建筑石膏生产初步设计说明书

建筑石膏生产初步设计说明书

工程编号：08-01-15

中国·河北

晋州市东丰机械有限公司

二零零八年元月

目 录

第一章 总论 (2)

一、世界石膏工业发展趋势 (2)

第二章 工艺 (4)

一、概述 (4)

二、生产纲领 (5)

1、生产规模和产品纲领 (5)

2、产品规格和产品质量 (5)

3、工作制度 (5)

4、主要工艺设备选型 (5)

5、主机生产平衡表 (9)

三、生产工艺流程 (9)

1、工艺流程简述 (12)

2、主要工艺设备 (14)

3、石膏石、燃料与电力消耗 (15)

第三章 工厂主要经济技术指标 (16)

第四章 工厂平面布置与建筑结构 (17)

第五章 工厂组成与劳动定员 (18)

第六章 职工安全与职业卫生 (19)

附件：

1、建筑石膏检验设备仪器

2、建筑石膏质量标准与检验方法

第一章总论

一、世界石膏工业发展趋势

目前，石膏工业的增长率随全球经济的复苏快速增长。这种情况是基于近10年来全球天然石膏的年开采量几乎没有改变的基础上。来自USGS“矿物年鉴”的数据称，近几年全球开采并且消费的天然石膏达到10600万吨，美国的开采量最大，达到1800万吨，占全球开采量的17%；其后依次为伊朗（10.8%），加拿大（8.5%），西班牙（7.1%），中国（6.5%），其它进入前10位的国家有泰国、澳大利亚、法国和德国，这10个国家的开采量合计占全球的72%。

根据德国OneStone咨询公司的资料，全球天然石膏开采量约45%被加工成熟石膏。世界熟石膏年产量大约6650万吨，其中60%即4000万吨来自天然石膏，40%即2650万吨来自合成石膏及回收重复利用的废石膏。据估计世界合成石膏年产量大约16000万吨，其中大约3500万吨来自于发电站脱硫系统生产的脱硫石膏，约11000万吨是磷肥生产的副产品磷石膏，约1500万吨是钛石膏及其它化学石膏。石膏工业所利用的合成石膏有90%来源于脱硫石膏。图1显示了熟石膏的发展趋势，世界熟石膏的年产量由1999年的5960万吨增长到2004年的6650万吨。熟石膏年产量的增长主要是来自于合成石膏部分的增长引起的，过去三年中，由合成石膏加工成熟石膏的数量平均每年增长7%。

图1. 熟石膏的发展趋势

对于石膏工业来说，大约有80%的熟石膏被利用来生产建筑墙板，约20%用来生产石膏抹灰料或其他石膏产品，近几年来，石膏墙板发展有了一个明显的趋势，即石膏纤维板的市场份额在显著下降，其它石膏隔墙板、石膏砌块和其它石膏装饰性板扮演了重要角色。

目前，世界石膏市场由北美控制，图2显示了世界石膏墙板前10位的国家年生产能力，世界石膏墙板年生产总能力已达到80亿平方。美国年生产能力达到35亿平方，占世界总产量的45%，排在第一；排在第二位的日本年生产能力6.8亿平方，其后依次为中国（4亿平方），德国（3.6亿平方），加拿大（3.5亿平方），法国（3.4亿平方），英国（3亿平方）其它排在前10名的国家还包括韩国、斯堪的纳维亚（半岛）（瑞典、挪威、丹麦、冰岛的泛称）、澳大利亚。它们的总产量占世界的83%。

图2 2004年石膏板生产能力前10位国家（Mm2）今后，通过石膏板的发展，石膏工业将一片欣欣向荣。原因之一是环境保护的日益严峻，另一个原因是石膏板物美价廉，易于施工，现在全球各地石膏板的增长率均高于当地经济增长率。

第二章工艺

一、概述

工厂的石膏粉生产由β型建筑石膏生产线组成。

1、石膏石

生产建筑石膏的石膏石质量应符合下表要求：

项目质量要求

外观白色、灰色、灰白色、深灰色，结晶片状、纤维状、粗颗粒状等均可

品质要求及杂质含量石膏石中CaSO4·2H2O含量≥75%

杂质含量（Na2O+K2O）<0.2%, NaCl<0.02%, Cl-<15ppm

颗粒度最大块度≤300mm,含水率石膏石吸附水≤5%

注：a. 石膏石存放在露天堆场，受季节气候影响特别是在雨季时，吸附水

>5% 不得进入破碎和粉磨工段使用。

b. 石膏石成分化学分析执行《石膏和硬石膏化学分析方法》中华人民共和

国国家标准GB5484-2000.

