王基弘，張海彬

（勝利油田營海實業(yè)集團有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

目前水泥生產(chǎn)行業(yè)由于產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，已經(jīng)面臨更加激烈的競爭局面，因為沒有熟料資源，他們只能通過不斷降低粉磨生產(chǎn)成本，來追求利益的最大化。這就要求水泥粉磨企業(yè)在生產(chǎn)中不斷研究探索，不斷尋找不影響水泥質(zhì)量、廉價的原材料替代品。勝利油田營海實業(yè)集團有限公司面對效益突破的重重桎梏，不斷創(chuàng)新，利用地處油區(qū)的優(yōu)勢，在環(huán)保要求不斷提高的大背景下，結(jié)合油田廢棄物處理產(chǎn)業(yè)，終于在油田新興行業(yè)——油泥砂焚燒中找到了新型的替代品，為水泥生產(chǎn)進(jìn)一步挖潛增效開辟了一條嶄新的路子。經(jīng)過對油泥砂焚燒廢棄物的大量試驗研究，確認(rèn)其性質(zhì)屬于粉煤灰同質(zhì)材料，對其使用方法進(jìn)行了創(chuàng)新，對其在各個品種水泥中使用效果進(jìn)行了驗證，得到了滿意的答案。

1 研究工藝原理介紹

1.1 油泥砂焚燒背景簡介

目前，在各大油田及主要采油區(qū)，由于石油開采及儲運，都會產(chǎn)生大量的污染油泥砂，這種陸地石油開采、儲運等流程中污染的泥砂，經(jīng)過收集、沉積、固化、高溫焚燒處理，在 960℃ 高溫焚燒過程中產(chǎn)生的大量爐底渣及收塵飛灰。在國內(nèi)目前最好的焚燒處理方法就是流化床焚燒技術(shù)，但在油泥砂焚燒技術(shù)推廣的過程中，避免不了仍然會遇到焚燒爐底渣及飛灰的二次污染問題，此關(guān)鍵問題不解決就很難對油泥砂焚燒行業(yè)進(jìn)行全面推廣。

1.2 工藝結(jié)合簡介

勝利油田營海實業(yè)集團有限公司最先在油泥砂焚燒廢棄物再利用上進(jìn)行了研究，最終證明此廢棄物符合通用水泥行業(yè)粉煤灰質(zhì)材料的標(biāo)準(zhǔn)，利用效果良好，可替代部分粉煤灰，效益可觀。應(yīng)用工藝流程為：（1）爐底渣在水泥粉磨前摻系統(tǒng)中加入，對前摻稱體進(jìn)行改造，安裝加料漏斗；一般加入量可控制在 4%～8% 之間，過多加入由于水份及燒失量的影響會對水泥的質(zhì)量產(chǎn)生影響。（2）飛灰在水泥后摻系統(tǒng)中直接加入，在后摻工藝系統(tǒng)中增加 1～2 路儲存罐及計量鉸刀，連入總控制系統(tǒng)中。加入時它可以替代優(yōu)質(zhì)粉煤灰，加入量根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的要求控制在 5%～10% 之間。

2 試驗用原材料

2.1 油泥砂焚燒飛灰

油泥砂處理焚燒過程中，大型專業(yè)除塵器實施除塵降塵處理，收集細(xì)灰定時排出，通過鉸刀傳送到儲存鋼板庫中進(jìn)行儲存，同時儲存庫設(shè)有發(fā)散口，可以外放發(fā)散裝車。

本試驗油泥砂焚燒飛灰產(chǎn)自勝利油田，化學(xué)性質(zhì)見表 1，物理性能指標(biāo)見表 2。

表 1 油泥砂焚燒飛灰化學(xué)成份 %

表 2 油泥砂焚燒飛灰物理性能

2.2 油泥砂焚燒爐底渣

油泥砂處理焚燒過程中，由于高溫熔融原理，少量焦結(jié)料預(yù)冷形成顆粒狀物料，經(jīng)過焚燒爐爐底通道排出爐體，再經(jīng)水霧冷卻，由鏟車清理至專門存放棚內(nèi)，儲存?zhèn)溆谩?/p>

