答：重庆三圣特种建材公司 （以下简称重庆三圣）拥有９００Ｍｔ储量
的石膏矿，其中大部分为硬石膏，狑（ＣａＳＯ４）平均在８５％以上，可开采
矿层厚度达７０～９０ｍ，平洞开采，生产方便。由于重庆三圣生产的混凝土
外加剂需要硫酸和水泥为原料，所以就立项建设以硬石膏为原料的
４５０ｋｔ／ａ硫酸同时联产５００ｋｔ／ａ水泥的项目，这项目分两期建设，第一期
的１５０ｋｔ／ａ硫酸联产２００ｋｔ／ａ水泥的项目于２００８年３月开工，２００９年４
月建成投产，至２０１０年１０月已稳定运行一年半时间，硫酸和水泥熟料产
量均达到４５０ｔ／ｄ左右，现将其技术特点作一简介［２］。
（１）设计特点
① 按地形进行总平面布置 本项目的建厂场地为一高度不同的山坡，
为了充分利用地形，减少挖掘土方量，全厂共建不同标高的８个台段，相
邻台段间的标高最大相差１４ｍ，因而在设备布置和相互连接时利用地形以
缩短物料提升高度与输送距离，大型设备均采用露天布置以节约投资。
② 对原料及燃料进行均化处理 由于石膏的矿层和开采点不同，而
使得石膏原料组分差异很大，本设计采用大型矿堆取样机对破碎后的石膏
进行一定面积的连续式多层平铺堆料，取料时则按规定顺序采取自上而下
的断面取料，因而使原料组分得以一定的 “均化”，这样既能使原料的组
分基本稳定，又可保证原料有必要的贮存周期以供生产需要。对合格原料
进行粉磨后的生料再采用德国ＩＢＡＵ产的外部搅拌仓连续式均化库使生料
进一步均化 （成分均匀），可使其均化率达到≥１．２５。对燃料用煤则采用
条形均化堆场对煤的组分和热值进行均化，通过上述的均化措施，为保证
使石膏有效地煅烧分解提供了保证。
③ 用立式磨对混合生料进行粉磨 水泥厂和以前磷石膏制硫酸联产
水泥装置的生料粉磨都是采用球磨机将原料和辅料分别粉磨的方式，这种
方式设备多、工艺复杂、电耗高且不利于生料的均化。因此本项目采用原
料和辅料经调配站按照设定的加料量配料后直接送入立式磨进行混合粉
磨，在这种磨粉过程中，原料及辅料可得到充分的混合和均化，尤其是对
配料量很少的焦炭，这样就避免了焦炭粉末在生料中分布不均匀的现象。
④ 选用适合石膏煅烧的回转窑 回转窑又称分解窑，它是石膏制硫
酸联产水泥的核心设备。与石灰石生料煅烧相比，石膏生料煅烧有以下
特点［３］。ａ．分解吸热量大。ＣａＳＯ４ 的分解热为２６５．４ｋＪ／ｍｏｌ，ＣａＣＯ３ 的分解
热仅为１５９ｋＪ／ｍｏｌ，前者是后者的约１．６７倍。
ｂ．热稳定性能高、分解温度高。在还原气氛下ＣａＳＯ４ 分解温度高达
９００～１２５０℃，而ＣａＳＯ３ 的分解温度仅为７００～８００℃，纯 ＣａＳＯ４ 在空气
中要达到１４７０℃才能分解且分解速度缓慢。
ｃ． 分解反应机理复杂。在 ＣａＳＯ４ 分解反应中同时存在生成 ＣａＯ、
ＳＯ２ 的主反应和生成 ＣａＳ、Ｓ等产物的副反应，并且可能形成各种中间
产物。
ｄ．石膏生料的物性，特别是高温态的物性与一般石灰石生料有较大
差别。ＣａＳＯ４ 窑内分解反应分为两个阶段［４］。第一阶段，在８００～１０００℃
温度下ＣａＳＯ４ 在还原剂焦炭的作用下生成中间产物ＣａＳ：
ＣａＳＯ４＋２ＣＣａＳ＋２ＣＯ２ （４２）
第二阶段，在 １０００～１２５０℃ 温度下 ＣａＳＯ４ 与 ＣａＳ 反应生成 ＣａＯ
和ＳＯ２：
３ＣａＳＯ４＋ＣａＳ４ＣａＯ＋４ＳＯ２ （４３）
用焦炭作为还原剂可适当降低石膏分解温度并提高分解速度，分解出
的含ＳＯ２ 窑气送制酸系统生产硫酸，分解产生的 ＣａＯ与原料中的ＳｉＯ２、
Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３ 等组分煅烧生成水泥熟料。
为了使物料在窑内有足够的停留时间，保证ＣａＳＯ４ 完全分解和烧成
合格的熟料，分解窑的转速、长度、直径、斜度和结构均与普通硅酸盐水
泥窑不同。通过精确的计算和设计，确定了石膏分解窑的长径比、斜度及
操作转速，需要重点说明的是，若石膏分解不完全或分解率低，熟料质量
亦达不到水泥质量的要求。
⑤ 选用自主研发的生料入窑低阻型多级悬浮换热器 分解窑出口约
６５０℃的窑气含有大量热能，这部分热量约占分解窑烧煤发热量的３０％。
为了充分回收利用这部分热能资源，降低熟料及窑气热耗，本装置的设计
部门参考新型干法水泥生产技术，经过大量冷模试验及理论计算，自主研
