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一、國內外石膏煅燒概況：
石膏石或工業副產石膏是以二水硫酸鈣形式存在，其分子式中有兩個結晶水，只有脫去一個半結晶水生成半水硫酸鈣才有膠凝性質。脫去結晶水的過程即為石膏煅燒。石膏的煅燒主要有干法和濕法兩大類，前者是在干燥條件下脫水而成，以ß半水石膏為主的建筑石膏；后者是在飽和水蒸氣壓力下“煮成”α-半水石膏，也叫高強石膏。兩種形態的半水石膏各有不同性質和用途，本文涉及的是建筑石膏。建筑石膏的生產采用干法煅燒石膏工藝，其種類繁多，按加熱方式，分為間接加熱和直接加熱；按煅燒脫水速度，分為慢速煅燒和快速煅燒；按出料方式可分為間歇和連續兩種。國外在二十世紀六十年代之前，以傳統慢燒型的間歇炒鍋和外燒式回轉窯為主。六十年代后期，對上述設備進行了技術改造，七十年代，將間歇炒鍋發展成為連續炒鍋，八十年代后又發展成了錐形炒鍋；回轉窯也從外燒式發展成內燒式煅燒；為推動石膏工業的技術進步，提高石膏建材制品生產線的運行速度，又發展了氣流式快速煅燒工藝。總的來講，煅燒工藝是從間歇出料到連續出料；間接加熱到直接加熱；慢速脫水和快速脫水并舉的趨勢發展。因國情不同，各國對石膏煅燒設備的選擇不盡相同：美國二十世紀九十年代之前主要以炒鍋為主，為滿足紙面石膏板市場持續快速發展的需要，采取了加速生產線速度的措施，到90年代中期，已將近50%的生產線改成了以彼特磨、Delta磨為主的快速煅燒設備；英國以炒鍋及改進炒鍋為主，如連續炒鍋、埋入式炒鍋、錐形炒鍋等，德國為炒鍋，回轉窯，煅燒一體的彼特磨等。日本有炒鍋、回轉窯及蒸汽間接回轉窯等。澳大利亞多用外國引進的煅燒設備，近兩年發展了沸騰煅燒。從總體水平看，國外的煅燒設備生產規模大、機械化和自動化程度高，能耗較低，煅燒產品質量穩定。國內現有內、外資大型石膏制品企業，多使用引進的大型連續炒鍋、彼特磨、氣流式煅燒磨和蒸汽間接回轉窯等設備。而地方企業多使用內、外燒的回轉窯，間歇或連續炒鍋，沸騰爐等，且規模較小，配套設施不健全，產品質量不夠穩定，能耗偏高。國內對規模化，現代化煅燒設備的開發還剛起步，目前，年產10萬噸以上的沸騰爐、直熱式回轉窯已有幾條投入了生產，生產工藝參數尚有待于優化；國內研發的快速煅燒設備已經完成工業化試驗，規模生產正在籌備中。
二、常用煅燒方式及設備簡述：
1. 間接加熱方式：
1.1連續炒鍋：是帶有橫穿火管的直園形鍋體，由鍋外壁、鍋底及火管將熱量傳遞給鍋內二水石膏，并靠機械攪拌和石膏脫水所產生的水蒸汽及循環熱氣體的攪動，而呈現流態化狀態，在此狀況下二水石膏脫水而成半水石膏，借助溢流原理連續出料。鍋內物料溫度在150℃左右，物料煅燒時間1～1.5小時。屬于低溫慢速煅燒方式。連續炒鍋煅燒石膏在國內外，都是 成熟技術，生產穩定，易操作，產品質量均衡有保證。適合煅燒粉狀石膏，若用于工業付產石膏，需增設一套氣流干燥裝置，以除去10％以上的游離水。炒鍋可用固體、液體、氣體燃料。燒煤連續炒鍋熱耗在27~30萬仟卡／噸半水石膏左右，若煅燒含10%左右的工業付產石膏，其能耗在36~37萬仟卡／噸半水石膏。
