黃 鑫，夏舉佩，周新濤

（1.云維股份瀘西大為焦化公司，云南 瀘西652404；2.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明650500）

循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）是 一種可以燃燒劣質(zhì)燃料的鍋爐，通過流化和循環(huán)兩個特殊過程，能把以煤矸石為代表的劣質(zhì)燃料徹底地?zé)蓛簦岣呷紵?，鍋爐的燃燒效率可以達(dá)到90%以上，具有高效和低污染的特點。循環(huán)流化床內(nèi)具有很大的熱容量，床內(nèi)混合好，燃料適應(yīng)性強(qiáng)，CFBB的運(yùn)行溫度為850～950℃，適應(yīng)燃料燃燒過程脫硫，可降低SO2的排放及減少NOx的生成與排放；CFBB內(nèi)高的循環(huán)物料，強(qiáng)化傳熱使鍋爐負(fù)荷適應(yīng)范圍廣，能在40%負(fù)荷下保持額定蒸汽參數(shù)[1]。

CFBB灰渣由兩部分組成，即飛灰和底渣，飛灰約占灰渣總量的70%左右，CFBB灰的主要成份以鋁硅為主，含有較高比例的氧化鈣，玻璃體含量少，與高鈣粉煤灰的性質(zhì)十分相似；同時還含有少量的硅酸二鈣、硫酸鈣、鋁酸鈣等產(chǎn)物，具有在水泥中應(yīng)用潛力，是研究利用的主要對象。

我國鍋爐灰渣的綜合利用，早在20世紀(jì)50年代就開始在建筑工程中用作混凝土、砂漿的摻合料，生產(chǎn)標(biāo)磚，用作道路面層材料等，尤其在水電建設(shè)大壩工程中使用最多，但總的利用量較少。20世紀(jì)60年代開始粉煤灰利用重點轉(zhuǎn)向新型墻體材料，研究集中于生產(chǎn)粉煤灰密實砌塊、墻板、粉煤灰燒結(jié)陶粒、粉煤灰黏土燒結(jié)磚等[2－4]。為充分利用CFBB粉煤灰低溫煅燒SiO2、Al2O3活性高的特點，擬采用蒸壓養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)具有較高強(qiáng)度的建材制品如空心磚、標(biāo)準(zhǔn)磚等[5－6]；用CFBB粉煤灰取代部分水泥用作混凝土摻合料[7]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗原料主要有CFBB灰渣、瓜子石、石灰等，主要原料灰渣取自云南瀘西大為焦化有限公司CFBB飛灰和底渣，化學(xué)組成見表1，其礦物結(jié)構(gòu)詳見圖1。

表1 CFBB灰、渣的化學(xué)組成／%

圖1 CFBB灰渣的XRD譜圖

由表1可見，飛灰和底渣的主要成分為氧化硅、氧化鋁、氧化鐵，接近灰分總量的90%左右，各成分含量取決于煤中灰分化學(xué)組成；二者均含有氧化鈣，但渣中的含量明顯高于灰中，主要由脫硫時加入石灰石引入，同時不難發(fā)現(xiàn)，二者均含有數(shù)量不等的游離氧化鈣，這是CFBB用于建材時易導(dǎo)致成品強(qiáng)度損失的主要因素；從CFBB灰XRD譜圖可知：飛灰中晶相物質(zhì)主要成分為石英，其次為石膏、氧化鈣以及少量的C2S、C3A等礦物，不定形玻璃體較少，故其活性較低。

1.2 實驗方法

以灰渣為主要原料，通過模擬免燒的生產(chǎn)工藝制備樣品，以制備抗壓、抗折強(qiáng)度為指標(biāo)，優(yōu)化實驗配方和養(yǎng)護(hù)方式。

