煤粉爐聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料試驗研究.pdf

1、燃煤電力工業(yè)在向社會提供潔凈電力的同時，其產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)產水泥熟料技術研究，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)經濟環(huán)節(jié)，實現(xiàn)粉煤灰的源利用。 為了科學合理的確定煤粉爐聯(lián)產水泥熟料的系列和品種。本文在分析煤粉爐聯(lián)產水泥熟料技術研究現(xiàn)狀基礎之上，對不同種類水泥及其熟料

2、的原料特點、燒成條件、化學組成、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原料的化學組成特點進行了對照分析，對煤粉爐聯(lián)產硅酸鹽、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)產水泥熟料技術，提出了煤粉爐聯(lián)產Q相水泥熟料的試驗構想，按照煤質特性擬定了煤粉爐聯(lián)產Q相水泥熟料的分類原則。 為了探尋Q相礦物的形成機制，本文在實驗室高溫爐開展了鈣鋁黃長石2

3、CaO·Al2O3·SiO2轉變?yōu)镼相礦物的試驗研究，并以此為基礎，在模擬煤粉爐的兩段多相反應實驗臺，以長廣煤和兗州煤為試驗煤種，進行了煤粉爐聯(lián)產改性粉煤灰礦物生成規(guī)律試驗研究。試驗結果表明：2CaO·Al2O3·SiO2能與適量CaO和MgO反應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量分數的調整，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)目標礦物Q相。改性粉煤灰礦物生成規(guī)律試驗結果，驗證了高硫煤和低硫煤聯(lián)產Q相水泥熟料的可行性。 為了獲得煤粉爐聯(lián)產Q相水泥熟料煅燒制度，本文選取長廣煤為試驗煤種，在兩段多相反應實驗臺，開展了煅燒溫度、物料停留時間、混合煤粉制備方式、爐內氣氛和鈣基添加劑形式等影響因素試驗研究。試驗結果表明：在本試驗研究條件下，實驗臺爐內溫度設定為1330℃，物料在爐內停留6.94s是熟料礦物燒成反應的最佳條件，熟料礦物生成反應較為充分

5、；在一定范圍內，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與添加劑發(fā)生水泥熟料礦物生成反應；高硫煤聯(lián)產Q相水泥熟料，爐內還原性氣氛對熟料礦物3CaO·3Al2O3·CaSO4的生成反應產生負面影響，而對Q相礦物的生成反應有促進作用；用CaCO3替代CaO配料聯(lián)產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不徹底，還需進一步開展煤粉爐聯(lián)產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Q相水泥熟料對鍋爐系統(tǒng)運行可能產生的影響，本文以長廣煤和兗州煤為試驗煤種，開展了混合煤粉燃燒及熔融特性試驗研究。試驗結果表明：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，著火延遲時間變長，穩(wěn)定性降低；混合煤粉放熱量減少，燃盡時間延長?；旌厦悍刍胰廴谔匦栽囼灲Y果表明：隨添加劑CaO質量分數在一定范圍內的逐漸增加

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Q相水泥熟料，其結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)律開展了機理分析。分析表明，隨著混合煤粉添加劑質量分數變化，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)產熟料樣品礦物組成進行了XRD定量分析，結果顯示聯(lián)產熟料

8、樣品礦物組成以2CaO·SiO2和Q相為主。長廣煤和兗州煤聯(lián)產熟料樣品2CaO·SiO2的質量分數分別為57.2％和46％，Q相礦物質量分數分別為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)產熟料定位為貝利特-Q相水泥熟料。聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料砂漿強度試驗結果表明，其砂漿試樣各齡期抗壓強度和抗折強度接近32.5普通硅酸鹽水泥標準；當聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料中摻入30％的硅酸鹽水泥熟料時，其砂漿

9、試樣各齡期強度超過了32.5普通硅酸鹽水泥標準；聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料膨脹性能、安定性和凝結時間符合水泥產品相關標準。聯(lián)產貝利特-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

10、物逐漸占據主體。煤粉爐聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料能兼收一定的固硫效果，熟料樣品游離CaO質量分數符合水泥熟料產品標準。 本文在混合煤粉球形聚合顆粒假設前提下，將煤粉爐聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料過程簡化為混合煤粉球形聚合顆?；一^程。對煤中礦物質高溫熱反應行為，以及長廣煤和兗州煤聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料化學組成進行了分析研究。依據經驗公式，對Q相礦物熱力學數據進行了估算。對長廣煤和兗州煤聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料化學組成可能發(fā)生的礦物生

11、成反應進行了熱力學計算，對熟料礦物生成反應優(yōu)先順序進行了比較，對可能生成的熟料礦物種類進行了理論分析。聯(lián)產熟料化學組成礦物生成反應熱力學分析結論，與長廣煤和兗州煤聯(lián)產試驗熟料礦物組成事實基本一致。采用金斯特林格方程對長廣煤和兗州煤聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料過程進行了動力學分析。初步確立了長廣煤和兗州煤聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料礦物形成化學。 本文以一臺330MW機組1004(t.h-1)煤粉爐為對象，對其實施聯(lián)產貝利特-Q相水泥熟料