1.2內加熱管式回轉窯：回轉窯內設有許多內管，管內通熱蒸汽或導熱油，物料在窯內間接受熱，料在窯內停留時間較長，屬低溫煅燒，產品質量均衡穩定。日本的部分公司采用此法煅燒天然和工業副產石膏。我國山東從國外引進了一套蒸汽煅燒設備，這種方法對于有蒸汽氣源的地方較合適。據日本資料介紹，煅燒1噸二水石膏需耗0.94噸蒸汽，折算后每噸建筑石膏，熱耗約為56萬千卡左右，能耗偏高。
1.3沸騰爐：立式直筒狀容器，在底部裝有一個氣體分布板，工作時使氣流從底部均勻進入床層，床層內裝有大量的加熱管，管內介質為飽和蒸汽或導熱油，石膏顆粒進入爐膛后，遇熱呈流態狀，同時熱量通過管壁傳遞給管外處于流態化的石膏粉，使之沸騰脫水分解。這一煅燒工藝是國內二十世紀八十年代為配合紙面石膏板生產自行研發制造的。該設備采用低溫煅燒，石膏不易過燒，只要料流穩定，出料溫度控制適宜，成品大部分均為半水石膏。近年來山東地區應用較多，產品多供紙面石膏板生產線和其它制品。沸騰爐設備小巧，生產能力大，結構簡單，設備緊湊，占地少，能耗較低。如產量12t/hr沸騰爐，熱耗約為22萬千卡/噸成品，本身的熱效率在95％以上，使用蒸汽時熱效率57～67％，導熱油67～76％，此爐操作方便，基建投資省，運行費用低，如10t/hr一套沸騰爐投資約180～200萬元，20t/hr一套沸騰爐投資約為300萬元。目前國內的沸騰爐主要應用于煅燒天然石膏，因爐內沒有強制性的攪拌裝置，有限的氣流無法將成團的濕料吹散，料中游離水不能過高，一般控制在5％以內。對于煅燒游離水10%左右的工業付產石膏，需要加一套氣流烘干裝置，這樣增加了設備投資，也增大了熱耗，但總熱耗估算在28～29萬千卡/噸成品之內，還是偏低的。
2. 直接加熱方式：或稱氣流煅燒
氣流煅燒即熱氣體與粉料直接接觸，二水石膏迅速脫水而成半水石膏。這種方式熱利用合理，設備緊湊，使用簡單，功效高，適用天然石膏和工業副產石膏。德國沙司基打（Salzgitter）及美國BMH公司都有這種設備，前者叫沙司基打磨，后者稱Delta磨。俗稱“氣流煅燒磨”，這種“磨”采用高速旋轉的錘子將物料拋起并擊碎、擊細，同時與氣流相匯，完成干燥、煅燒的過程。上述兩個設備中錘體的安裝方式，錘頭的數量，分級器放置的方向等有所不同，但其工作原理是相同的。
2.1沙司基打磨： 已在德國，美國，挪威，荷蘭，印度，韓國等國建立了不同規模的生產線，已有從2t/hr~30t/hr不同規模的系列產品，可用氣體、液體（油）做燃料，從資料介紹，當煅燒品位95％的天然石膏，每噸產品熱耗為：24萬千卡/噸，電耗：30KWｈ/噸。為就地消化本企業煙氣脫硫裝置排放出來的脫硫石膏，北京國華杰地公司從德國沙士基打公司配套引進了一套6t/hr煅燒脫硫石膏的設備，該套設備由帶兩個高速旋轉轉子的煅燒爐、旋風分離器和強制式陳化等主要設備組成。現己運轉2～3年，燃料為重油，屬生產初期尚未達到設計能力，產品可滿足同樣是引進德國砌塊生產線的需求。該煅燒設備外形體積較小，噪聲低，構造簡單緊湊，產品質量較均衡。該磨在充分消化吸收后，在國內應有較好的發展前景。