2. 工业副产物石膏与化工副产物石膏 ① 工业副产物石膏

燃煤电厂烟气系统脱硫石膏（fluegas desulfurization）简称脱 硫石膏（FGD），脱硫石膏是在正规装置的成熟条件下，用磨成细粉的硫酸钙水浆洗涤烟气，湿法脱硫，在空气中氧化得到的细颗粒，高品位的湿态二水硫酸钙晶体，再经过处理使之成为满足一定规格和技术参数的化学石膏。用其它方法或简易装置脱硫，可能亚硫酸钙不能完全氧化成硫酸钙，其中会含有部分亚硫酸钙，因而不能使用。其生成的化学反应式如下：

CaSO 3+SO 2+2H 2O+1

2

O 2=CaSO 4·2H 2O+CO 2

脱硫石膏不含放射性，物理化学性能与天然石膏本质上相同，工 艺性能与天然石膏相比各有优缺点。脱硫石膏为细粉状态，可免去匀化、粉磨工序，但游离水含量较高，需增加烘干能耗。

脱硫石膏质量标准（联邦德国工业协会）

性能 要求指标 备注 游离水

<10%

二水硫酸钙（CaSO 4·2H 2O） >95%

惰性物质的混入导致品位下

降，只要品位≮80%，对各种

②化工副产物

化工过程副产物有：磷石膏—磷酸或磷肥制造过程的副产物；

氟石膏—制造氟化氢或其它氟化物的副产物；

柠檬酸石膏—制造柠檬酸的副产物。

这里着重讨论磷石膏。

磷石膏中含有P2O5、氟化物、有机物、碱等杂质和大量游离水。大量的游离水需增大煅烧设备投入和能源消耗。因而，在远离天然石膏和脱硫石膏资源地区，磷石膏可能被采用。

磷石膏伴生放射性污染。有些磷灰石矿伴生有放射性元素铀、钍及其衍生物镭等，镭衰变放出放射性气体氡，氡被吸入人体对健康产生危害。国家建筑材料放射卫生防护标准（GB6566--86）对放射性水平有具体规定，不得超过。不同来源的磷灰石的放射性含量相差很远，对某厂磷石膏废渣的一两次取样测

试，并不能代表该厂所有磷石膏的放射性含量。

在美国由于伴生放射性的担忧，至今禁止使用磷石膏生产石膏板。

石膏板厂磷石膏的规格和质量要求

品名 规格 品名 规格

纯度比CaSO4·2H2O（固体）90%（min） F（总量） 1.0%（max） 水份含量（湿的） 18%（max） PH 5.0∽6.0 MgO（水解） 0.05%（max） 粒尺寸

NaO（水解） 0.05%（max） +300 0.5%(目标aim)

氯化物C1 0.02%（max） +150 10%∽15%(目标aim) SO20.03%（max） +75 42%∽48%(目标aim) K2O（水解） 0.05%（max） +45 65%∽70%(目标aim)

P2O5（总量）

0.9%

（目标aim） 放射性

Ra226

140Bq/kg(Max)

P2O5（水解） 0.10%（max）

注:①表中“目标aim”是指尽最大努力力图达到的水准。

②起草由安徽铜陵化工研究设计院磷石膏综合利用所1999/9月发表。

3、燃料

石膏粉生产流程以天然气或重油、燃煤及柴油作为燃料计算，视当地采用燃料类别折算其生性热发热量。

二、生产纲领

1、生产规模和产品纲领

年产建筑石膏150000吨（每天24小时工作制度生产500吨），

2、产品规格和产品质量

产品规格暂考虑石膏板生产线需要。

产品质量标准执行《建筑石膏》中华人民共和国国家标准GB9776-2008;《建筑石膏一般实验条件》中华人民共和国国家标准GB/T17669·1-1999。3、工作制度

