超細(xì)粉煤灰粉磨系統(tǒng)初探

李忠文　尹星

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

超細(xì)粉煤灰粉磨系統(tǒng)初探

李忠文尹星

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

通過對超細(xì)粉煤灰粉磨系統(tǒng)的建設(shè)必要性、應(yīng)用前景、生產(chǎn)系統(tǒng)配置、投資及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，提出了新時(shí)期粉煤灰資源綜合利用的新思路、新方法，項(xiàng)目的建設(shè)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，在火力發(fā)電行業(yè)、建材行業(yè)具有一定的推廣價(jià)值。

粉煤灰；超細(xì)粉煤灰；粉磨；資源綜合利用

1　超細(xì)粉煤灰粉磨系統(tǒng)的必要性

粉煤灰是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)副產(chǎn)品，具有排放量大、占地面積大、易揚(yáng)塵等特點(diǎn)。近年來，全國多地連續(xù)出現(xiàn)霧霾、揚(yáng)塵天氣之后，全國各地都加大了對高耗能、高污染企業(yè)的整治力度，滿足環(huán)保要求已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)立足和發(fā)展的必要條件。對于火電企業(yè)而言，粉煤灰的綜合利用不僅是挖掘內(nèi)部潛力、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方法，也是減少污染物排放、改善環(huán)境的必要措施。

目前，建材行業(yè)是消納粉煤灰的主力軍，水泥企業(yè)、粉煤灰磚廠消耗了每年產(chǎn)生的70%以上的粉煤灰。隨著用電量的不斷攀升，發(fā)電企業(yè)粉煤灰排放量持續(xù)增大，但下游水泥企業(yè)、粉煤灰磚廠受房地產(chǎn)行業(yè)不景氣的影響普遍開工率不足，粉煤灰消耗量逐年減少，粉煤灰銷售價(jià)格也一落千丈。粉煤灰排放問題再一次擺在了發(fā)電企業(yè)和政府面前，如何進(jìn)一步提高粉煤灰資源綜合利用水平已經(jīng)成為亟待解決的問題［1］。

2　粉煤灰的分類

粉煤灰是指煤粉爐煙道收集的粉末，粉煤灰按煤種和氧化鈣含量可以分為F類和C類。F類粉煤灰是指由無煙煤及煙煤燃燒產(chǎn)生的飛灰，C類粉煤灰是指由褐煤及次煙煤燃燒產(chǎn)生的飛灰（氧化鈣含量一般大于10%），采用物理方法將粉煤灰磨細(xì)后，稱之為磨細(xì)粉煤灰。

根據(jù)GB/T51003-2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，磨細(xì)粉煤灰根據(jù)細(xì)度、需水量比、燒失量的不同可以分為磨細(xì)I級灰和磨細(xì)II級灰。磨細(xì)I級灰需要滿足比表面積≥600m2/kg、需水量比≤95%、燒失量≤5%。磨細(xì)II級灰需要滿足比表面積≥400m2/kg、需水量比≤105%、燒失量≤8%。本文所指的超細(xì)粉煤灰即是磨細(xì)I級灰。

3　超細(xì)粉煤灰的應(yīng)用

當(dāng)粉煤灰磨細(xì)在400～600m2/kg時(shí)，伴隨比表面積的增大，粉煤灰活性有所增加。粉煤灰發(fā)揮作用的因素是化學(xué)因素，由于受煤種、粉磨、煅燒、冷卻等因素的影響，粉煤灰的活性差異比較大，質(zhì)量處于無序狀態(tài)。當(dāng)粉煤灰進(jìn)一步磨細(xì)，比表面積在600m2/kg以上時(shí)，粉煤灰受化學(xué)作用的影響減小，物理作用（細(xì)度及顆粒形態(tài)）得以充分發(fā)揮，從而使得粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定有序，需水量比普遍降低10%，可以極大地改善粉煤灰性能。

