煤粉爐聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料試驗(yàn)研究.pdf

1、燃煤電力工業(yè)在向社會提供潔凈電力的同時(shí)，其產(chǎn)生的巨量粉煤灰對環(huán)境和生態(tài)造成了巨大壓力。開展粉煤灰綜合利用研究，實(shí)現(xiàn)粉煤灰資源化、減量化和效益化，成為緩解環(huán)境生態(tài)壓力，解決資源短缺矛盾的重要舉措。目前開展的煤粉爐聯(lián)產(chǎn)水泥熟料技術(shù)研究，其創(chuàng)新之處在于將燃煤電力工業(yè)與水泥工業(yè)納入循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)粉煤灰的源利用。 為了科學(xué)合理的確定煤粉爐聯(lián)產(chǎn)水泥熟料的系列和品種。本文在分析煤粉爐聯(lián)產(chǎn)水泥熟料技術(shù)研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)之上，對不同種類水泥及其熟料

2、的原料特點(diǎn)、燒成條件、化學(xué)組成、礦物種類和水化特性開展了比較分析，對煤灰成分與水泥硅鋁質(zhì)原料的化學(xué)組成特點(diǎn)進(jìn)行了對照分析，對煤粉爐聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽、鋁酸鹽和硫鋁酸鹽等傳統(tǒng)水泥熟料存在的問題進(jìn)行了理論分析。將具有低堿度、低燒成溫度和良好水化性能的Q相礦物引入煤粉爐聯(lián)產(chǎn)水泥熟料技術(shù)，提出了煤粉爐聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料的試驗(yàn)構(gòu)想，按照煤質(zhì)特性擬定了煤粉爐聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料的分類原則。 為了探尋Q相礦物的形成機(jī)制，本文在實(shí)驗(yàn)室高溫爐開展了鈣鋁黃長石2

3、CaO·Al2O3·SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)镼相礦物的試驗(yàn)研究，并以此為基礎(chǔ)，在模擬煤粉爐的兩段多相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺，以長廣煤和兗州煤為試驗(yàn)煤種，進(jìn)行了煤粉爐聯(lián)產(chǎn)改性粉煤灰礦物生成規(guī)律試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：2CaO·Al2O3·SiO2能與適量CaO和MgO反應(yīng)生成具有良好水化活性的Q相礦物；高硫長廣煤和低硫兗州煤，隨其混合煤粉添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的調(diào)整，改性粉煤灰礦物組成由非活性成分占主體，逐漸過渡為礦物組成出現(xiàn)少量水泥熟料礦物，直至礦物組成由水泥熟料礦

4、物占主體且出現(xiàn)目標(biāo)礦物Q相。改性粉煤灰礦物生成規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了高硫煤和低硫煤聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料的可行性。 為了獲得煤粉爐聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料煅燒制度，本文選取長廣煤為試驗(yàn)煤種，在兩段多相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺，開展了煅燒溫度、物料停留時(shí)間、混合煤粉制備方式、爐內(nèi)氣氛和鈣基添加劑形式等影響因素試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：在本試驗(yàn)研究條件下，實(shí)驗(yàn)臺爐內(nèi)溫度設(shè)定為1330℃，物料在爐內(nèi)停留6.94s是熟料礦物燒成反應(yīng)的最佳條件，熟料礦物生成反應(yīng)較為充分

5、；在一定范圍內(nèi)，煤粉與添加劑粒度越小、粒度篩分級差越大，愈有利于混合煤粉中礦物質(zhì)與添加劑發(fā)生水泥熟料礦物生成反應(yīng)；高硫煤聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料，爐內(nèi)還原性氣氛對熟料礦物3CaO·3Al2O3·CaSO4的生成反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，而對Q相礦物的生成反應(yīng)有促進(jìn)作用；用CaCO3替代CaO配料聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料，熟料礦物組成中有Q相礦物存在，但熟料礦物生成反應(yīng)不徹底，還需進(jìn)一步開展煤粉爐聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料鈣基添加劑形式及摻加工藝的研究。 為了判斷

6、煤粉爐聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料對鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響，本文以長廣煤和兗州煤為試驗(yàn)煤種，開展了混合煤粉燃燒及熔融特性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著添加劑比例的增加，混合煤粉燃燒熱失重速率曲線相對原狀煤粉而言變得愈為平緩；混合煤粉燃燒速率降低，燃燒明顯分為兩個(gè)階段，且燃燒后移趨勢增大；混合煤粉著火溫度提高，著火延遲時(shí)間變長，穩(wěn)定性降低；混合煤粉放熱量減少，燃盡時(shí)間延長?；旌厦悍刍胰廴谔匦栽囼?yàn)結(jié)果表明：隨添加劑CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在一定范圍內(nèi)的逐漸增加

7、，混合煤粉熔融特性溫度呈現(xiàn)V型變化規(guī)律；長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)Q相水泥熟料，其結(jié)渣趨勢較原狀煤都有一定程度的降低。對混合煤粉煤灰軟化溫度礦物組成進(jìn)行了XRD分析，并利用CaO-Al2O3-SiO2三元系統(tǒng)相圖，對煤灰熔融特性溫度變化規(guī)律開展了機(jī)理分析。分析表明，隨著混合煤粉添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，煤灰礦物組成中出現(xiàn)低溫共融體是煤灰熔融特性溫度降低的主要原因。 本文對長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)熟料樣品礦物組成進(jìn)行了XRD定量分析，結(jié)果顯示聯(lián)產(chǎn)熟料

8、樣品礦物組成以2CaO·SiO2和Q相為主。長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)熟料樣品2CaO·SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為57.2％和46％，Q相礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為27.2％和32.1％?？紤]到熟料樣品礦物組成中貝利特和Q相礦物的雙重特性，本文將聯(lián)產(chǎn)熟料定位為貝利特-Q相水泥熟料。聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，其砂漿試樣各齡期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度接近32.5普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料中摻入30％的硅酸鹽水泥熟料時(shí)，其砂漿

9、試樣各齡期強(qiáng)度超過了32.5普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)；聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料膨脹性能、安定性和凝結(jié)時(shí)間符合水泥產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料，水化3d就出現(xiàn)2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O、xCaO·SiO2·yH2O和Al2O3·3H2O等水化產(chǎn)物。且隨著水化齡期的延長，2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·CASO4·12H2O、3CaO·Al2O3·6H2O等水化產(chǎn)

10、物逐漸占據(jù)主體。煤粉爐聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料能兼收一定的固硫效果，熟料樣品游離CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合水泥熟料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 本文在混合煤粉球形聚合顆粒假設(shè)前提下，將煤粉爐聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料過程簡化為混合煤粉球形聚合顆?；一^程。對煤中礦物質(zhì)高溫?zé)岱磻?yīng)行為，以及長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料化學(xué)組成進(jìn)行了分析研究。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，對Q相礦物熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了估算。對長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料化學(xué)組成可能發(fā)生的礦物生

11、成反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，對熟料礦物生成反應(yīng)優(yōu)先順序進(jìn)行了比較，對可能生成的熟料礦物種類進(jìn)行了理論分析。聯(lián)產(chǎn)熟料化學(xué)組成礦物生成反應(yīng)熱力學(xué)分析結(jié)論，與長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)試驗(yàn)熟料礦物組成事實(shí)基本一致。采用金斯特林格方程對長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料過程進(jìn)行了動力學(xué)分析。初步確立了長廣煤和兗州煤聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料礦物形成化學(xué)。 本文以一臺330MW機(jī)組1004(t.h-1)煤粉爐為對象，對其實(shí)施聯(lián)產(chǎn)貝利特-Q相水泥熟料