2 實驗結(jié)果

2.1 免燒磚制備物料配比確定

在燃煤的灰分中，硅鋁的主要存在形式為高嶺石，在CFBB的燃燒過程中，會分解為無定型產(chǎn)物氧化鋁和氧化硅，當(dāng)采用了燃燒過程石灰脫硫方式時，大部分則形成硅、鋁的鈣鹽，XRD圖譜結(jié)果充分證明了這一推斷。由于形成的C2S活性低，同時還存在少量無定型氧化硅和氧化鋁，通常的方法是采用堿激發(fā)劑激發(fā)其活性，因此，實驗采用固定骨料瓜子石的用量，通過調(diào)整石灰、飛灰和底渣的摻量，采用常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)方式，以確定CFBB灰渣制備免燒的物料配比和石灰適宜用量，結(jié)果見表2。

表2 配料參數(shù)對性能的影響

上述實驗結(jié)果表明，在采用的物料配比中，影響制備免燒強(qiáng)度的主要因素是石灰摻量。

2.2 免燒磚養(yǎng)護(hù)方式的確定

免燒磚的養(yǎng)護(hù)方式可分為兩類，即自然養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)（常蒸汽養(yǎng)護(hù)和高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)），通常情況下，自然養(yǎng)護(hù)方式一般在以水泥為膠凝材料的制品中使用，而蒸汽養(yǎng)護(hù)則通常適用于活性不高的工業(yè)廢渣為膠凝材料的制品中使用。

本文擬采用常壓蒸汽和自然養(yǎng)護(hù)（28天）兩種方式，考查兩種養(yǎng)護(hù)方式對制品性能的影響，可時也考查石灰對灰渣活性的激發(fā)效果，結(jié)果見表3。

表3 養(yǎng)護(hù)條件對磚強(qiáng)度的影響

從表3不難看出，常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)與自然養(yǎng)護(hù)28天相比，在石灰低摻量情況下，二者結(jié)果差異較大，但隨著石灰加量的增加，二者的差異逐漸縮小，這說明：以CFBB灰渣為主要原料的免燒制備中，石灰對其活性激發(fā)十分重要；為了節(jié)約能源，可用自然養(yǎng)護(hù)方式替代蒸汽養(yǎng)護(hù)。

表3結(jié)果表明，當(dāng)石灰摻量為8%時，制備的免燒磚體現(xiàn)出良好的物理性能，當(dāng)石灰用量增至10%時，強(qiáng)度增加較少，為了進(jìn)一步確定石灰最佳摻量，優(yōu)化物料配比，在石灰用量8%附近增設(shè)實驗點，以最終確定石灰用量，安排如下實驗，結(jié)果見表4。

從表4實驗結(jié)果可知，三個石灰摻量下，采用相同養(yǎng)護(hù)手段，其免燒磚抗壓、抗折強(qiáng)度結(jié)果相關(guān)不大，由于石灰在配料體系中屬昂貴材料，在保證產(chǎn)品性能滿足要求時，應(yīng)盡可能少用，經(jīng)比對分析，在自然養(yǎng)護(hù)條件下，擬采用如下原料質(zhì)量配比生產(chǎn)150的免燒磚：石灰7%、CFBB飛灰43%、CFBB底渣30%、骨料瓜子石20%。

3 CFBB灰渣為主材的燒磚擴(kuò)大性工業(yè)試驗

3.1 工藝過程

1）原料處理。將CFBB飛灰、石灰按工藝配料混合后粉磨過0.045mm篩，篩余小于20%的粉末貯存在料倉中，使用時用螺旋輸送機(jī)送料，在攪拌機(jī)上自帶的計量罐中稱量，然后加入到攪拌機(jī)中。

2）骨料配料。選擇碎石和CFBB渣為骨料，裝于三箱配料機(jī)中，經(jīng)過分別自動計量后用皮帶機(jī)輸送到攪拌機(jī)的爬升料斗中，并繼續(xù)提升到攪拌機(jī)中。