3.1在混凝土行業(yè)的應(yīng)用

據(jù)大量實(shí)驗(yàn)表明，超細(xì)粉煤灰在混凝土中的性能優(yōu)勢較普通粉煤灰更為明顯。配置普通或者高性能混凝土?xí)r，能大大改善混凝土的耐久性、耐高溫性，不沁水、不開裂，在一定摻量范圍內(nèi)不僅可以滿足混凝土的強(qiáng)度要求，而且在長時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下還表現(xiàn)出比普通混凝土更高的強(qiáng)度。超細(xì)粉煤灰代替部分水泥在混凝土中的應(yīng)用，既能滿足生產(chǎn)和生活對混凝土的安全使用要求，也能降低混凝土攪拌站的生產(chǎn)成本。經(jīng)混凝土攪拌站實(shí)際化驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，比表面積≥600m2/kg的超細(xì)粉煤灰需水量比≤85%，遠(yuǎn)低于分選一級灰需水量比92%，更低于粉煤灰原灰需水量比98%，故超細(xì)粉煤灰在混凝土攪拌站具有較好的利用前景［2］。在礦渣資源相對緊缺的地區(qū)，超細(xì)粉煤灰可以替代S95級礦粉，超細(xì)粉煤灰生產(chǎn)企業(yè)也將獲得超額的利潤。

3.2在水泥行業(yè)的應(yīng)用

在水泥生產(chǎn)中，超細(xì)粉煤灰可以優(yōu)化水泥的配比。F類粉煤灰活性相對較低，故在水泥中的摻加量受到嚴(yán)格限制。超細(xì)粉煤灰的出現(xiàn)可有效彌補(bǔ)上述缺陷，采用超細(xì)粉煤灰可生產(chǎn)低熟料用量、高性能粉煤灰水泥，該水泥品種具有良好的體積穩(wěn)定性和耐久性，其主要原因是：粉煤灰水泥的水化產(chǎn)物多為外部水化產(chǎn)物，引起的化學(xué)收縮較小，K+、Na+進(jìn)入C-A-S-H凝膠層間，水化產(chǎn)物層間結(jié)合力增強(qiáng)，從而提高了水化產(chǎn)物抵抗體積變形的能力；水化早期少量水泥熟料水化，使?jié){體逐漸硬化（漿體結(jié)構(gòu)形成），后期水化持續(xù)進(jìn)行且速率較大（超細(xì)粉煤灰開始水化），大量水化產(chǎn)物填充于漿體孔隙中，使?jié){體結(jié)構(gòu)較為均勻、密實(shí)，漿體內(nèi)部應(yīng)力較小且分布均勻，從而改善了粉煤灰水泥漿體體積穩(wěn)定性和耐久性，同時(shí)降低水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗和污染物排放，有利于水泥企業(yè)降低生產(chǎn)成本。超細(xì)粉煤灰在水泥行業(yè)的廣泛應(yīng)用將極大地節(jié)約資源、能源消耗，減少CO2排放量，可有效推動“可持續(xù)發(fā)展”、“節(jié)能減排”、“低碳經(jīng)濟(jì)”等基本國策的實(shí)施，具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。

4　超細(xì)粉煤灰生產(chǎn)系統(tǒng)簡介

粉煤灰磨細(xì)系統(tǒng)一般采用球磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行粉磨，可分為開路系統(tǒng)和閉路系統(tǒng)兩種。開路系統(tǒng)具有操作簡單、維護(hù)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在國內(nèi)被廣泛采用，主要用于生產(chǎn)磨細(xì)II級灰。閉路系統(tǒng)具有產(chǎn)量高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，超細(xì)粉煤灰粉磨系統(tǒng)一般采用閉路系統(tǒng)。鑒于粉煤灰較難粉磨，球磨機(jī)一般選用超長型，選粉機(jī)可采用中國建筑材料研究總院研發(fā)的空氣噴射性選粉機(jī)，粉煤灰細(xì)度可以滿足比表面積≥600m2/kg，達(dá)到GB/T 51003-2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》要求［3］。

