脫硫粉煤灰綜合利用技術(shù)研究

楊學(xué)彥，胡海峰，郭 宇，楊捷先

(大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院股份有限公司，遼寧 大連 116028)

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐是一種對(duì)煤品質(zhì)要求較低，熱效率高且脫硫成本低的燃爐結(jié)構(gòu)，是近年來火力發(fā)電廠普遍采用和國(guó)家大力提倡的一種燃爐形式，在燃燒過程中可以向煤中添加脫硫劑實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫，但由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度只有800～900℃，將會(huì)產(chǎn)生大量的低活性脫硫粉煤灰和灰渣，此粉煤灰由于活性低、含鈣高、含硫高、需水量大，不能按普通低鈣粉煤灰的應(yīng)用方式直接應(yīng)用，為了響應(yīng)市政府、建委及節(jié)能處領(lǐng)導(dǎo)的號(hào)召，我院承擔(dān)了市循環(huán)流化床脫硫粉煤灰綜合利用技術(shù)研究的課題，成功通過實(shí)驗(yàn)研究為循環(huán)流化床脫硫粉煤灰尋找出了合適有效的利用途徑，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床脫硫灰綜合利用的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，切實(shí)有效的解決了脫硫灰的排放難問題.

1 研究技術(shù)路線制定

通過對(duì)脫硫粉煤灰的物理和化學(xué)性能的研究分析來看，其主要存在需水量大，塑性收縮大，鈣硫含量高，可能存在體積安定性等問題，根據(jù)其以上性能，制定了其在常規(guī)建材領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)可行性分析，并制定了相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)路線.

1.1 技術(shù)原理

脫硫粉煤灰在800～900℃煅燒時(shí)，煤內(nèi)有機(jī)物燃燒會(huì)形成疏松孔隙結(jié)構(gòu)和凝聚體，粉磨可以使疏松顆粒變的更小，減少孔隙量，同時(shí)，可以打碎凝聚體，粉煤灰燒成示意圖如圖1所示.

圖1 粉煤灰燒成示意圖

1.2 技術(shù)方案

將原狀灰通過球磨機(jī)進(jìn)行了15、30、60 min的粉磨，制得灰樣 F15、F30、F60.

1.3 性能分析

1.3.1 形貌變化

圖2為原狀灰和粉磨灰的SEM圖，從圖中可以看出，粉磨后能有效的打破絮凝體和細(xì)化粉煤灰顆粒.

1.3.2 粉度時(shí)間對(duì)比表面積的影響

圖3為原狀灰(0 min)和粉磨灰比表面積隨粉磨時(shí)間變化的曲線，由圖可以看出，F(xiàn)15、F30、F60的比表面積有了顯著提高，與原狀灰的511 m2/kg相比，F(xiàn)60的比表面積提高到了1 158 m2/kg，三種灰樣分別比原狀灰提高了 57.3%，109.5%和126.6%.孔隙率由原狀灰的 0.632 降至 0.598，此結(jié)果與SEM圖吻合.

圖2 原狀灰和粉磨灰的SEM圖

圖3 比表面積隨粉磨時(shí)間變化的曲線

1.3.3 需水量

由凈漿流動(dòng)度-需水量關(guān)系表(表1)可以看出，在135 mm相同流動(dòng)度時(shí)需水量由原狀灰的137 g降至F15的131 g和F30的127 g，經(jīng)過粉磨處理需水量得到顯著改善，F(xiàn)60灰由于比表面積較大，達(dá)到相同凈漿流動(dòng)度的需水量沒有顯著減小.

從膠砂流動(dòng)度與需水量的關(guān)系表可以看出，經(jīng)過粉磨處理的脫硫粉煤灰在砂漿中需水量也有了顯著的改善，F(xiàn)30的需水量已基本達(dá)到了華能II級(jí)灰的需水量水平.

表1 膠砂流動(dòng)度與需水量關(guān)系表

2 脫硫粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

2.1 粉磨時(shí)間對(duì)混凝土性能的影響

采用相同的混凝土配合比，對(duì)不同粉磨時(shí)間的粉煤灰樣進(jìn)行了性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2所示.

試驗(yàn)表明，脫硫粉煤灰經(jīng)粉磨后混凝土用水量顯著降低，粉磨時(shí)間30 min后灰的用水量基本達(dá)到華能II級(jí)灰的性能，較原狀灰有顯著改善，用水量降低12.4%，經(jīng)時(shí)坍落度損失有了明顯的改善，由原狀灰的1 h損失100 mm降至1 h損失30 mm左右，此坍落度和坍落度損失完全可以滿足預(yù)拌混凝土的要求.

表2 脫硫粉煤灰對(duì)混凝土用水量、坍落度和坍落度損失影響表

2.2 摻量對(duì)混凝土新拌性能的影響

分別將F30灰樣與華能II級(jí)灰在取代水泥量10%、20%、30%、40%進(jìn)行了新拌性能對(duì)比試驗(yàn)，比較不同摻量下對(duì)混凝土新拌性能的影響情況(見表3).

表3 摻量對(duì)混凝土新拌性能的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可見，F(xiàn)30灰樣隨摻量增大混凝土單方用水量有所提高，與華能灰相比，在相同摻量時(shí)用水量約提高3～5kg，出機(jī)坍落度和坍落度損失基本能夠滿足泵送混凝土的要求，但摻量達(dá)40%時(shí)，脫硫粉煤灰的經(jīng)時(shí)坍落度損失明顯增大，因此，粉磨30 min以內(nèi)的脫硫粉煤灰在進(jìn)行泵送混凝土配制時(shí)不宜超過40%.脫硫粉煤灰與華能灰對(duì)比對(duì)混凝土含氣量影響不大，并未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，摻脫硫粉煤灰混凝土的凝結(jié)時(shí)間較華能粉煤灰混凝土有所縮短，經(jīng)過多次不同粉磨時(shí)間和不同摻量的脫硫粉煤灰試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)假凝或速凝等現(xiàn)象.試驗(yàn)表明，經(jīng)30 min粉磨處理的脫硫粉煤灰在40%以下?lián)搅繉?duì)新拌混凝土性能基本無影響，可以滿足混凝土的泵送需求.

3 結(jié)論

(1)物理粉磨是一種解決脫硫粉煤灰的需水量問題的有效途徑，控制脫硫粉煤灰比表面積在900～1 000 m2/kg，需水量基本達(dá)到普通二級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)要求;

(2)脫硫粉煤灰經(jīng)粉磨后混凝土用水量顯著降低，粉磨時(shí)間30 min后灰的用水量基本達(dá)到華能II級(jí)灰的性能，較原狀灰有顯著改善，用水量降低12.4%，經(jīng)時(shí)坍落度損失有了明顯的改善，由原狀灰的1 h損失100 mm降至1 h損失30 mm;

(3)粉磨30 min以內(nèi)的脫硫粉煤灰在進(jìn)行泵送混凝土配制時(shí)不宜超過40%.

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