董建勛 ， 洪雪蓮 ， 王 琛

(1.河南平煤神馬環(huán)保節(jié)能有限公司 ， 河南 平頂山 467000 ； 2.神馬實業(yè)股份有限公司 尼龍化工研究院 ， 河南 平頂山 467000 ； 3.煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室 ， 河南 平頂山 467000 ； 4.中國人民解放軍信息工程大學 ， 河南 鄭州 450002)

循環(huán)硫化床鍋爐(CFB)粉煤灰是在循環(huán)流化床鍋爐中以850～950 ℃燃燒時生成的，燃燒中摻入了石灰石，且易于在鍋爐燃燒過程中實現(xiàn)脫硫脫氮，具有燃煤適應性廣、低污染排放、熱效率高等優(yōu)點[1-3]。但是，循環(huán)流化床鍋爐屬于中溫燃燒，燃燒過程加入了大量的脫硫劑，導致其產生的粉煤灰較普通煤粉爐粉煤灰有很大差異，難以用常規(guī)方式進行利用。如果不合理處理將會造成對水源、土壤、海洋及大氣的二次污染，粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一。每年粉煤灰排放量達5～6億t。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害[4-6]。

粉煤灰中總的氧化鈣含量雖然很高，但是活性氧化鈣的含量不高。由于粉煤灰中含有新的硫酸鈣外殼，將未反應的氧化鈣覆蓋，而且氧化鈣與二氧化硫反應后生成的硫酸鈣摩爾體積大，將氧化鈣的孔堵塞，大大降低了飛灰中氧化鈣的比表面積[7-9]。未反應的氧化鈣在影響后續(xù)使用，用于水泥和混凝土中的粉煤灰明確規(guī)定不能把循環(huán)硫化床鍋爐粉煤灰直接應用到水泥和混凝土的生產中，而煤粉爐粉煤灰(PC)可以直接使用[10]。

目前，國內超微粉加工以氣流磨的應用最多，可制備多種高純度的超微粉體物料，具有工藝簡單、產品粒度分布較窄、顆粒形態(tài)較好等優(yōu)點，是近年來發(fā)展最快的超微粉加工技術之一。以壓縮空氣為介質的氣流磨，雖在制備超微粉的效果上比較好，但存在著能耗大、成本高、設備復雜等缺點[11]。過熱蒸汽為介質的氣流磨，具有能耗低、粉碎度高等優(yōu)點，在相同的壓力、溫度條件下，用過熱蒸汽可以比壓縮空氣能得到更細的產品。同時在整個粉碎、分級、收集系統(tǒng)中，避免超細粉的脫水、干燥的物料固結等缺點，有效地降低加工成本和能耗,利于大規(guī)模生產[12]。

超細粉煤灰(比表面積700～1 000 m2/kg)是一種高功能性的水泥混合材和混凝土摻合料，采用高效的制備工藝來生產超細粉煤灰是提升粉煤灰附加值的工業(yè)化有效途徑之一。如何制備高功能效應的粉煤灰是深化利用粉煤灰的研發(fā)方向，而應用經濟高效的制備工藝來實施粉煤灰的超細粉磨是非常有效的途徑之一。開展循環(huán)流化床鍋爐脫硫灰渣綜合利用，變廢為寶，實現(xiàn)環(huán)境和經濟效益的雙贏，對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展具有長遠意義[13]。本文采用西南科技大學陳海焱教授課題組開發(fā)的蒸汽動能磨對CFB灰進行超細化研究。

1 實驗條件

1.1 試驗裝置

1.空氣壓縮機 2.冷凍干燥機 3.空氣儲氣罐 4.加料槽 5.渦輪氣流分離機 6.布袋收集器 7.高壓引風機

1.2 蒸汽動能磨參數(shù)

蒸汽溫度≥260 ℃，壓力0.5～0.8 MPa；CFB灰樣品河南神馬尼龍化工有限責任公司；超細粉煤灰粉體的粒度控制范圍D50=4～10 μm。

1.3 實驗方法

CFC灰首先進行篩分，粒徑介于20 μm和5 mm之間的煙道灰采用氣體輸送的方式進入蒸汽動能磨，蒸汽溫度控制在260 ℃以上，壓力0.5～0.8 MPa，經氣流磨粉磨粒徑達到要求后進入保溫倉，氣固分離后進入成品儲倉。

