循環(huán)流化床鍋爐灰渣制備新型免燒磚的試驗研究

黃 鑫，夏舉佩，周新濤

（1.云維股份瀘西大為焦化公司，云南 瀘西652404；2.昆明理工大學化學工程學院，云南 昆明650500）

循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）是 一種可以燃燒劣質燃料的鍋爐，通過流化和循環(huán)兩個特殊過程，能把以煤矸石為代表的劣質燃料徹底地燒干凈，提高燃燒效率，鍋爐的燃燒效率可以達到90%以上，具有高效和低污染的特點。循環(huán)流化床內具有很大的熱容量，床內混合好，燃料適應性強，CFBB的運行溫度為850～950℃，適應燃料燃燒過程脫硫，可降低SO2的排放及減少NOx的生成與排放；CFBB內高的循環(huán)物料，強化傳熱使鍋爐負荷適應范圍廣，能在40%負荷下保持額定蒸汽參數[1]。

CFBB灰渣由兩部分組成，即飛灰和底渣，飛灰約占灰渣總量的70%左右，CFBB灰的主要成份以鋁硅為主，含有較高比例的氧化鈣，玻璃體含量少，與高鈣粉煤灰的性質十分相似；同時還含有少量的硅酸二鈣、硫酸鈣、鋁酸鈣等產物，具有在水泥中應用潛力，是研究利用的主要對象。

我國鍋爐灰渣的綜合利用，早在20世紀50年代就開始在建筑工程中用作混凝土、砂漿的摻合料，生產標磚，用作道路面層材料等，尤其在水電建設大壩工程中使用最多，但總的利用量較少。20世紀60年代開始粉煤灰利用重點轉向新型墻體材料，研究集中于生產粉煤灰密實砌塊、墻板、粉煤灰燒結陶粒、粉煤灰黏土燒結磚等[2－4]。為充分利用CFBB粉煤灰低溫煅燒SiO2、Al2O3活性高的特點，擬采用蒸壓養(yǎng)護生產具有較高強度的建材制品如空心磚、標準磚等[5－6]；用CFBB粉煤灰取代部分水泥用作混凝土摻合料[7]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗原料主要有CFBB灰渣、瓜子石、石灰等，主要原料灰渣取自云南瀘西大為焦化有限公司CFBB飛灰和底渣，化學組成見表1，其礦物結構詳見圖1。

表1 CFBB灰、渣的化學組成／%

圖1 CFBB灰渣的XRD譜圖

由表1可見，飛灰和底渣的主要成分為氧化硅、氧化鋁、氧化鐵，接近灰分總量的90%左右，各成分含量取決于煤中灰分化學組成；二者均含有氧化鈣，但渣中的含量明顯高于灰中，主要由脫硫時加入石灰石引入，同時不難發(fā)現，二者均含有數量不等的游離氧化鈣，這是CFBB用于建材時易導致成品強度損失的主要因素；從CFBB灰XRD譜圖可知：飛灰中晶相物質主要成分為石英，其次為石膏、氧化鈣以及少量的C2S、C3A等礦物，不定形玻璃體較少，故其活性較低。

1.2 實驗方法

以灰渣為主要原料，通過模擬免燒的生產工藝制備樣品，以制備抗壓、抗折強度為指標，優(yōu)化實驗配方和養(yǎng)護方式。

2 實驗結果

2.1 免燒磚制備物料配比確定

在燃煤的灰分中，硅鋁的主要存在形式為高嶺石，在CFBB的燃燒過程中，會分解為無定型產物氧化鋁和氧化硅，當采用了燃燒過程石灰脫硫方式時，大部分則形成硅、鋁的鈣鹽，XRD圖譜結果充分證明了這一推斷。由于形成的C2S活性低，同時還存在少量無定型氧化硅和氧化鋁，通常的方法是采用堿激發(fā)劑激發(fā)其活性，因此，實驗采用固定骨料瓜子石的用量，通過調整石灰、飛灰和底渣的摻量，采用常壓蒸汽養(yǎng)護方式，以確定CFBB灰渣制備免燒的物料配比和石灰適宜用量，結果見表2。

表2 配料參數對性能的影響

上述實驗結果表明，在采用的物料配比中，影響制備免燒強度的主要因素是石灰摻量。

2.2 免燒磚養(yǎng)護方式的確定

免燒磚的養(yǎng)護方式可分為兩類，即自然養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護（常蒸汽養(yǎng)護和高壓蒸汽養(yǎng)護），通常情況下，自然養(yǎng)護方式一般在以水泥為膠凝材料的制品中使用，而蒸汽養(yǎng)護則通常適用于活性不高的工業(yè)廢渣為膠凝材料的制品中使用。