以年產(chǎn)30萬t超細(xì)粉煤灰為例，粉磨設(shè)備采用φ3.2×17.5m球磨機(jī)，磨機(jī)電機(jī)2250kW，兩端支撐方式采用滑履裝置支撐，研磨體約180t；選粉機(jī)選用JS-70空氣噴射性選粉機(jī)，處理風(fēng)量：140000～180000m3/h；磨細(xì)I級灰產(chǎn)量可達(dá)40～45t/h。目前，該系統(tǒng)已在陜西建業(yè)環(huán)保有限公司、寧夏錦繡集團(tuán)、安徽省淮南市永科新型建材有限公司等企業(yè)成功應(yīng)用，磨細(xì)I級灰粉磨電耗≤62kWh/t，生產(chǎn)線運(yùn)營良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，受到下游水泥企業(yè)及混凝土攪拌站的一致好評。

如發(fā)電企業(yè)考慮新建超細(xì)粉煤灰生產(chǎn)線，可以考慮在粉磨前增加粉煤灰分選設(shè)備，分選I級灰可直接作為成品銷售，將粉煤灰分選系統(tǒng)產(chǎn)生的粗灰用于生產(chǎn)超細(xì)粉煤灰，這樣可以節(jié)約全廠總電耗，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該系統(tǒng)也可以用來生產(chǎn)磨細(xì)II級灰，產(chǎn)量可提高到110～120t/h，粉磨電耗≤25kWh/t。生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鲂枨笄闆r生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化，提高企業(yè)適應(yīng)市場的能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力［4］。

5　投資及效益分析

仍以年產(chǎn)30萬t超細(xì)粉煤灰 （磨細(xì)I級灰）生產(chǎn)線為例，不考慮前端粉煤灰儲存及配料庫、后端成品儲存及散裝，僅粉磨車間設(shè)備投資約1200萬元，土建安裝工程投資約400萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用約100萬元，粉磨系統(tǒng)總投資約1700萬元。如考慮前端、后端裝置，預(yù)計(jì)總投資在3000萬元左右。

項(xiàng)目建成后，可年產(chǎn)磨細(xì)I級灰30萬t，按目前較為保守的市場價(jià)120元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可收入約3600萬元。根據(jù)該類企業(yè)生產(chǎn)過程消耗指標(biāo)，預(yù)計(jì)單位產(chǎn)品總成本費(fèi)用約為80元/t（見表1）。

表1　磨細(xì)Ⅰ級灰噸生產(chǎn)成本構(gòu)成表（單位：元/t）

經(jīng)初步測算，年產(chǎn)30萬t超細(xì)粉煤灰生產(chǎn)線正常生產(chǎn)，年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年利潤總額1200萬元，年利稅總額約600萬元，年凈利潤900萬元。項(xiàng)目財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率30%，靜態(tài)投資回收期約3.8年，生產(chǎn)能力達(dá)到總生產(chǎn)能力的40%即可實(shí)現(xiàn)盈虧平衡。

6　結(jié)語

粉煤灰的綜合利用已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，但隨著社會的發(fā)展，簡單的、粗放的綜合利用方式已經(jīng)不滿足時(shí)代的需要。超細(xì)粉煤灰具有良好的物理、化學(xué)性能，可以改善混凝土的性能，提高粉煤灰在水泥生產(chǎn)中的摻加量，降低下游企業(yè)生產(chǎn)成本。超細(xì)粉煤灰的大量使用既解決了粉煤灰的排放問題，也降低了水泥、混凝土生產(chǎn)過程中的能源消耗，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

［1］張輝.火電廠加裝粉煤灰磨細(xì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益分析［J］.價(jià)值工程，2013（33）.

［2］方景光.粉磨工藝及設(shè)備［M］.武漢理工大學(xué)出版社，2002，3.

［3］王福元，吳正嚴(yán).粉煤灰利用手冊［M］.中國電力出版社，2004（10）.

［4］張同生.水泥熟料與輔助性膠凝材料的優(yōu)化匹配［D］.華南理工大學(xué)，2012.