发了ＤＮＣ生料入窑低阻型多级悬浮换热器。该换热器是一套连续生产的
整体热工装备，窑尾的热烟气与冷态生料在悬浮筒和上升管道内进行多级
气固换热，使窑气温度由６５０℃左右降至３００℃左右，同时使生料入窑温
度由常温提升至４００℃左右，设备总压降约４．５ｋＰａ。由于生料在窑外得到
充分的预热，因而可以缩短分解窑的长度，减少设备和土建投资。同时，
由于熟料及窑气热耗降低，燃烧用煤量减少，可使分解窑内煤燃烧产生的
废气量也相应减少，有利于提高窑气ＳＯ２ 浓度，因而使窑气制酸可采用
常规的两转两吸工艺。此外，窑气温度降低也减少了制酸装置的循环冷却
水用量。
⑥ 采用集散型计算机控制系统 根据石膏制酸的技术特点，对其工
艺流程设计应力求控制方便，因而在全系统建立集散型计算机控制系统
（即ＣＤＩＤＣＳ系统），该控制系统由过程控制、中央监控和通信系统三部
分组成。将生产过程中的各项工艺参数，包括产量、质量、温度、压力、
流量、设备运行状况和贮存库的料位、料量等，共计３２００多个参数全在
中央控制室集中显示、检测、报警和操作管理。在窑头、原料调配和输送
等关键部位安装工业电视，监控回转窑内煅烧情况和相关设备运行工况，
从而对系统生成过程中的燃料、风量等进行有效调控，以保证装置在最佳
状态中运转。由于采用了先进的工艺流程和控制系统，因而大大减少了岗
位操作工数量，全厂仅有操作人员６０多人。同时，采用合理先进的工艺
流程和自动化控制也为提高产品质量和产量、降低能耗、提高劳动生产率
及对全厂安全稳定的生产提供了有力的保证。
⑦ 采用变频器等节能技术 制酸系统中风机和输送设备配套电机采
用全数字变频器调节技术控制，通过它对风机风量、输送设备的输送量实
行自动调节，节能效果显著，使装置的相关设备节电量达到４０％。
⑧ 采用适合石膏粉尘特性的高压静电除尘器 由窑尾悬浮换热器出
口窑气中含有大量粉尘，粉尘主要成分为未完全分解的石膏，粉尘性质参
数与其他水泥装置的窑气粉尘性质不同。另外，石膏制酸窑气中含有较高
浓度的ＳＯ２，一旦发生泄漏将对环境和人身造成危害；同时，也不允许有
空气内漏而稀释窑气ＳＯ２ 浓度的情况发生。针对这种石膏制酸窑气的特
性，建设单位联合日本川崎静电研究所和设备制造厂共同研发了适合石膏
制酸特点的高压静电除尘器，该设备采用四电场、宽极距及上进风结构，
在实际使用中测试其除尘效率达到９９．９％，使电除尘器出口的窑气中粉
尘含量低于５０ｍｇ／ｍ３，为制酸系统的正常生产创造条件。据环保部门几
次检测，硫酸尾气中粉尘含量均低于３０ｍｇ／ｍ３。
⑨ 采用可靠的制酸技术和设备 将φ（ＳＯ２）８％～１０％的窑气送入制
酸系统，先经高效逆喷洗涤器填料洗涤塔电除雾器等净化设备进行稀酸
洗净化。稀酸采用板式换热器冷却后循环使用，外排稀酸进斜管沉降器除去污泥，再用泵送入污水处理站用石灰中和后回用。在选取设计参数时应
适当降低窑气ＳＯ２ 浓度，相应地加大换热器面积，这样在开车初期即使
窑气ＳＯ２）低至４％时硫酸系统仍可不开电炉生产，大大降低了生产运
行成本。按设计硫酸装置转化率９９．６％、吸收率９９．９５％，制酸尾气用
ＮａＯＨ 溶液吸收后外排烟气φ（ＳＯ２）仅５０ｍｇ／ｍ３，远低于国家和重庆市
规定的ＳＯ２ 排放标准中所要求的ＳＯ２ 排放量，脱硫设备副产的亚硫酸钠
用作混凝土添加剂原料。本装置建成投产后一直由重庆市环保部门进行在
线监控，废水、废气排放始终达到环保要求。自该装置开车投产以来，在
约一年半时间内已各生产硫酸和水泥近２００ｋｔ，硫酸满足重庆市场的需
求，水泥供给商品混凝土搅拌站用于生产Ｃ３０混凝土。
（２）生产成本
本装置于２０１０年上半年连续生产，产量正常，运行平稳，
同时，产生的窑气可生产１ｔ狑（Ｈ２ＳＯ４）９８％硫酸，窑气φ（ＳＯ２）８％～第四章 用石膏与磷石膏及脱硫石膏生产硫酸方面的问题 １４３
９％，吨酸需要窑气量２６９０ｍ３。因此，按照水泥熟料与硫酸产量１∶１分
摊水泥熟料成本，则每吨水泥熟料成本为１８３．４１５元，每吨硫酸所需窑气
的成本也为１８３．４１５元。
（３）结语
重庆三圣石膏制硫酸联产水泥装置成功投产及其生产经验，引起我国
拥有石膏资源地区的关注，但对当地是否能参照其经验进行建设，仍需按
具体情况进行可行性研究后才能确定。