年工作日：300天

日工作班次：3班

班工作时间：8小时

4、主要工艺设备选型

①建筑石膏煅烧设备

目前，在建筑石膏煅烧生产中的传统设备主要有以下几种：

A：回转窑

一般的回转窑，以高温烟气做热源，可分为内燃式和外热式。

B：炒锅

炒锅一般以高温烟气为热源，内设搅拌机，炒锅有间歇式和连续式两种。C：气流煅烧

气流煅烧是以高温烟气为热源，在燃烧管内与粉料直接接触，使二水石膏变成半水石膏，由于烟气温度较高，尤其适合生产无水石膏。

D：彼得磨

彼得磨是以高温烟气为热源，将粉磨和煅烧过程合二为一的一种煅烧设备。

E：沸腾煅烧炉

石膏沸腾煅烧炉有别于国内外传统的石膏煅烧设备，该设备采用流态化技术煅烧石膏粉，在生产过程中，由于石膏粉实现了流态化，石膏粉在炉内像是鼓泡翻腾的“沸腾液体”，所以将该炉称为沸腾炉。与传统的石膏煅烧设备比较，沸腾炉有以下特点：

a：设备小，生产能力大

沸腾炉有这个特点，主要有两个原因，一是因为沸腾炉主体主要由细径密集的散热管组成，散热管内注入循环加热的导热油，经过传导辐射热把热量释放到炉体内部与石膏粉接触，沸腾炉底部安装罗茨风机，通过布风板将空气注入炉体内部与石膏加热脱水时产生的水蒸气压力作用下，共同使粉料达到沸腾状态，实现流态化煅烧脱水。二是沸腾炉采用的传热介质是导热油，这类介质通过散热管壁给粉料传热的导热系数比采用高温烟气为介质的导热系数高出一个数量级，一个通过散热管壁间接加热的煅烧设备，其生产能力的大小取决于热源通过散热管壁传递给物料的总热量的多少。

b：结构简单，维修费用低

由于物料实现了流态化，沸腾炉就不需要传动部件，所以结构简单，在生产中，几乎不需要加油润滑和维护保养。由于采用的是低温热源（导热油温度小于300摄氏度）沸腾炉在任何情况下都没有被烧坏的危险。

c：操作简单，容易实现自动控制

由于流态化的物料激烈翻腾混合，流化床中温度一致，只要控制物料的一个设定的温度，就可以生产出合格产品。单一的控制参数很容易实现自动控制。d：能耗低

石膏沸腾炉的热能和电能消耗都比较低。

热能消耗：沸腾炉除了炉体散热损失外（通过良好的外部保温层，使散热损失降低到最低限度），热源的热量都用于石膏的煅烧脱水，据实际测定数据表明沸腾炉本身的热效率高达95%以上。

电能消耗：沸腾炉不需要转动，也没有搅拌机，沸腾炉流态化脱除石膏中结晶水主要是依靠石膏脱水产生的水蒸气压力，辅助鼓入适量的空气实现的。故风机电机荷载较小，沸腾炉整个煅烧系统的耗电量比其他传统煅烧设备少。e: 熟石膏的相组成理想，物理性能稳定

由于采用低温热源，石膏不易过烧，只要控制出料温度合适，成品中基本不含DH相，AⅢ相也在5%以内，其余均为HH相。

f：投资省

由于沸腾炉结构简单，热能电能消耗较低，维修工作量少，因此运行成本低。

②建筑石膏粉磨设备

本设计采用悬辊摆式磨粉机，其主要部件有主机、减速机、分析机、鼓风机、电磁振动给料机、管道系统及电器控制柜。主机内的磨辊在离心力的作用下，紧紧的碾压在磨环上，因此当磨环、磨辊磨损到一定厚度时，不影响成品的产量与细度，主要易损零件磨辊、磨环均为高锰钢铸件。

工作原理：经破碎为一定粒径的矿石，由电磁振动给料机定量送入主机内进行碾磨，主机内悬挂于梅花型架盘上的磨辊装置绕中心轴转动，磨辊同时绕磨辊轴自转，在离心力的作用下，磨辊向外摆动紧压磨环，使进入主机内的矿石和其内的铲刀向上铲起物料置于其间，因磨辊的碾压以达到粉碎和碾磨的

作用。磨碎后的粉末被鼓风机的气流吹到主机上方的分析机内进行分选。细度粒径大者，仍落入主机内重新碾磨，细度达到的随气流进入大旋风收集器，收集后经出粉管排出后即为成品，净化后的气流经大旋风收集器上方的管道进入鼓风机。该风选系统的气流是在风机---主机---大旋风收集器—风机内循环流动，除鼓风机至主机内为正压外，其余管路内气流均在负压下流动，车间内环境清洁。