本文擬采用常壓蒸汽和自然養(yǎng)護（28天）兩種方式，考查兩種養(yǎng)護方式對制品性能的影響，可時也考查石灰對灰渣活性的激發(fā)效果，結果見表3。

表3 養(yǎng)護條件對磚強度的影響

從表3不難看出，常壓蒸汽養(yǎng)護與自然養(yǎng)護28天相比，在石灰低摻量情況下，二者結果差異較大，但隨著石灰加量的增加，二者的差異逐漸縮小，這說明：以CFBB灰渣為主要原料的免燒制備中，石灰對其活性激發(fā)十分重要；為了節(jié)約能源，可用自然養(yǎng)護方式替代蒸汽養(yǎng)護。

表3結果表明，當石灰摻量為8%時，制備的免燒磚體現出良好的物理性能，當石灰用量增至10%時，強度增加較少，為了進一步確定石灰最佳摻量，優(yōu)化物料配比，在石灰用量8%附近增設實驗點，以最終確定石灰用量，安排如下實驗，結果見表4。

從表4實驗結果可知，三個石灰摻量下，采用相同養(yǎng)護手段，其免燒磚抗壓、抗折強度結果相關不大，由于石灰在配料體系中屬昂貴材料，在保證產品性能滿足要求時，應盡可能少用，經比對分析，在自然養(yǎng)護條件下，擬采用如下原料質量配比生產150的免燒磚：石灰7%、CFBB飛灰43%、CFBB底渣30%、骨料瓜子石20%。

3 CFBB灰渣為主材的燒磚擴大性工業(yè)試驗

3.1 工藝過程

1）原料處理。將CFBB飛灰、石灰按工藝配料混合后粉磨過0.045mm篩，篩余小于20%的粉末貯存在料倉中，使用時用螺旋輸送機送料，在攪拌機上自帶的計量罐中稱量，然后加入到攪拌機中。

2）骨料配料。選擇碎石和CFBB渣為骨料，裝于三箱配料機中，經過分別自動計量后用皮帶機輸送到攪拌機的爬升料斗中，并繼續(xù)提升到攪拌機中。

3）攪拌。各物料計量完成后，在攪拌狀態(tài)下加水，水以霧狀形式噴入攪拌機，在攪拌過程中取樣觀察含水率。

4）成型。拌合好的物料用皮帶機直接輸送到成型機前的布料機中，布料機下部安裝強制式破碎分散機，以打散、攪拌和輸送過程形成的團塊。啟動成型機，按照程序輸入托板，布料，振動，壓制，脫模，出坯，疊板，完成一個成型周期。

5）預養(yǎng)和養(yǎng)護。每5塊板一垛，用叉車轉運到自然養(yǎng)護大棚，養(yǎng)護棚頂部為陽光板，陽光可以直射到室內，地面適當噴水保濕，28天后即成品。

3.2 擴大性試驗結果

對擴大試驗自然養(yǎng)護28d的磚坯隨機抽樣送檢進行綜合測試，結果完全符合JC239－2001標準關于粉煤灰免燒磚的質量標準，結果見表5。

表4 CFBB灰渣制備免燒磚石灰用量確定

表5 擴大試驗樣品檢驗結果

從測試結果與JC239－2001相關指標進行對比，試驗產品達到MU15的技術要求。

同時這種磚外觀質量好，整齊劃一，表面粗糙，與砂漿的結合性好，色度均勻，砌筑體美觀；放射性水平低，收縮小，尺寸穩(wěn)定，擴大試驗結果與實驗研究吻合較好。

通過實驗研究和工業(yè)性擴大試驗，檢驗了工藝配方、養(yǎng)護方式，結果均表明CFBB灰渣可作為一種優(yōu)良的墻體材料原料使用，從而為CFBB灰渣找到一種規(guī)?；玫耐緩?，實現了從廢物到資源的轉變。

4 結論

1）實驗研究表明，CFBB飛灰具有潛在活性，石灰對其活性激發(fā)起到關鍵性作用。

2）在選定的CFBB灰渣為主材的免燒磚制備方案中，低石灰摻量時，蒸汽養(yǎng)護優(yōu)于自然養(yǎng)護，但隨當石灰用量的增加，二者差異縮小，當石灰摻量高于7%時，檢測結果基本一致。

3）CFBB灰渣為主材制備免燒磚的物料配比為：石灰7%、飛灰43%、底渣30%、骨料瓜子石20%，采用自然養(yǎng)護可生產標號為150的免燒磚砌塊。

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