循环流化床粉煤灰和炉渣用于水泥生产的试验研究

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(山西国际电力集团 国金公司，山西 文水 032100)

引言

循环流化床粉煤灰和普通煤粉炉粉煤灰都是电厂燃煤产生的工业废渣，但由于锅炉技术、燃煤温度、原材料和环境等方面的差异，使得它们在化学成分、矿物组成、物理性质等方面有较大的差异。因此，将循环流化床粉煤灰大量运用于水泥生产，还需要对其基本特性进行分析。本文对循环流化床粉煤灰和循环流化床炉渣进行了初步的试验研究，并与煤粉炉粉煤灰进行了对比分析。

1 试验

1.1 原材料

试验采用两种水泥熟料、两种煤粉炉粉煤灰、一种循环流化床粉煤灰和一种循环流化床炉渣，具体原材料及来源为：①熟料：山西东义集团特种水泥有限公司(熟料1)和潞城市卓越水泥有限公司(熟料2)；②普通粉煤灰：山西兆光发电有限公司一单元300 MW发电机组(粉煤灰1)和二单元600 MW发电机组(粉煤灰2)，均由电收尘器收集；③循环流化床粉煤灰：山西耀光煤电有限公司200 MW发电机组(粉煤灰3)，由袋式收尘器收集；④炉渣：山西耀光煤电有限公司200 MW发电机组循环流化床炉渣(炉渣1)。原材料的技术指标见表1。

1.2 试验准备

(1)熟料：将熟料、石膏分别破碎，再按熟料∶石膏=95∶5的比例混合粉磨，制成熟料粉(即P·Ⅰ硅酸盐水泥)，测定其比表面积，将比表面积达到(350±20)m2/kg时所需时间，确定为粉磨时间。

表1 粉煤灰、炉渣的技术指标 %

按确定的粉磨时间，磨制试验所用熟料，充分搅拌均匀后备用。

(2)炉渣：经粉磨20 min后制成炉渣粉，测定其比表面积。

(3)粉煤灰：粉煤灰本身很细，不经粉磨直接使用，测定其比表面积。

(4)测定混合材(炉渣、粉煤灰)活性时，配料按：熟料(含石膏)∶混合材=70∶30，经充分混匀后，成型、养护，测定其强度。

1.3 检验目的及内容

1.3.1 检验目的

(1)检测粉煤灰、炉渣的物理化学性能。

(2)考察采用粉煤灰、炉渣做混合材时水泥需水量、凝结时间的变化。

(3)在不同粉煤灰、炉渣掺量下，水泥强度的下降幅度。

(4)判断粉煤灰、炉渣对不同熟料的适应性。

1.3.2 检验项目

(1)粉煤灰：烧失量、含水量、游离氧化钙、三氧化硫、安定性、活性指数。

(2)炉渣：烧失量、三氧化硫、安定性、活性指数。

(3)水泥：掺粉煤灰、炉渣的水泥细度、凝结时间、安定性、强度。粉煤灰、炉渣掺量分别为20%、25%、30%。

2 试验结果

试验用原材料情况见表2。

表2 试验用原材料情况

粉煤灰和炉渣的活性指数见表3，不同混合材掺量下的对比结果见表4，不同熟料在混合材掺量相同情况下的对比结果见表5。

表3 粉煤灰、炉渣的活性指数1)

表4 不同混合材掺量的对比结果

表5 不同熟料在混合材掺量相同情况下的对比结果

3 试验结果分析

3.1 粉煤灰、炉渣的细度与强度活性指数的关系

从所取的4个样品的细度和强度活性指数来看，比表面积越大，其活性越高，如图1所示。

当比表面积达到450～500 m2/kg时，活性指数较高。但是从表3可以看出，不同样品的活性指数相差很大，即粉煤灰或炉渣与熟料是否匹配是相当重要的。因此，对于粉煤灰或炉渣做混合材的研究要有针对性。

图1 比表面积与活性指数的关系

3.2 不同混合材掺量的对比分析

从表4试验结果来看，当采用循环流化床粉煤灰掺量在20%时，强度能达到52.5等级的要求；掺量在25%～30%时，其强度达到42.5等级的要求。采用循环流化床炉渣时，掺量从20%到30%强度变化幅度不大，均能达到42.5强度等级的要求。当混合材掺量达到 30%时，掺炉渣的效果要好于掺粉煤灰，尤其是3 d强度的优势更为明显。

3.3 混合材及掺量对水泥性能的影响

混合材及掺量对水泥强度的影响是备受关注的，但对强度之外的其他性能的影响也是不容忽视的。从表4和表5的试验结果进行分析，炉渣的性能优于粉煤灰，这主要表现在需水性和凝结时间方面。

(1)从需水性来看，炉渣掺量对需水性的影响不是很大，标准稠度用水量在26%左右。当炉渣掺量从20%增加到30%，水泥标准稠度用水量仅增加0.6%；与空白样相比增加3%左右。

粉煤灰掺量对需水性的影响则较为明显，当粉煤灰掺量在20%时，其标准稠度用水量与掺炉渣差异不大；但当掺量达到25%～30%时，需水量则高达30%以上，水泥的和易性、流动性和可塑性差。

(2)从凝结时间来看，炉渣掺量在20%～30%时，其初凝时间在2 h左右，终凝时间在3 h左右，较为理想。

但当掺粉煤灰时，粉煤灰掺量在20%～30%时，其初凝时间在4 h左右，终凝时间在6 h以上，在使用中对环境温度要求较高，对工期影响较大。

(3)对需水性和凝结时间的影响与选用的熟料关系不大。从表5可以看出，对于两种熟料，当炉渣掺量达到30%时，其标准稠度均在26%左右，初凝时间均在1.5 h左右，终凝时间将近3 h；当掺粉煤灰时，其标准稠度均在30%以上，初凝时间均在4 h以上，终凝时间均在6 h以上。

3.4 粉煤灰和炉渣的其他性能分析

(1)耀光煤电循环流化床粉煤灰、炉渣的活性指数高，完全可以满足水泥生产使用，虽然三氧化硫和游离氧化钙含量偏高，但只要电厂加强烟气脱硫工作，降低其含量是完全有可能的。

(2)兆光煤电的粉煤灰烧失量、三氧化硫、游离氧化钙、含水量等指标均符合国家标准的要求，可用于水泥生产，但其活性指数低于标准要求，主要原因是试验时使用的是原始状态的粉煤灰，其粒度偏粗，影响了其活性和水泥强度。

4 结论

4.1 将耀光煤电循环流化床粉煤灰、炉渣作为混合材掺入孝义东义熟料中，其掺量为30%时，水泥的各项指标均符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》中42.5等级水泥的规定，同时炉渣、粉煤灰的活性指数>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 循环流化床粉煤灰在水泥中的综合利用，既可以解决电厂的废渣堆放及环境污染问题，又可以大幅度地降低水泥生产成本，使产品具有较强的市场竞争力，具有较好的经济效益和社会效益。