③导热油锅炉

导热油锅炉是以燃气（燃油，燃煤）为燃料，在加热炉炉膛内燃烧产生热量，分别以辐射和对流形式将热量传递给载热体（导热油），由导热油循环泵建立导热油加热系统的循环，被加热的高温导热油在沸腾炉内的许多管路中与石膏粉进行换热，从而将燃烧产生的热量传递给石膏粉，实现石膏粉的脱水目的，换热后的导热油再返回锅炉内进行二次加热，如此循环反复，实现对石膏粉连续加热脱水。

5、主机生产平衡表

序号名称规格型号

单

位

数

量

产量（T/H）

功率

（KW）

备注

1 破碎机HF1500*1500 台 1 80-100 90

2 磨粉机5R4119 台

3 30 3*160

3 提升机HL400 台 6 S=47.2 Q=30

4 沸腾炉 3.0*2.6*4.8 台 1 2

5 67

5 螺旋输送机LS400 台 5 43.4

三、生产工艺流程

沸腾炉生产建筑石膏工艺流程方

1、工艺流程简述

①石膏石的均化

为确保煅烧工艺制度稳定，也为了尽量使用低品位的石膏资源，石膏石进厂应将不同品位的分类堆放，在破碎前取料时从各类堆分别取部分石膏石，加以混合进行破碎，以达到石膏石的均化目的，如生产厂的石膏石来源稳定、单一，则可不需要预均化处理。

②破碎

石膏石一般以300mm粒径进入工厂，若粒径超过此值范围，则须人工破碎。经破碎机破碎的石膏石粒径应≤30mm以下，通过提升机进入原料仓储存。

③磨粉

为保障粉磨工序物料供给稳定，原料仓下部的电磁振动给料机将石膏石均匀定量输入磨粉机进行粉磨，通过分析机（或选粉机）的风力离心原理进行风选至预定的细度，经旋风收集器收集的石膏粉通过提升机输送至沸腾炉前的缓冲料仓存储。

④煅烧

缓冲料仓下部的定量给料装置将石膏粉均匀定量输入沸腾炉，在热状态下进行脱水，使结晶水析出，主要以过热蒸汽的形式排出，一般按CaSO4·2H2O CaSO4·1/2H2O +3/2H2O 过程生成β型半水石膏，由于β型半水石膏是在较低水蒸气分压的非平衡条件下快速脱水而成，没有一个固定的平衡脱水温度。石膏系统的脱水反应是非平衡过程，在DH相HH相的反应完成之前，HH相AⅢ相的

反应早已进行，因而得不到纯净的HH相石膏。

因此，半水石膏实际上是一种以半水石膏为主（HH相含量一般达到65%-90%），夹杂着残留有含量不定的可变无水石膏（AⅢ相），过烧石膏（AⅡ相）及含量不定的少量二水石膏（DH相一般不超过3.5%-4.5%）的一种多相混合体。

HH相和AⅡ相在空气中比较稳定，一般不易发生相变化，而AⅢ相和HH相不同，AⅢ相具有较大的需水性，凝结较快，在空气中极不稳定，有很强的吸湿性而很快转变为HH相。因此这种再生的HH 相比直接脱水而得到的HH相的水化速度要慢得多。大量的AⅢ相和AⅡ相是造成半水石膏不稳定的主要原因，为稳定和改善半水石膏的质量，应使半水石膏含有尽可能多的HH相。影响半水石膏质量不稳定的主要是：操作者、煅烧设备、石膏石、工艺方法和环境的五大因素。