這里所用爐底渣樣品來自勝利油田，事先進(jìn)行烘干處理，粉磨至百分百通過 80μm 方孔篩?；瘜W(xué)成份見表3，物理性能見表 4。

表 3 爐底渣化學(xué)成份 %

表 4 物理性能

2.3 其他原材料

2.3.1 出磨水泥

采用日常配比生產(chǎn)的出磨水泥。其基本配比為：熟料 84%，石子 5%，脫硫石膏 6%，粗粉煤灰 5%，連續(xù)取樣 2 小時，進(jìn)行過篩混勻縮分而成。 水泥性能見表5。

表 5 水泥性能指標(biāo)

2.3.2 礦渣粉

采用中鐵集團礦渣粉，具體檢驗數(shù)據(jù)見表 6。

表 6 礦渣粉性能

2.3.3 粉煤灰

采用勝利油田勝利發(fā)電廠粉煤灰，這里所用粉煤灰合格樣品事先進(jìn)行粉磨至百分百通過 80μm 方孔篩，具體檢驗數(shù)據(jù)見表 7。

表 7 粉煤灰性能

2.3.4 外加劑

采用勝利油田營海集團混凝土生產(chǎn)專用聚羧酸高效減水劑，品牌為中國西卡，固含量為 9.7%，混凝土減水率 28.5%。

3 試驗過程

3.1 試驗配合比

此次試驗采用生產(chǎn)線實際樣品，試驗配比根據(jù)營海生產(chǎn)實際配料確定，在出磨水泥基礎(chǔ)上后摻礦粉為10%，后摻不同比例的粉煤灰、飛灰和爐底渣三種對比原材料，采用正交方式配型；具體試驗配比方案確定見表 8。

表 8 試驗配合比

3.2 試驗檢驗數(shù)據(jù)匯總

按照既定配比方案，統(tǒng)一將試樣配制成均勻的試驗樣品，統(tǒng)一按照確認(rèn)的檢測方案進(jìn)行檢測，同時進(jìn)行兩次重復(fù)性檢測驗證。

3.2.1 第一次檢測數(shù)據(jù)匯總

見表 9。

3.2.2 第二次檢測數(shù)據(jù)匯總

見表 10。

4 試驗結(jié)果分析

（1）兩次重復(fù)檢測對比，數(shù)據(jù)再現(xiàn)性比較好，說明數(shù)據(jù)可靠性是良好的，試驗方案是規(guī)范的。

（2）通過平行對比分析，數(shù)據(jù)規(guī)律性比較明顯，油泥砂焚燒飛灰、爐底渣與粉煤灰摻加效果一致，水泥各項性能基本符合材料單檢理論值，隨著摻加量增加，性能變化規(guī)律較明顯；強度性能作為重要驗證指標(biāo)，變化規(guī)律略有起伏，但整體規(guī)律是隨著摻加量的提高，強度規(guī)律性下降，特別是 3d 抗折、抗壓強度與普通粉煤灰規(guī)律非常吻合；水泥 28d 強度較 3d 強度保持略好，但整體也在隨著飛灰、爐底渣的摻加量增加逐漸下降。

（3）按照通用水泥性能標(biāo)準(zhǔn)衡量，在使用粉煤灰、飛灰、爐底渣三種不同粉煤灰質(zhì)混合材料時，水泥各項性能都能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表 9 第一次檢測數(shù)據(jù)

表 10 第二次檢測數(shù)據(jù)

（4）試驗數(shù)據(jù)顯示飛灰、爐底渣的綜合性能特別是在外加劑相容性、強度活性等指標(biāo)上還要優(yōu)于普通電廠粉煤灰。

5 生產(chǎn)驗證

按照理論確定的最佳驗證方案，在使用粉煤灰、油泥砂焚燒飛灰、油泥砂焚燒爐底渣的相同配比平行在水泥磨進(jìn)行試驗生產(chǎn)，分別生產(chǎn) 8 小時，分別取入庫水泥綜合樣進(jìn)行備用。生產(chǎn)中從磨機工況，控制措施，稱體下料等方面進(jìn)行綜合評價，最終通過對三種水泥綜合樣品進(jìn)行檢測、驗證進(jìn)行綜合評價。

