超细粉煤灰粉磨系统初探

李忠文　尹星

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

超细粉煤灰粉磨系统初探

李忠文尹星

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

通过对超细粉煤灰粉磨系统的建设必要性、应用前景、生产系统配置、投资及经济效益进行分析，提出了新时期粉煤灰资源综合利用的新思路、新方法，项目的建设具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，在火力发电行业、建材行业具有一定的推广价值。

粉煤灰；超细粉煤灰；粉磨；资源综合利用

1　超细粉煤灰粉磨系统的必要性

粉煤灰是火力发电厂生产过程中排放的工业副产品，具有排放量大、占地面积大、易扬尘等特点。近年来，全国多地连续出现雾霾、扬尘天气之后，全国各地都加大了对高耗能、高污染企业的整治力度，满足环保要求已经成为一个企业立足和发展的必要条件。对于火电企业而言，粉煤灰的综合利用不仅是挖掘内部潜力、提高经济效益的有效方法，也是减少污染物排放、改善环境的必要措施。

目前，建材行业是消纳粉煤灰的主力军，水泥企业、粉煤灰砖厂消耗了每年产生的70%以上的粉煤灰。随着用电量的不断攀升，发电企业粉煤灰排放量持续增大，但下游水泥企业、粉煤灰砖厂受房地产行业不景气的影响普遍开工率不足，粉煤灰消耗量逐年减少，粉煤灰销售价格也一落千丈。粉煤灰排放问题再一次摆在了发电企业和政府面前，如何进一步提高粉煤灰资源综合利用水平已经成为亟待解决的问题［1］。

2　粉煤灰的分类

粉煤灰是指煤粉炉烟道收集的粉末，粉煤灰按煤种和氧化钙含量可以分为F类和C类。F类粉煤灰是指由无烟煤及烟煤燃烧产生的飞灰，C类粉煤灰是指由褐煤及次烟煤燃烧产生的飞灰（氧化钙含量一般大于10%），采用物理方法将粉煤灰磨细后，称之为磨细粉煤灰。

根据GB/T51003-2014《矿物掺合料应用技术规范》，磨细粉煤灰根据细度、需水量比、烧失量的不同可以分为磨细I级灰和磨细II级灰。磨细I级灰需要满足比表面积≥600m2/kg、需水量比≤95%、烧失量≤5%。磨细II级灰需要满足比表面积≥400m2/kg、需水量比≤105%、烧失量≤8%。本文所指的超细粉煤灰即是磨细I级灰。

3　超细粉煤灰的应用

当粉煤灰磨细在400～600m2/kg时，伴随比表面积的增大，粉煤灰活性有所增加。粉煤灰发挥作用的因素是化学因素，由于受煤种、粉磨、煅烧、冷却等因素的影响，粉煤灰的活性差异比较大，质量处于无序状态。当粉煤灰进一步磨细，比表面积在600m2/kg以上时，粉煤灰受化学作用的影响减小，物理作用（细度及颗粒形态）得以充分发挥，从而使得粉煤灰质量稳定有序，需水量比普遍降低10%，可以极大地改善粉煤灰性能。

3.1在混凝土行业的应用

据大量实验表明，超细粉煤灰在混凝土中的性能优势较普通粉煤灰更为明显。配置普通或者高性能混凝土时，能大大改善混凝土的耐久性、耐高温性，不沁水、不开裂，在一定掺量范围内不仅可以满足混凝土的强度要求，而且在长时间标准养护条件下还表现出比普通混凝土更高的强度。超细粉煤灰代替部分水泥在混凝土中的应用，既能满足生产和生活对混凝土的安全使用要求，也能降低混凝土搅拌站的生产成本。经混凝土搅拌站实际化验数据验证，比表面积≥600m2/kg的超细粉煤灰需水量比≤85%，远低于分选一级灰需水量比92%，更低于粉煤灰原灰需水量比98%，故超细粉煤灰在混凝土搅拌站具有较好的利用前景［2］。在矿渣资源相对紧缺的地区，超细粉煤灰可以替代S95级矿粉，超细粉煤灰生产企业也将获得超额的利润。