由于本设计采用沸腾炉的流态化脱水原理，只要控制物料的设定出料温度就可以生产出合格产品。

⑤陈化

脱水后的半水石膏从沸腾炉出料口自动溢出后经冷却降温，通过提升机输入陈化仓。

半水石膏通过陈化过程可以使其中的相变趋于稳定，改善半水石膏的物理力学性能，能够正常用于石膏板的生产。

半水石膏的陈化时间长短、陈化效果好坏与所选用的陈化方式、半水石膏堆积料层厚度、颗粒大小、环境温度、湿度都有直接关系。

⑥成品

经陈化的半水石膏，根据生产需要可输送至石膏板生产线或经包装机计量包装用叉车运送至成品库。

2、主要工艺设备

序号设备名称规格型号单位数量备注

1 板式给料机1500*3000 台 1

2 破碎机1500*1500 台 1

3 除铁器MC72 台 1

4 斗式提升机HL400 台 1

5 原料仓V=150M3 个 3 非标

6 输送机XGZ08 台 2

7 磨粉机5R 台 3

8 斗式提升机HL300 台 1

9 缓冲料仓V=5M3个 1 非标

10 调速螺旋输送机SES-2-10 台 1

11 沸腾炉 3.0*2.6*4.8 台 1

12 FU链运机FL-200 台 1

13 冷却器WL-1200 台 1

14 螺旋输送机LS400 台 1

15 斗式提升机HL300 台 1

16 螺旋输送机LS315 台 2

17 收尘器台 4

18 罗茨风机SSR-200 台 2

19 陈化料仓V=150M3 个 4 非标

20 单嘴包装机15T/H 台 4

21 散装机台 1

22 吨装机台 1

23 射频导纳料位器L2540/L863-12” 台 3

24 射频导纳料位器L2540/L861-15” 台 4

25 皮带输送机TD75 B500 台 1

26 导热油锅炉500万Kcal 套 1

27 空气换热器台 1 非标

28 配电控制柜台7

29 化验检验仪器

备注：

a. 详尽工艺设备的规格型号及数量等参数有待根据现场条件及建厂方要求进行工艺设计后确定，本方案仅供参考。

b. 用于工艺设备连接的物料溜槽、护栏、检修平台、爬梯、支架等非标件，应在设备安装完毕后根据设备之间实际尺寸现场配做并

安装。

3、石膏石、燃料与动力消耗

物料名称消耗定额日耗量月耗量年耗量备注

石膏石 1.2T 600T 18000T 180000T 吸附水<5%

燃料（煤）40KG 20T 600T 6000T 煤热值6000Kcal 电45度22500度675*103度675*104度1度=1KW·H

第三章工厂主要经济技术指标

序号指标名称单位指标备注

一加工工艺

1 产品纲领

建筑石膏吨150000

2 产品质量

建筑石膏GB9776-2008

3 石膏石消耗量吨180000 吸附水<5%

二电耗与燃料

1 全厂工艺设备装机容量KW 913

2 全厂年生产耗电量度6750000 1度=1KW·H

3 全厂燃料年耗量吨6000 煤热值6000kcal 三总平面

1 生产车间建筑面积M

2 1500 (6*17)*15

2 导热油锅炉车间建筑面积M2360 （6*5）*12

3 化验室建筑面积M214

4 （4*3）*12

4 工艺设备重量T ≈330

5 工艺设备运输箱12 40英尺

四劳动

1 全厂职工总人数人

其中：生产工人人42 3班工作制

管理人员人

2 工作制度

年工作日日300

日工作班班 3

班工作时时8

第四章工厂平面布置与建筑结构

1、工厂平面布置原则

①根据建厂地区地形，风向，场地的自然条件和场外交通运输及供电，综合考虑工厂的性质、规模及生产特点，力求布置紧凑，工艺流程顺畅并合理安排生产车间、辅助车间、石膏石堆场、配电室、成品库及道路、绿化等全面解决相互之间的协调问题，创造良好的劳动工作环境。

②注意群体建筑艺术处理及其它与周围环境的协调关系，反映现代工业专业化生产的特点。

③为适应生产需要，避免人、物流混杂，应将厂内行政管理区和生产区进行相对独立的布置，开辟独立绿化区，改善工厂面貌，同时使场内道路交通顺畅。

石膏粉生产车间采用“一”字形布置方案，工艺流程顺畅。

车间建筑面积102m*15m*=1530m2;导热油锅炉车间30m*12m=360m2;化验室12m*12m=144m2。

设计时考虑到建设单位所在地的自然条件，工艺设备均安装于车间内，以利安装、维修、防止锈蚀。部分设备布置在车间±0.00平面以下，从而降低了车间高度，根据地质情况，必要时对车间设备地坑基础采取防水处理。

根据生产石膏粉的特点，要求车间室内地坪标高应高于室外地坪标高+0.3m，成品库房+0.5m，以防石膏粉受潮变形。

生产车间采用Ⅲ级采光标准，为改善车间工作环境，窗户制法应采用摇窗。

生产车间各扬尘点均应做防尘收尘处理，以达到环保要求。