2.2Delta磨：該磨是沖擊磨，水平方向有兩個室，一個錘磨轉子室，一個是分級器室。料先進入錘磨室，高速旋轉的錘子將料打散并“擊細”，同時與熱氣流相匯，進行干燥和煅燒，熱煙氣將磨細了的料帶入系統內的分級器，旋轉葉片將較大的顆粒甩回錘磨室繼續粉磨，合格細料經高溫收塵器收入料倉。據資料介紹，這種磨在煅燒80％天然石膏，游離水3％時的熱耗為22.0萬千卡/噸成品，若用于10％游離水的脫硫石膏（90％以上）則熱耗大約為28～30萬千卡/噸成品。據BMH公司介紹此磨設計合理，功效高，設備運行率高故障少。產品的細度可調節，設備緊湊占地少，熱效率高，能耗低，煅燒的建筑石膏均勻一致，特別適用于煅燒工業副產石膏。
2.3斯德動態煅燒爐：是國內自行研發的氣流煅燒裝置。外形為立式圓柱體，底部帶有打散器的立軸與電機相聯，產生旋轉運動，一個側面的中下部進料，另一側面下部通入熱風，頂部出料至捕集器進行氣固分離后機械輸送至儲料倉。基本原理是：物料和熱氣體快速混合，在爐體軸向產生旋轉運動，使物料與熱載體急速換熱，達到二水石膏脫水的目的，這種方式也可稱旋流式煅燒。特點是：連續作業，熱交換速度快，從進料到出料僅需幾秒鐘。該技術是東北大學在多種干燥與煅燒設備的基礎上，開發的石膏煅燒方式。已建立小型工業化實驗裝置，并對脫硫石膏、磷石膏進行了煅燒試驗，取得了一定的技術參數；并在試驗研究的基礎上設計了兩種工藝路線：一種為“一步法”即將干燥與煅燒合為一步，在同一個設備內完成；另一種為兩步法，干燥和煅燒分別在兩個設備內完成。目前，第一套年產5萬噸的一步法煅燒脫硫石膏的裝置已經在北京安裝完畢，正在等待試車。第二套二步法脫硫煅燒設備在浙江安裝。
2.4彼特磨：也是一種氣流快速煅燒設備，是集研磨—干燥—煅燒為一體的煅燒設備，是德國CLAUDISPETERS公司研制的，簡稱彼特斯磨。它是一種環形球磨機，磨機最底部為主傳動裝置，帶動下研磨盤旋轉，磨盤上有多個直徑φ600～800mm的空心園球，園球上方是不旋轉的上研磨盤。石膏從上側部進料管送入研磨體的中心部位，（進料粒度最大可達60毫米。）在離心力作用下，將物料向外推動，推至球體下部與磨環之間被粉碎和研磨。與此同時500～600℃的熱氣體由磨體下側方通入磨內，使石膏與熱氣流直接接觸而迅速脫水而成建筑石膏。這種磨可煅燒天然石膏或天然石膏和工業付產石膏混合的石膏。它的特點是：設備體積小，生產效率高，能耗低，產品質量穩定，適合大型連續生產的石膏制品生產線。是應用成熟的石膏煅燒設備之一。國外己有16～52t/hr的系列產品，根據資料介紹，目前世界上已有近90臺在運轉使用。國內BNBM公司已引進二臺30t/hr和一臺40t/hr。磨機用于紙面石膏板生產線。煅燒天然石膏時能耗在24～27萬仟卡/t產品之間。