3）攪拌。各物料計量完成后，在攪拌狀態(tài)下加水，水以霧狀形式噴入攪拌機(jī)，在攪拌過程中取樣觀察含水率。

4）成型。拌合好的物料用皮帶機(jī)直接輸送到成型機(jī)前的布料機(jī)中，布料機(jī)下部安裝強(qiáng)制式破碎分散機(jī)，以打散、攪拌和輸送過程形成的團(tuán)塊。啟動成型機(jī)，按照程序輸入托板，布料，振動，壓制，脫模，出坯，疊板，完成一個成型周期。

5）預(yù)養(yǎng)和養(yǎng)護(hù)。每5塊板一垛，用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)到自然養(yǎng)護(hù)大棚，養(yǎng)護(hù)棚頂部為陽光板，陽光可以直射到室內(nèi)，地面適當(dāng)噴水保濕，28天后即成品。

3.2 擴(kuò)大性試驗結(jié)果

對擴(kuò)大試驗自然養(yǎng)護(hù)28d的磚坯隨機(jī)抽樣送檢進(jìn)行綜合測試，結(jié)果完全符合JC239－2001標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于粉煤灰免燒磚的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表5。

表4 CFBB灰渣制備免燒磚石灰用量確定

表5 擴(kuò)大試驗樣品檢驗結(jié)果

從測試結(jié)果與JC239－2001相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行對比，試驗產(chǎn)品達(dá)到MU15的技術(shù)要求。

同時這種磚外觀質(zhì)量好，整齊劃一，表面粗糙，與砂漿的結(jié)合性好，色度均勻，砌筑體美觀；放射性水平低，收縮小，尺寸穩(wěn)定，擴(kuò)大試驗結(jié)果與實驗研究吻合較好。

通過實驗研究和工業(yè)性擴(kuò)大試驗，檢驗了工藝配方、養(yǎng)護(hù)方式，結(jié)果均表明CFBB灰渣可作為一種優(yōu)良的墻體材料原料使用，從而為CFBB灰渣找到一種規(guī)?；玫耐緩?，實現(xiàn)了從廢物到資源的轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論

1）實驗研究表明，CFBB飛灰具有潛在活性，石灰對其活性激發(fā)起到關(guān)鍵性作用。

2）在選定的CFBB灰渣為主材的免燒磚制備方案中，低石灰摻量時，蒸汽養(yǎng)護(hù)優(yōu)于自然養(yǎng)護(hù)，但隨當(dāng)石灰用量的增加，二者差異縮小，當(dāng)石灰摻量高于7%時，檢測結(jié)果基本一致。

3）CFBB灰渣為主材制備免燒磚的物料配比為：石灰7%、飛灰43%、底渣30%、骨料瓜子石20%，采用自然養(yǎng)護(hù)可生產(chǎn)標(biāo)號為150的免燒磚砌塊。

[1]馮俊凱 岳光溪 呂俊復(fù)主編.流化床燃燒鍋爐 [M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]閭文 盧忠飛 朱曉華等.燒結(jié)煙氣脫硫渣的綜合利用研究[J].冶金環(huán)境保護(hù)，2012（2）：33－36.

[3]ANTHONY E J.Agglomeration and strength development of deposits incirculation fluid bed combustion boiler sfiring highsulfure fuels[J].Farel，2000，79（15）：1933－1942.

[4]霍琳 李軍 盧忠遠(yuǎn).循環(huán)流化床燃煤固硫灰渣制備地聚合物材料的研究進(jìn)展[J].粉煤灰綜合利用，2011（6）：51－54.

[5]魯興田，冷禎皋.循環(huán)流化床鍋爐脫硫粉煤灰制磚技術(shù)[J].應(yīng)用技術(shù)，2005（3）：37－38.

[6]張墨，呂太.循環(huán)流化床飛灰在混凝土中的應(yīng)用研究[J].粉煤友綜合利用，2007（3）：25－27.

[7]石澤華，王增長，王永紅.利用流化床粉煤灰合成分子篩的研究[J].山西煤炭2007，27（2）：14－16.