于20%,最終生成石膏晶體（Ca-SO4·2H2O），其分子式中有 2個結晶水，同時表面附著一些游離水。這個二水石膏的硫酸鈣晶體，就是脫硫石膏。

1.2 脫硫石膏的性質

脫硫石膏的主要成分為二水硫酸鈣 （CaSO4·2H2O），顏色微黃，呈中性或略偏堿性，粒度分布窄，級配較差的細顆粒狀，比表面積較小，含較多的水溶性鹽。脫硫石膏成分穩定，其化學成分與天然石膏比較接近，脫硫石膏的顆粒直徑主要集中在30～60μm之間，比天然石膏的小，煅燒后可明顯改善粒度級配問題。脫硫石膏的游離水分約為10%～15%，黏性強。脫硫石膏的主要雜質為CaCO3，還有一些SiO2、MgO、Al2O3等雜質，某些雜質在超過一定含量時，會影響石膏制品的質量。目前國內尚無脫硫石膏的質量標準。

2 脫硫石膏的煅燒工藝

2.1 脫硫石膏的煅燒機理

脫硫石膏不能直接進行應用，通常需要制備成半水石膏（CaSO4·0.5H2O，工業上稱為熟石膏）。二水石膏加熱到一定溫度容易失去部分結晶水，成熟石膏。煅燒工藝一直是影響脫硫石膏制品質量和應用的主要因素。在脫硫石膏煅燒過程中，當溫度升高、脫水速度加快時，由于石膏導熱性能不良，容易造成石膏的內外溫度分布不均勻,形成多相混合物。因此，需要選擇合適的煅燒工藝措施，才能保證煅燒后產品的質量。有研究表明:煅燒溫度在180℃時，石膏水化晶體發育完整，生長致密，在凝結時間、標準稠度及強度等方面均表現出優異的性能。

2.2 脫硫石膏的煅燒方式和設備

根據不同鍛燒方式可分別獲得α型半水石膏和β型半水石膏。α型半水石膏是用飽和蒸汽在壓力狀態下蒸煮后烘干獲得，也叫高強度石膏，主要用于陶瓷、醫藥行業的模具制造;β型半水石膏是在氣相條件下加熱脫水獲得，也叫建筑石膏，主要用于制造石膏板、石膏砌塊、或加入添加劑后加工成粉刷石膏。石膏煅燒技術裝備主要有回轉窯、立式炒鍋、沸騰爐、彼得磨等。各種裝備的技術性能和煅燒產品的綜合指標分析，各有其優缺點。脫硫石膏綜合利用技術應用是否成功，其關鍵在于干燥煅燒工藝技術和設備的先進性。目前我國主要采用回轉窯和炒鍋生產建筑石膏，近年來成功地將間歇式炒鍋改造成連續式炒鍋，并進行沸騰爐煅燒石膏。當今石膏煅燒工藝的發展趨勢為:從間歇出料到連續出料；從間接加熱到直接加熱；從慢速脫水到快速脫水。現在石膏生產常用的煅燒方式和設備有如下幾種:

2.2.1 連續炒鍋煅燒技術

國內煅燒化學石膏較理想的設備是炒鍋，但能耗比氣流煅燒設備要高。脫硫石膏可采用干燥管進行干燥，這種干燥器比較適合小顆粒的粉狀脫硫石膏，處理能力大，能耗低。脫硫石膏含水量10%以上，經干燥后要求水分小于2%。干燥后的脫硫石膏可直接進入連續式炒鍋進行炒制。和天然石膏相比，可以省去顎式破碎、粉磨收塵等工序和設備，故工藝簡單，煅燒費用也低。綜合來看，較天然建筑石膏有競爭優勢。炒鍋具有物料溫度容易控制、產品均勻、結構簡單等優點。但必須保證石膏粉料在達到一次沸騰時保持流態化，否則炒鍋內部會出現脫水速度不均一的情況。國內大都使用傳統式的炒鍋，熱效率較低，設備維護費用高，而且工作環境較差。

2.2.2 回轉窯煅燒技術

回轉窯煅燒技術有直接煅燒回轉爐和間接煅燒回轉爐兩種方式。利用直接加熱式回轉窯可以直接煅燒石膏，在煅燒前，脫硫石膏不必進行預干燥處理，但窯體應有一定長度的干燥帶，并注意排潮和收塵。因為在窯體內有較大分壓的水蒸汽，因此煅燒的石膏質量好且穩定。另外，煅燒石膏應用較多的是帶有一體化冷卻器的內管加熱式回轉窯。這種回轉窯采用間接加熱且物料停留時間較長。在回轉窯內，通過煙氣管道將煙氣的熱量傳遞給物料，在其后的冷卻管中，物料得以陳化。回轉窯具有連續進料、連續出料的特點，且能適應原料粒度的變化，運轉穩定，可靠性高。但回轉窯占地面積較大、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。