1.4 氣流磨工作原理

將過熱蒸汽通過噴嘴高速噴出，高速射流帶動物料作高速碰撞、摩擦而粉碎。被粉碎的物料隨氣流到達分級區(qū)，達到細度要求的物料，最終由收集器收集。未達到要求的物料，再返回粉碎室繼續(xù)粉碎，直至達到所需細度并被捕集為止。

2 結果討論

2.1 CFB灰基本數(shù)據(jù)

對CFB灰進行初步分析，得到的基礎數(shù)據(jù)見表1。由于鍋爐溫度較低，粉煤灰的比表面積很小，每千克300～400 m2，同時由于煙道氣脫硫要求，脫硫劑用量加大，總鈣含量偏高，最高達到20%。

表1 CFB灰指標分析

2.2 粒徑分析

對CFB灰處理前后粒徑變化情況進行分析，結果見表2。

表2 CFB灰樣品粒徑

由表2可以看出，蒸汽動能磨采用不同頻率進行超細化，粉煤灰的粒徑變化情況各異，D50和D90數(shù)據(jù)中，D90變化的幅度較大。5 Hz的條件下CFB粉超細化處理后，D90為45.29 μm，達到了I級灰對細度的要求，僅從細度方面考慮，基本滿足多數(shù)以粉煤灰為原料的建材產品的要求[15]。

表3 用于水泥和混凝土中粉煤灰的劃分標準

2.3 組分分析

為了進一步研究CFB灰超細化的效果，分別分析了處理前后的化學組分和燒失量的變化情況，分析結果見表4和表5。由表4可以看出，CFB灰變化最大的兩個組分是SiO2和CaO，SiO2的含量不斷增加，而CaO的含量不斷減少。由于在超細化過程中CaO比較穩(wěn)定，不可能發(fā)生分解，也不會因發(fā)生化學反應而造成含量減少，可能原因是在煙氣脫硫過程中部分CaO被包埋形成小顆粒，超細化過程中顆粒被打破，由于相對密度較大而在動能磨底部沉積，以不能處理的大顆粒粉煤雜質排出，造成CFB灰中CaO比例減小[16-17]。由于粉煤灰的Ca通常以CaSiO3的形式計算，CaO的減少，最終導致SiO2的含量增加。由表5數(shù)據(jù)可知，CFB灰在超細化過程中燒失量變化不大，含水率和含碳量變化很小，證明CFB灰性質穩(wěn)定。圖2顯示了各CFB灰樣品的 XRD分析結果，從圖2中可知，處理過程CaO的峰變小的趨勢，進一步驗證了表4數(shù)據(jù)的可靠性。

表4 CFB灰化學組分

表5 CFB灰樣品燒失量

圖2 CFB灰XRD分析圖

2.4 微觀分析

圖3展示了CFB灰在超細化過程樣品的電鏡分析圖，并以PC灰的電鏡圖作為對比。由圖3可以看出，PC灰中的微珠較多(圖3a)，而CFB灰中的微珠很少(圖3b)，而不規(guī)則的顆粒比較多，這與二者的生成條件有關。經過超細化后，CFB灰中的不規(guī)則顆粒減少(圖3c和圖3d)，主要是原有的CaO包埋物被打開，處理過程逐漸被分開，進一步證明了CFB粉中存在少量未反應的CaO，這也是影響后續(xù)使用的主要原因之一。而蒸汽動能磨處理CFB灰可以有效地降低未反應的CaO含量，提高CFB灰的使用量。

圖3 不同粉煤灰樣品電鏡分析

3 結論

采用蒸汽噴射磨在蒸汽溫度>260 ℃，壓力0.5～0.8 MPa的條件下對循環(huán)硫化床鍋爐(CFB)粉煤灰進行超細化研究。研究表明，超細化可以大幅減少包覆的CaO顆粒，含量明顯降低并減少CFB灰中CaO的總量，為提高CFB灰在建材中的應用量奠定了理論基礎。得出以下結論：①CFB粉中存在一定量未反應的CaO，是影響后續(xù)使用的重要原因；②蒸汽噴射磨處理CFB粉時，粉煤灰中包裹未反應的氧化鈣被打開，得到釋放和消解，提高了粉煤灰的活性，降低了膨脹性風險，有利于后續(xù)的使用。