5.1 生產(chǎn)驗證配比（折算后）

見表 11。

表 11 生產(chǎn)驗證配比 %

5.2 生產(chǎn)驗證總結(jié)分析

生產(chǎn)實際驗證是在相同配比方案下進(jìn)行的，按照使用粉煤灰常規(guī)前摻臺時 70 噸運行，不做任何工況調(diào)整；生產(chǎn)在使用焚燒飛灰時前摻粉煤灰少，臺時雖然仍為 70 噸，細(xì)度略微跑粗 1%，但由于可以實現(xiàn)直接后摻，綜合總臺時上升了 9%，綜合效益不差；當(dāng)使用焚燒爐底渣時，相比較粉煤灰由于其水分、燒結(jié)狀態(tài)的影響，細(xì)度跑粗 1.8%，如果通過風(fēng)量等手段調(diào)整影響也不大。

5.3 生產(chǎn)驗證樣品檢測數(shù)據(jù)

見表 12。

5.4 生產(chǎn)樣品檢測數(shù)據(jù)分析

從生產(chǎn)樣品系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)來看，不管是使用后摻飛灰還是使用前摻爐底渣，水泥各項性能與使用傳統(tǒng)電廠粉煤灰相比較，差別都不大，都能夠滿足水泥質(zhì)量控制要求，使用后摻飛灰從強度、細(xì)度等角度來看，綜合效益要更明顯一些。

6 混凝土試驗驗證

生產(chǎn)驗證留存的 4#、8#、12# 水泥綜合樣品，再前期進(jìn)行完水泥性能檢測后，為進(jìn)一步觀察其使用性能，特進(jìn)行了混凝土試拌驗證。

6.1 混凝土驗證配比及數(shù)據(jù)記錄

見表 13。

6.2 混凝土試驗驗證分析

從混凝土試驗驗證數(shù)據(jù)來看，使用三種不同粉煤灰質(zhì)的水泥樣品，在混凝土配制過程中，呈現(xiàn)出的狀態(tài)是不同的，細(xì)度、比表面積不同產(chǎn)生的需水量不同對混凝土狀態(tài)產(chǎn)生了不同的影響，相對來說還是粉煤灰效果略好些，但由于差距不大通過有效調(diào)節(jié)完全可以解決狀態(tài)問題；強度方面，使用焚燒飛灰和爐底渣的混凝土強度保持非常良好，這是其可以進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的良好基礎(chǔ)。

7 結(jié)論

（1）油泥砂焚燒飛灰和爐底渣從其性能來看與電廠粉煤灰性質(zhì)相同，完全滿足 GB/T 1596—2017 國家標(biāo)準(zhǔn)對于粉煤灰質(zhì)混合材料的要求。

（2）從系統(tǒng)驗證試驗來看，油泥砂焚燒飛灰和爐底渣在通用水泥生產(chǎn)中應(yīng)用效果較傳統(tǒng)粉煤灰略優(yōu)異，完全可以應(yīng)用于通用水泥生產(chǎn)。

（3）由于國家環(huán)保政策的支持，目前油泥砂焚燒飛灰和爐底渣的使用成本為 25元/噸，較粉煤灰使用成本節(jié)約 60元/噸，如果按照常規(guī)消耗 2.5 萬噸/年計算，一年可以節(jié)約配料成本在 150 萬元以上；如果能夠進(jìn)一步尋找到焚燒廠家供貨渠道，還能夠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

8 說明

（1）油泥砂焚燒廠家較少，焚燒能力有限，所以焚燒廢棄材料的應(yīng)用明顯受地域和產(chǎn)量制約。

（2）在通用水泥生產(chǎn)中如果對油泥砂焚燒飛灰和爐底渣的應(yīng)用，需要對水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡單改造，費用在 15 萬元左右。

表 12 生產(chǎn)驗證檢測數(shù)據(jù)

表 13 混凝土驗證數(shù)據(jù)

（3）由于材料性質(zhì)不同，在使用上述兩種新型材料后，水泥生產(chǎn)過程控制參數(shù)需要重新制定和調(diào)整，確保水泥生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量穩(wěn)定。

（4）油泥砂焚燒飛灰和爐底渣摻加方式不同、效果有差異，可以單獨使用，也可以同時使用。

（5）爐底渣由于有少量焦結(jié)料存在，應(yīng)用在水生產(chǎn)中總量不宜過大，否則會在混凝土配料過程中會出現(xiàn)明顯浮灰現(xiàn)象。