2.2.3 沸騰爐煅燒技術

石膏沸騰煅燒爐的床層狀態屬于鼓泡床，因此將這種爐子形象地稱作“沸騰爐”。正常工作時，從沸騰爐底部鼓入空氣,通過氣體分布板進入流化床。向物料傳遞大量的熱量，使二水石膏粉達到脫水分解的溫度，二水石膏就在流化床中脫去結晶水并變為蒸氣,這些蒸氣與爐底鼓入的空氣混合在一起，通過床層向上運動。由于在流化床中粉料激烈的翻滾、混合，所以在整個流化床中各處的物料溫度和成分幾乎是一致的。連續投入的生石膏粉，一進入床層，幾乎瞬間就與床層中大量熱粉料混合均勻，在熱粉料中迅速脫水分解。生石膏粉先進入大的部分，在此脫掉大部分結晶水，然后通過下部的通道進入小的部分，在這里完成最終的脫水過程，再由床層上部自動溢流出爐。

沸騰爐煅燒工藝的最大優點是:有效換熱面積大及操作控制準確,從而保留了炒鍋煅燒的優點，同時可方便地回收蒸汽或熱介質油所攜帶的熱量，再循環利用。由于無機械攪拌裝置和采用內管換熱，使設備維修工作簡單化，因而可延長設備本體的使用壽命。

2.2.4 彼得磨煅燒技術

脫硫石膏經裝料車送入給料倉，然后通過皮帶機送入脫硫石膏濕料倉，再配合電子秤能精確地向錘式磨給料。錘式磨中脫硫石膏在錘頭的攪動下，分散后與熱煙氣直接充分地進行熱交換,并在3～5 s內料溫迅速升高，使其快速脫去脫硫石膏自由水的同時，脫去石膏中的一個半結晶水，實現脫硫石膏的干燥與煅燒在同一臺設備中瞬間完成，生產出無水石膏Ⅲ含量較多的熟石膏。此石膏穩定性較差，一般采取研磨與冷卻的手段，將建筑石膏的性能穩定下來，為大型紙面石膏板生產又提供了一個新的原料生產工藝。此工藝過程輸送環節少，工藝流程簡單，雖然石膏的白度降低，但很好地適應紙面石膏板的生產。彼得磨具有將粉磨煅燒一體化，煙氣與物料直接接觸，換熱強度較高，設備比較簡潔緊湊，占地面積較小等優點。但要求石膏的成分相對穩定，系統的溫度控制及操作要求嚴格，特別對原料的雜質含量和原料的品位波動要求較嚴。

2.2.5 蒸汽管回轉窯煅燒技術

脫硫石膏經裝料車送入計量給料倉，定量的給回轉窯供料，與回轉窯的蒸汽通過齒片管進行間接熱交換，隨著料溫的升高，脫去脫硫石膏中的自由水，再升溫后脫去石膏中的一個半結晶水，實現脫硫石膏的干燥與煅燒在同一臺設備中完成，生產出性能穩定的半水石膏。此工藝過程減少了輸送環節，縮短了工藝流程，降低了蒸汽耗量，節省了電能,為大型紙面石膏板生產提供了一個新型的、先進的原料生產工藝。高溫氣流煅燒具有熱利用合理、設備緊湊、占地面積較小、初投資較小等特點。但同時具有物料停留時間較短、系統的熱惰性較差、煅燒產品的性能波動較大和排氣熱損失較大等缺點，煅燒過程中物料易牯壁、堵塞，影響系統的連續可靠運行。

2.2.6 流態代煅燒技術

流態化煅燒爐，它包括爐體、位于爐體下部的高溫煙氣入口、爐體上部的廢氣出口以及位于爐體內部的流化床；還包括振動裝置以及安裝在振動裝置上的復合振動攪拌裝置，振動裝置以及復合振動攪拌裝置安裝在流化床的頂部或底部。本實用新型的流態化煅燒爐既改善了流化床層的流化質量，又解決了物料在流化床內壁粘附問題。流態化煅燒爐中氣流與物料直接接觸，具有換熱效率較高、設備比較緊湊、占地面積較小、前期投資較小等諸多優點。缺點是設備本身對進料的狀態、粒級分布和水分要求比較嚴格，控制不當則容易造成騰涌、溝流、結塊等流態化惡化現象，嚴重時會板結、死床，影響生產的連續穩定運行。在流化床式焙燒爐的基礎上開發出的新型煅燒裝置-LD流化床石膏煅燒系統，初步解決了流態化技術在煅燒石膏過程中的適應性問題，可以大批量處理脫硫石膏、磷石膏、天然石膏,為當今國內最為先進的石膏煅燒技術之一，投資省，運行成本低，在節能及環保方面都達到了令人滿意的效果。

3 結語

脫硫石膏現在已經是一種應用廣泛的綠色環保材料，能夠很好的用于石膏板、石膏砌塊及其它石膏建材行業。我國的脫硫石膏綜合利用工作起步較晚，但已經自主開發了一批適用的關鍵工藝技術及裝備,基本滿足現階段脫硫石膏處理的需要，應用效果較好。

為了進一步做好資源綜合利用，還需就脫硫石膏煅燒技術方面的一些關鍵問題，如對原料含水率的適應性，物料粒級組成，余熱利用等方面，進行針對性的深化研究，改善相關石膏制品的性能，滿足石膏建材行業發展的需要。隨著國內電廠越來越廣泛采用石灰石-石膏法進行煙氣脫硫,脫硫石膏的產量必將越來越大。脫硫石膏綜合利用具有很大的發展潛力，工程技術人員應抓住機遇，對脫硫石膏等工業副產石膏進行更深入的研究，促進我國節能環保事業的發展及資源綜合利用工作。

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