循環(huán)流化床粉煤灰和爐渣用于水泥生產(chǎn)的試驗(yàn)研究

□□

(山西國際電力集團(tuán) 國金公司，山西 文水 032100)

引言

循環(huán)流化床粉煤灰和普通煤粉爐粉煤灰都是電廠燃煤產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，但由于鍋爐技術(shù)、燃煤溫度、原材料和環(huán)境等方面的差異，使得它們在化學(xué)成分、礦物組成、物理性質(zhì)等方面有較大的差異。因此，將循環(huán)流化床粉煤灰大量運(yùn)用于水泥生產(chǎn)，還需要對其基本特性進(jìn)行分析。本文對循環(huán)流化床粉煤灰和循環(huán)流化床爐渣進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究，并與煤粉爐粉煤灰進(jìn)行了對比分析。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)采用兩種水泥熟料、兩種煤粉爐粉煤灰、一種循環(huán)流化床粉煤灰和一種循環(huán)流化床爐渣，具體原材料及來源為：①熟料：山西東義集團(tuán)特種水泥有限公司(熟料1)和潞城市卓越水泥有限公司(熟料2)；②普通粉煤灰：山西兆光發(fā)電有限公司一單元300 MW發(fā)電機(jī)組(粉煤灰1)和二單元600 MW發(fā)電機(jī)組(粉煤灰2)，均由電收塵器收集；③循環(huán)流化床粉煤灰：山西耀光煤電有限公司200 MW發(fā)電機(jī)組(粉煤灰3)，由袋式收塵器收集；④爐渣：山西耀光煤電有限公司200 MW發(fā)電機(jī)組循環(huán)流化床爐渣(爐渣1)。原材料的技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)熟料：將熟料、石膏分別破碎，再按熟料∶石膏=95∶5的比例混合粉磨，制成熟料粉(即P·Ⅰ硅酸鹽水泥)，測定其比表面積，將比表面積達(dá)到(350±20)m2/kg時(shí)所需時(shí)間，確定為粉磨時(shí)間。

表1 粉煤灰、爐渣的技術(shù)指標(biāo) %

按確定的粉磨時(shí)間，磨制試驗(yàn)所用熟料，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝髠溆谩?/p>

(2)爐渣：經(jīng)粉磨20 min后制成爐渣粉，測定其比表面積。

(3)粉煤灰：粉煤灰本身很細(xì)，不經(jīng)粉磨直接使用，測定其比表面積。

(4)測定混合材(爐渣、粉煤灰)活性時(shí)，配料按：熟料(含石膏)∶混合材=70∶30，經(jīng)充分混勻后，成型、養(yǎng)護(hù)，測定其強(qiáng)度。

1.3 檢驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

1.3.1 檢驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)檢測粉煤灰、爐渣的物理化學(xué)性能。

(2)考察采用粉煤灰、爐渣做混合材時(shí)水泥需水量、凝結(jié)時(shí)間的變化。

(3)在不同粉煤灰、爐渣摻量下，水泥強(qiáng)度的下降幅度。

(4)判斷粉煤灰、爐渣對不同熟料的適應(yīng)性。

1.3.2 檢驗(yàn)項(xiàng)目

(1)粉煤灰：燒失量、含水量、游離氧化鈣、三氧化硫、安定性、活性指數(shù)。

(2)爐渣：燒失量、三氧化硫、安定性、活性指數(shù)。

(3)水泥：摻粉煤灰、爐渣的水泥細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度。粉煤灰、爐渣摻量分別為20%、25%、30%。

2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)用原材料情況見表2。

表2 試驗(yàn)用原材料情況

粉煤灰和爐渣的活性指數(shù)見表3，不同混合材摻量下的對比結(jié)果見表4，不同熟料在混合材摻量相同情況下的對比結(jié)果見表5。

表3 粉煤灰、爐渣的活性指數(shù)1)

表4 不同混合材摻量的對比結(jié)果

表5 不同熟料在混合材摻量相同情況下的對比結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 粉煤灰、爐渣的細(xì)度與強(qiáng)度活性指數(shù)的關(guān)系

