论文部分内容阅读
循环流化床燃烧(CFBC)技术是一项清洁燃煤技术，可以控制氮氧化物的排放，并可同时进行炉内喷钙脱硫，国内外已经把发展该技术作为燃用劣质燃料及脱硫降硝、解决大气污染的一个重要手段。但由于其燃烧的副产物——CFBC脱硫灰与普通煤粉炉产生的低钙粉煤灰有一定的区别，其综合利用技术还不是很成熟，使得多数的CFBC脱硫灰只能以堆存为主，这不仅占用大量的土地资源、污染环境，还制约了循环流化床燃烧技术的推广。因此如何解决CFBC脱硫灰的利用问题对循环流化床燃烧技术的推广非常重要。而金陵石化热电厂所排的煤和高硫石油焦混烧的CFBC脱硫灰在国内外也很少见，研究开发这类灰的应用，不仅对该电厂的发展至关重要，而且对其它类似企业也可以起到借鉴作用。因此本文以该电厂CFBC脱硫灰为研究对象，首先利用先进测试手段对其基本物理化学特性进行研究，然后针对这类灰的特点进行应用技术的开发，从而为相关企业应用CFBC脱硫灰提供理论指导和技术支持。本文的研究内容和研究结果主要包括以下几个部分：
1) CFBC脱硫灰的理化性能是其综合利用的基础，决定了其利用范围和利用方式，是评价其品质的重要依据。本文采用X射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)、激光粒度仪以及一些常规测试手段对金陵石化热电厂掺烧高硫石油焦的CFBC脱硫灰的化学成分、矿物相、颗粒形貌、粒度分布以及需水量比、活性指数等指标进行了分析。结果表明，CFBC脱硫灰的化学成分波动较大，与普通低钙粉煤灰相比，以CaO、SO3含量高为特征；其矿物相主要为α-石英、石膏、方解石、生石灰、赤铁矿、钠长石以及氢氧化钙；由于循环流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)锅炉的燃烧温度较低，使得CFBC脱硫灰的形貌以不规则颗粒为主，几乎未见珠形颗粒，因此需水量比较大；CFBC脱硫灰活性指数波动较大，其大小主要受化学成分和需水量比的影响。
2) 粉磨是优化、改善粉煤灰性能的一个重要手段。本文采用试验室小型球磨机对CFBC脱硫灰进行了粉磨试验，研究了粉磨后CFBC脱硫灰性能的变化。研究表明，根据CFBC脱硫狄在粉磨过程中的细度(筛余量和比表面积)变化趋势，可将其划分为三个变化阶段——细度快速变化、细度缓慢变化以及细度变化相对停滞期。磨细CFBC脱硫灰的需水量比随着粉磨时间的延长逐渐降低，当降低到一定程度后又会有所上升，若以最低需水量比为判定标准，则50min为最佳的粉磨时间，此时磨细灰的45μm筛余量在6.3％左右。另外研究发现掺磨细CFBC脱硫灰的水泥胶砂强度其并非随粉磨时间的延长呈直线增长，其与粉磨时间呈二次多项式的关系变化，掺磨细CFBC脱硫灰的水泥胶砂强度主要受CFBC脱硫灰的需水量比影响。不同粉磨时间的磨细CFBC脱硫灰对水泥胶砂的强度贡献值是不同的，如在养护60d时，在粉磨时间为10min以前，磨细CFBC脱硫灰对水泥胶砂的强度贡献值约为5MPa～10MPa，而在粉磨时间为20min～70min时，磨细CFBC脱硫灰对水泥胶砂的强度贡献值10MPa～15MPa左右。另外随着粉磨时间的延长，磨细CFBC脱硫灰的主要晶体矿物的衍射强度逐渐减弱，峰宽逐渐增大，有非晶化的趋势：磨细CFBC脱硫灰的pH值大于原灰的，而且随着粉磨时间的延长，其pH值有增加的趋势。
3) 粉煤灰作为生产水泥的混合材也是其应用的一个方向。采用将CFBC脱硫灰与水泥熟料混合粉磨以及二者单独粉磨再混合两种方式进行了试验室生产粉煤灰水泥的研究。结果表明，以混合粉磨方式生产的粉煤灰水泥强度高于两者单独粉磨后再混合所生产的粉煤灰水泥强度，因此建议实际应用中采取CFBC脱硫灰与水泥熟料混合粉磨的方式进行粉煤灰水泥的生产。另外研究发现对于CFBC脱硫灰与水泥混合粉磨生产的粉煤灰水泥，粉磨时间和CFBC脱硫灰掺量是影响粉煤灰水泥强度的显著因素，石膏掺量对粉煤灰水泥强度的影响不明显。通过调节CFBC脱硫灰的掺量和混合粉磨的时间，使所磨水泥成品的比表面积达到530m2/kg—640m2/kg，则利用CFBC脱硫灰既可以生产32.5级粉煤灰水泥又可以生产42.5级粉煤灰水泥。
4) 粉煤灰作为沥青混凝土的填料也是其在道路工程中应用的一个方向。本文以金陵石化热电厂掺烧高硫石油焦的CFBC脱硫灰为例，利用其代替常规沥青混凝土填料CaCO3矿粉，并对二者进行了一系列对比研究，包括基本性能、对沥青性能的影响、对沥青混凝土性能的影响以及优化沥青混凝土性能的机理等四个方面。结果表明，掺CFBC脱硫灰的沥青较掺矿粉的沥青在针入度、软化点、粘度以及抗老化性能方面都得到了优化；CFBC脱硫灰较矿粉更有利于提高沥青混凝土的高温稳定性、抗车辙能力和低温抗裂性，完全可以作为沥青混凝土的填料。CFBC脱硫颗粒表面不同的孔隙及表面能分布、微孔的微型沥青贮存缓冲库效应、表面含有或吸附的碳以及其中含有的大量f—CaO等，是其作为填料能改善沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性的主要原因。CFBC脱硫灰在AC-161沥青混凝上中以与矿粉等体积比为最佳掺量值，而在AC-13I沥青混凝土中以与矿粉等重量比为最佳掺量。
5) CFBC脱硫灰掺入水泥浆体中必然会对水泥的水化产生影响，从而影响到掺CFBC脱硫灰水泥基材料的强度。本文采用CFBC脱硫灰不同的掺量，研究了水胶比、温度等对水泥水化的影响。结果表明，与掺普通粉煤灰的水泥浆体类似，掺CFBC脱硫灰的硬化水泥浆体的结合水量和CFBC脱硫灰的反应率都随着养护龄期的延长而增大，随着CFBC脱硫灰掺量的增加而减小，随着水胶比、养护温度的升高而增加。而且CFBC脱硫灰的反应率与硬化浆体中Ca(OH)2减少量之间存在一定的线性关系。掺CFBC脱硫灰的硬化水泥浆体的水化产物主要是钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C—S—H)，零星可见Ca(OH)2穿叉在其中，而且大部分C—S—H以粒状存在；纯水泥的水化产物主要是C—S—H，呈网络状分布。掺CFBC脱硫灰的硬化水泥浆体的孔隙率明显大于纯水泥水化浆体的，这是掺CFBC脱硫灰的硬化水泥浆体的抗压强度小于纯水泥的主要原因。