3、直熱式回轉窯：熱介質與石膏物料直接接觸使之脫水而成半水石膏或無水石膏。石膏在小角度傾斜園筒中旋轉前進，熱介質與其同方向或反方向運動，在運動過程中完成石膏脫水，連續喂料及出料即為連續作業，由于直火、要比外燒回轉窯熱效率高，燃料可用氣、油、煤。近幾年在河北、山東等地均有不同規模的回轉窯生產，己投產的有4~5噸/小時，14噸/小時的幾條生產線，每小時近30噸的大型內燒式回轉窯即將投產。已生產的直熱式回轉窯都是煅燒天然石膏，燃料為煤，煅燒能耗約在22~23萬仟卡/噸成品，產品質量以順流式較好。直熱式回轉窯煅燒天然石膏是可行的，若煅燒工業付產石膏，在煅燒前不必進行干燥處理，但窯體應有一定長度的干燥帶，排濕和收塵要重點設計。近期在河南建成的一條以磷石膏為原料的生產線已試運轉，煅燒脫硫石膏的工業性試驗也在進行中。估算煅燒脫硫石膏熱耗應低于30.0萬仟卡/噸成品。回轉窯設備結構較簡單，是國內成熟設備、制造廠較多，設備造價低于炒鍋。具有價格優勢。
4、流化床式煅燒爐：該爐是九十年代澳大利亞RBS速成建筑系統有限公司的產品，稱“RFC流化床式焙燒爐”。流化床式煅燒爐外形為立式園柱體，一側中部進料另一側下部進熱風，爐體下部稱為床，床底部設有氣流分配器，使熱氣流按要求達到不同速度梯度，將石膏粉吹起使之處于懸浮狀態，同時進行熱交換，（該煅燒爐最大進料粒度≤10毫米）使二水石膏脫水而成半水石膏。嚴格控制床層溫度和氣體壓力，料層溫度梯度小使床層內二水石膏最大限度地變為半水石膏，保證了產品的質量。據澳方介紹，這種爐可煅燒天然石膏和工業付產石膏，可用任何燃料及熱能，加工范圍廣泛的原料和粒徑，并有自潔功能，有嚴格的煅燒溫度控制，產品性能穩定。該爐屬低溫慢速煅燒，物料溫度130～150℃，在爐內停留40～50分鐘甚至1小時，煅燒產品的相組成大部分為半水石膏，只有極少量的無水石膏Ⅲ和二水石膏，沒有無水石膏Ⅱ。對于脫硫石膏的煅燒能耗為：對純度大于90%，自由水10%時其能耗為1467GJ/噸成品（~35萬仟卡/噸）電耗為30仟瓦時/噸。
三. 特點淺析：
1. 低溫慢速煅燒：指煅燒時物料溫度小于150℃，物料在爐內停留幾十分鐘或1小時以上的煅燒方式。如連續炒鍋、流化床式焙燒爐。這種煅燒方式是二水石膏受熱時逐步脫水而成半水石膏，根據二水石膏純度，選定最佳脫水溫度，自控系統將爐內溫度、水蒸汽分壓、物料停留時間等調整到最佳穩定狀態，使煅燒產品質量均一而穩定。其煅燒產品中絕大部分為半水、極少量的無水石膏Ⅲ、二水石膏及無水石膏Ⅱ，結晶水含量一般在5.5～6.0％，個別為＞4.0％。煅燒的建筑石膏粉貯存在粉料庫中待用，廣泛用于粉狀、板材等制品。國內外的連續炒鍋多年實踐證明，其煅燒產品的物化指標均能達到質量標準要求，是石膏煅燒的可靠設備之一。而流化床式焙燒爐在國內尚無實踐數據，但從澳方資料介紹，它可煅燒出質量良好的建筑石膏。
