论文部分内容阅读
循环流化床燃烧(CFBC)技术作为一种清洁燃烧技术，通过采用炉内喷钙工艺可以方便地实现脱硫，而且它的NOx排放量也较低，是国家重点推广的清洁燃烧技术之一。但CFBC锅炉排放的脱硫粉煤灰与普通煤粉炉粉煤灰在性能上具有非常大的差异，导致了煤粉粉煤灰应用技术难以应用于CFBC脱硫灰，目前CFBC脱硫灰大多堆放在灰场而难以利用。如不解决CFBC脱硫灰的利用问题，不仅容易造成环境污染，而且也制约了CFBC技术的推广，本文以金陵石化热电厂所排放的煤和高硫石油焦混烧的CFBC脱硫灰(以下均简称为CFBC脱硫灰)作为研究对象，对其理化性能，特别是自硬性及自硬机理进行了详细研究，并对其利用技术作了初步的探讨。本文的研究内容和研究结论主要包括以下几个方面：
一、CFBC脱硫灰的理化性能。(1)本文通过XRD、SEM和FT—IR等测试手段详细地研究了CFBC脱硫灰的化学成分、矿物相组成和微观形貌。研究表明，与煤粉炉粉煤灰相比，CFBC脱硫灰的f—CaO、SO3和LOI含量高，而且它们的含量随着CFBC脱硫灰粒径的减小而增大；其矿物相主要是α-石英、硬石膏和石灰，以及含有少量的方解石、钙长石、莫来石、钙铝黄长石、赤铁矿、硅酸二钙和透辉石等矿物，玻璃相含量较少，α-石英和钙长石等矿物主要集中在＞80μm的颗粒中，而硬石膏、石灰和方解石等则主要分布在＜45μm的颗粒中；CFBC脱硫灰的颗粒形貌以不规则颗粒为主，未见球形颗粒，不规则颗粒主要是残余碳、煤灰、石灰石、生石灰以及硬石膏等颗粒。(2)CFBC脱硫灰的活性硅和活性铝含量非常高，其活性硅的含量约为6～9％，活性铝的含量约为2.5～7％，CFBC脱硫灰中的CaO含量越高则活性硅和活性铝的含量也越高。CFBC脱硫灰的活性硅和活性铝的含量约是煤粉炉低钙粉煤灰的5～9.7倍(硅)和1.4～5.1倍(铝)。CFBC脱硫灰中的硫酸钙溶出速率快，1h的溶出率超过67～88％，但很快就达到最大溶出率，在约6h后溶出率开始下降。
二、CFBC脱硫灰的自硬性。(1)CFBC脱硫灰均具有自硬性，其自硬强度受脱硫灰中f—CaO含量、SO3含量和细度的影响。自硬强度随着SO3的增加而增高，而f—CaO含量则存在最佳含量，对于本研究，最佳含量约为13～15％。细度越细则自硬强度越高；水灰比越低自硬强度越高，成型水灰比每降低0.10，其7d抗压强度约增加1～1.7倍，28d抗压强度增加约0.62～0.70倍。(2)CFBC脱硫灰硬化浆体在养护过程中会发生膨胀，膨胀率随着龄期的延长而增大，水灰比越高则膨胀率越低。在水中养护时膨胀率最高，在9d时其膨胀率已超过1％，在28d时超过4％，而在湿空气中养护的膨胀率不超过0.6％。(3)CFBC脱硫灰能够自硬主要是由于：(1)生石灰的消解；(2)钙矾石的生成：和(3)水化硅酸钙的生成。(4)CFBC脱硫灰的水化产物主要为氢氧化钙、二水石膏、钙矾石和水化硅酸钙；氢氧化钙、钙矾石和水化硅酸钙在水化1h内就已生成，而硬石膏水化生成二水石膏的过程主要是在水化3d至7d内进行的。
三、CFBC脱硫灰的应用。(1)利用CFBC脱硫灰制备胶凝材料(CFC胶凝材料)时，以CFBC脱硫灰60％，煅烧石膏15％，硅酸盐水泥15％和低钙粉煤灰10％时的强度最高，掺加1％硫酸铝钾、硫酸钠或硫酸亚铁均可以使CFC胶凝材料的7d抗压强度＞10MPa，28d抗压强度＞20MPa，而且后期强度能够继续增长。CFC胶凝材料适合在湿空气中养护，在水中养护会导致其强度下降和膨胀率增加，但其水稳定性远优于CFBC脱硫灰浆体。在水中养护时其28d抗压强度可达湿空气养护样的91％，而膨胀率约增加47％(28d)和81％(180d)，但其膨胀率并不高，180d时仅为0.52％。提高温度有利于提高CFC胶凝材料的强度，在80℃湿空气养护1d后，其抗压强度可达常温湿空气养护28d抗压强度的98％，继续在常温湿养护至90d的抗压强度为常温湿空气养护90d的1.55倍。(2)利用磨细CFBC脱硫灰和少量外加剂制备的土壤固化剂，在掺量为8％时，固化土的7d饱水无侧限抗压强度达到2.10MPa，28d饱水无侧限抗压强度达2.55MPa，可以用于城市次干路和支路的基层的固化。由于固化剂在土壤中反应生成较多的水化硅酸钙和水化硅铝酸钙等，这些水化产物充填在土壤颗粒之间，形成搭接结构，有利于提高固化土壤的强度和耐水性。(3)CFBC脱硫灰的活性较好，在掺量较低(20％)时对硅酸盐水泥强度影响较小，但掺量超过30％时则会导致强度下降较多。水泥的凝结时间随着CFBC脱硫灰掺量的增加而缩短，f-CaO含量越高，则凝结时间越短。一般CFBC脱硫灰掺量每增加10％，硅酸盐水泥的标准稠度需水量增加1.8～3.2％。CFBC脱硫灰中的f-CaO水化活性好，消解速度快，一般不会造成安定性不合格，因而应有别于高钙粉煤灰中的f-CaO。掺加CFBC脱硫灰不会改变硅酸盐水泥的水化产物。