從所取的4個(gè)樣品的細(xì)度和強(qiáng)度活性指數(shù)來看，比表面積越大，其活性越高，如圖1所示。

當(dāng)比表面積達(dá)到450～500 m2/kg時(shí)，活性指數(shù)較高。但是從表3可以看出，不同樣品的活性指數(shù)相差很大，即粉煤灰或爐渣與熟料是否匹配是相當(dāng)重要的。因此，對于粉煤灰或爐渣做混合材的研究要有針對性。

圖1 比表面積與活性指數(shù)的關(guān)系

3.2 不同混合材摻量的對比分析

從表4試驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)采用循環(huán)流化床粉煤灰摻量在20%時(shí)，強(qiáng)度能達(dá)到52.5等級的要求；摻量在25%～30%時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)到42.5等級的要求。采用循環(huán)流化床爐渣時(shí)，摻量從20%到30%強(qiáng)度變化幅度不大，均能達(dá)到42.5強(qiáng)度等級的要求。當(dāng)混合材摻量達(dá)到 30%時(shí)，摻爐渣的效果要好于摻粉煤灰，尤其是3 d強(qiáng)度的優(yōu)勢更為明顯。

3.3 混合材及摻量對水泥性能的影響

混合材及摻量對水泥強(qiáng)度的影響是備受關(guān)注的，但對強(qiáng)度之外的其他性能的影響也是不容忽視的。從表4和表5的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，爐渣的性能優(yōu)于粉煤灰，這主要表現(xiàn)在需水性和凝結(jié)時(shí)間方面。

(1)從需水性來看，爐渣摻量對需水性的影響不是很大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在26%左右。當(dāng)爐渣摻量從20%增加到30%，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量僅增加0.6%；與空白樣相比增加3%左右。

粉煤灰摻量對需水性的影響則較為明顯，當(dāng)粉煤灰摻量在20%時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與摻爐渣差異不大；但當(dāng)摻量達(dá)到25%～30%時(shí)，需水量則高達(dá)30%以上，水泥的和易性、流動性和可塑性差。

(2)從凝結(jié)時(shí)間來看，爐渣摻量在20%～30%時(shí)，其初凝時(shí)間在2 h左右，終凝時(shí)間在3 h左右，較為理想。

但當(dāng)摻粉煤灰時(shí)，粉煤灰摻量在20%～30%時(shí)，其初凝時(shí)間在4 h左右，終凝時(shí)間在6 h以上，在使用中對環(huán)境溫度要求較高，對工期影響較大。

(3)對需水性和凝結(jié)時(shí)間的影響與選用的熟料關(guān)系不大。從表5可以看出，對于兩種熟料，當(dāng)爐渣摻量達(dá)到30%時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度均在26%左右，初凝時(shí)間均在1.5 h左右，終凝時(shí)間將近3 h；當(dāng)摻粉煤灰時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度均在30%以上，初凝時(shí)間均在4 h以上，終凝時(shí)間均在6 h以上。

3.4 粉煤灰和爐渣的其他性能分析

(1)耀光煤電循環(huán)流化床粉煤灰、爐渣的活性指數(shù)高，完全可以滿足水泥生產(chǎn)使用，雖然三氧化硫和游離氧化鈣含量偏高，但只要電廠加強(qiáng)煙氣脫硫工作，降低其含量是完全有可能的。

(2)兆光煤電的粉煤灰燒失量、三氧化硫、游離氧化鈣、含水量等指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，可用于水泥生產(chǎn)，但其活性指數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，主要原因是試驗(yàn)時(shí)使用的是原始狀態(tài)的粉煤灰，其粒度偏粗，影響了其活性和水泥強(qiáng)度。

4 結(jié)論

4.1 將耀光煤電循環(huán)流化床粉煤灰、爐渣作為混合材摻入孝義東義熟料中，其摻量為30%時(shí)，水泥的各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中42.5等級水泥的規(guī)定，同時(shí)爐渣、粉煤灰的活性指數(shù)>80%，也符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

4.2 循環(huán)流化床粉煤灰在水泥中的綜合利用，既可以解決電廠的廢渣堆放及環(huán)境污染問題，又可以大幅度地降低水泥生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品具有較強(qiáng)的市場競爭力，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。