2.快速煅燒：指煅燒物料溫度大于160℃，物料在爐內停留幾秒鐘的煅燒方式。己在國外應用多年，廣泛用于高速的紙面石膏板生產線和石膏砌塊等產品的生產，效果良好。這種煅燒方式是二水石膏遇熱后急速脫水，很快生成半水或無水Ⅲ，由于料溫較高甚至無水Ⅲ的比例較大，而Ⅲ型無水石膏是不穩定相，在含濕空氣中很容易吸潮而成半水相。因此在這種煅燒方式中有的加冷卻裝置，如彼特磨有通入冷空氣的專用冷卻裝置；沙司基打磨有螺旋式強制式陳化機，都是起到降低料溫、達到物料陳化的目的。對于快速煅燒，爐內的氣氛很重要，當爐內熱氣體的含濕量很小時，煅燒的成品物相中無水石膏Ⅲ相對較多，如燃煤的彼特磨，產品的無水石膏Ⅲ達30％以上；北京國華的沙司基打磨煅燒的產品結晶水只有3～3.5％，斯德試驗爐煅燒的產品大部分為無水石膏Ⅲ，這都說明煅燒的產品處于“過火”狀態，經過冷卻陳化后，相組成有所改變，半水相增加了。而用天然氣作為燃料的彼特磨煅燒出的產品相組成中，無水Ⅲ的量只有10~15%，這是由于天然氣燃燒中生成大量的水分，另一方面是含濕“廢氣”的合理循環利用，使爐內水蒸汽分壓加大，有利于相成分的轉變和穩定。因此，快速煅燒方式除應調整最佳脫水溫度外，還應根據燃料的種類，計算出燃燒氣體的含濕量，判斷爐內水蒸汽分壓的大小，若很小，則應采取外加濕的方法以提高爐內的氣氛濕度；或采用強制式陳化等措施。快速煅燒最突出的特點是生產效率高、能耗低。生產中通過良好的冷卻陳化環節其產品質量是能得到保證的。
3. 中速煅燒：這是物料在窯內停留時間在幾分鐘、十幾分鐘，物料溫度在140~165 ℃之間。這種方式介于上二者之間。典型的煅燒設備是回轉窯，早在七十年代中期，我國第一條紙面石膏板生產線就采取了這種方式，煅燒的天然石膏為顆粒狀，由于顆粒級配的因素，產品質量不易均一和穩定。但在窯后選擇較好的粉磨設備再加上良好的陳化措施，產品質量可以保證。 煅燒工業付產石膏時，除在設計窯時考慮一定的干燥帶外，還應根據物料的顆粒級配選擇合適的粉磨設備，以改進煅燒前后顆粒級配的比例，使產品物性更加優越。目前國內用此方式煅燒工業付產石膏，如磷石膏、脫硫石膏正在試產中，技術參數和性能測試數據有待積累及深化。
4. 關于煅燒工業付產石膏的顆粒級配問題：工業付產石膏以“細粉”狀態存在，如脫硫石膏的顆粒多集中在40~60微米，粒度分布曲線窄而瘦，比表面積小，這種顆粒級配會影響產品質量。解決辦法一是增加“磨細”措施，在煅燒過程中完成脫水和改變顆粒級配二項任務。經過有“擊碎”過程的煅燒產品，其粒度分布曲線大有改變，由窄而瘦變得寬廣了，產品性能得到了改善。因此，在設計煅燒工業付產石膏生產線時要注重“擊碎”過程。
5. 選擇煅燒方式和設備的原則：首先是石膏的種類和性狀：是天然石膏還是工業付產石膏；是顆粒狀還是粉狀；如果是粉狀，宜選用快速煅燒設備；如果是顆粒狀，則宜選用在窯內停留時間較長的設備。終端產品的種類：如果是生產石膏建材制品，如各種石膏板材、砌塊等，宜選用快速煅燒設備。因用快速法生產的建筑石膏凝結硬化快，可提高生產效率，加速模具的周轉；如果是生產石膏膠凝材料，如粉刷石膏、石膏粘接劑、石膏接縫材料等，宜選用慢速煅燒設備，因用慢速煅燒的產品凝結硬化較慢，有利于減少外加劑的摻量，降低生產成本；如果兩類產品都生產，則按主導產品選擇。最終，還應權衡比較各類煅燒設備的性價比等綜合技術經濟指標。