3.2在水泥行业的应用

在水泥生产中，超细粉煤灰可以优化水泥的配比。F类粉煤灰活性相对较低，故在水泥中的掺加量受到严格限制。超细粉煤灰的出现可有效弥补上述缺陷，采用超细粉煤灰可生产低熟料用量、高性能粉煤灰水泥，该水泥品种具有良好的体积稳定性和耐久性，其主要原因是：粉煤灰水泥的水化产物多为外部水化产物，引起的化学收缩较小，K+、Na+进入C-A-S-H凝胶层间，水化产物层间结合力增强，从而提高了水化产物抵抗体积变形的能力；水化早期少量水泥熟料水化，使浆体逐渐硬化（浆体结构形成），后期水化持续进行且速率较大（超细粉煤灰开始水化），大量水化产物填充于浆体孔隙中，使浆体结构较为均匀、密实，浆体内部应力较小且分布均匀，从而改善了粉煤灰水泥浆体体积稳定性和耐久性，同时降低水泥生产过程中的能源消耗和污染物排放，有利于水泥企业降低生产成本。超细粉煤灰在水泥行业的广泛应用将极大地节约资源、能源消耗，减少CO2排放量，可有效推动“可持续发展”、“节能减排”、“低碳经济”等基本国策的实施，具有良好的经济、生态和社会效益。

4　超细粉煤灰生产系统简介

粉煤灰磨细系统一般采用球磨机系统进行粉磨，可分为开路系统和闭路系统两种。开路系统具有操作简单、维护成本低等诸多优点，目前在国内被广泛采用，主要用于生产磨细II级灰。闭路系统具有产量高、能耗低、产品质量稳定等特点，超细粉煤灰粉磨系统一般采用闭路系统。鉴于粉煤灰较难粉磨，球磨机一般选用超长型，选粉机可采用中国建筑材料研究总院研发的空气喷射性选粉机，粉煤灰细度可以满足比表面积≥600m2/kg，达到GB/T 51003-2014《矿物掺合料应用技术规范》要求［3］。

以年产30万t超细粉煤灰为例，粉磨设备采用φ3.2×17.5m球磨机，磨机电机2250kW，两端支撑方式采用滑履装置支撑，研磨体约180t；选粉机选用JS-70空气喷射性选粉机，处理风量：140000～180000m3/h；磨细I级灰产量可达40～45t/h。目前，该系统已在陕西建业环保有限公司、宁夏锦绣集团、安徽省淮南市永科新型建材有限公司等企业成功应用，磨细I级灰粉磨电耗≤62kWh/t，生产线运营良好，产品质量稳定，受到下游水泥企业及混凝土搅拌站的一致好评。

如发电企业考虑新建超细粉煤灰生产线，可以考虑在粉磨前增加粉煤灰分选设备，分选I级灰可直接作为成品销售，将粉煤灰分选系统产生的粗灰用于生产超细粉煤灰，这样可以节约全厂总电耗，产生更好的经济效益。另外，该系统也可以用来生产磨细II级灰，产量可提高到110～120t/h，粉磨电耗≤25kWh/t。生产企业可以根据当地市场需求情况生产不同的产品，实现产品的多样化，提高企业适应市场的能力和抗风险能力［4］。

5　投资及效益分析

仍以年产30万t超细粉煤灰 （磨细I级灰）生产线为例，不考虑前端粉煤灰储存及配料库、后端成品储存及散装，仅粉磨车间设备投资约1200万元，土建安装工程投资约400万元，工程建设其他费用约100万元，粉磨系统总投资约1700万元。如考虑前端、后端装置，预计总投资在3000万元左右。

项目建成后，可年产磨细I级灰30万t，按目前较为保守的市场价120元/t计算，预计每年可收入约3600万元。根据该类企业生产过程消耗指标，预计单位产品总成本费用约为80元/t（见表1）。

表1　磨细Ⅰ级灰吨生产成本构成表（单位：元/t）

经初步测算，年产30万t超细粉煤灰生产线正常生产，年预计可实现年利润总额1200万元，年利税总额约600万元，年净利润900万元。项目财务内部收益率30%，静态投资回收期约3.8年，生产能力达到总生产能力的40%即可实现盈亏平衡。

6　结语

粉煤灰的综合利用已经有数十年的历史，但随着社会的发展，简单的、粗放的综合利用方式已经不满足时代的需要。超细粉煤灰具有良好的物理、化学性能，可以改善混凝土的性能，提高粉煤灰在水泥生产中的掺加量，降低下游企业生产成本。超细粉煤灰的大量使用既解决了粉煤灰的排放问题，也降低了水泥、混凝土生产过程中的能源消耗，具有良好的环境效益和社会效益。

［1］张辉.火电厂加装粉煤灰磨细系统的经济效益及社会效益分析［J］.价值工程，2013（33）.

［2］方景光.粉磨工艺及设备［M］.武汉理工大学出版社，2002，3.

［3］王福元，吴正严.粉煤灰利用手册［M］.中国电力出版社，2004（10）.

［4］张同生.水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配［D］.华南理工大学，2012.