CN1382657A - 燃煤锅炉供热同时生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品 - Google Patents

燃煤锅炉供热同时生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品 Download PDF

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Abstract

一种燃煤锅炉同时出热和生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品,是在燃煤中添加钙质和铝质原料,然后一起进入锅炉燃烧,在燃烧过程中钙质和铝质原料化合主要形成铝酸盐矿物,同时使粉煤灰固溶少量钙离子得到活化,从锅炉烟道排出的灰及炉底渣经磨细即为铝酸盐水泥/活性粉煤灰产品。本发明使锅炉排放的粉煤灰或炉渣变成活性胶凝材料同时,还有固硫的作用,减少锅炉废气中氧化硫排放量,从而减轻对环境的污染;由于形成铝酸盐矿物是放热反应,因此本发明不影响锅炉供热,还有助燃、节煤作用。

Description

燃煤锅炉供热同时生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品
一、技术领域
本发明属于铝酸盐水泥生产和粉煤灰改性、综合利用。
二、背景技术
目前已有的铝酸盐水泥生产方法，一般采用专用的水泥回转窑熔融或烧结法生产。
在燃煤锅炉中加钙质物料，使之与煤灰化合形成活性材料的试验研究已有几十年历史，如最新公布的发明专利《“一炉两用”同时出热和生产水泥熟料的方法、产品、设备及应用》，其内容是一种在煤粉锅炉上同时出热和生产硅酸盐水泥熟料的方法，该方法通过在燃煤中配入富钙物质，期望在高温条件下富钙物质与煤灰化合烧成硅酸盐水泥熟料或活性粉煤灰材料。上述粉煤灰改性方法存在如下问题：(1)为保证锅炉出热，进入锅炉的燃煤中外加的钙质原料数量有限制，出炉的灰中CaO含量只有大约25～35％，SiO240-50％，Al2O310-15％，其组成位于CaO-SiO2-Al2O3三元系统相图的低钙、高硅区，根据相平衡原理，CaO即使全部参加反应(实际上总有1/3左右以游离形式存在)也不会有C3S、C3A等活性水泥矿物形成，其活性差，自身强度很低。(2)由于煤粒在燃烧过程中产生的CO2气体从表面向四周扩散，对富钙物质有排斥作用，此时煤粒与钙质颗粒发生碰撞(化合的必要条件)的几率很小；而当煤粒燃烧完时煤灰即将离开锅炉，富钙物质能与其发生碰撞并化合形成水泥矿物的时间很短，致使出炉的灰中含有大量(总CaO％的1/3左右)的未化合的游离CaO，对水泥及混凝土的体积安定性不利。(3)为促进硅酸盐水泥熟料形成，该发明在煤中还加入萤石(主要成分CaF2)和/或石膏(主要成分CaSO4)作为矿化剂，这些物质在锅炉高温区分解出HF和SO3等有害气体，造成二次污染。
三、本发明内容
本发明针对上述粉煤灰改性方法存在的问题，采用新的技术路线和方法。本发明的要点如下：(1)针对燃煤中钙质原料(CaO)因受限制无法多掺的问题，提出生产低钙的铝酸盐水泥体系代替高钙的硅酸盐水泥体系，由于形成铝酸盐水泥矿物需要的CaO少，煤中加入不多的钙质原料(15％左右)，即可满足形成CA等铝酸盐活性矿物需要。(2)燃煤中加钙质原料的同时加铝质原料，补充形成铝酸盐矿物所需的Al2O3，铝质原料在锅炉中不但不排斥钙质原料，相反在大于800℃时由于化学亲和力作用，铝质原料与钙质原料互相吸引而黏结、有利于CA等铝酸盐水泥矿物形成。(3)CA等低钙铝酸盐在大于800℃即开始形成，比C3S等硅酸盐形成温度低200-300℃。因此钙质和铝质原料在锅炉中化合形成铝酸盐速度快，反应充分，无须添加萤石、石膏等造成二次污染的矿化剂，游离CaO低，得到的铝酸盐水泥/活性粉煤灰强度高。(4)燃煤中添加的钙质原料的化合对象与产物与上述发明专利不同，主要不是与煤灰化合形成硅酸盐，而是与外加的铝质原料化合形成铝酸盐。煤灰中熔融状态的玻璃体在高温下也可能与CaO粒子碰撞发生固溶，使玻璃体表面活化，提高粉煤灰活性。
下面结合流程图对本发明进行说明。
图1为用煤粉锅炉或旋风锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法流程图。
图2为用循环流化床锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法流程图。
工艺流程配料→粉磨→锅炉煅烧→收集飞灰灰渣→再磨→成品
(1)采用煤粉锅炉或旋风锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法：按一定比例在燃煤中添加钙质、铝质原料和/或适当助剂，一起进入磨机粉磨成粉料(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过35％)，然后进入锅炉燃烧室煅烧。(2)采用循环流化床锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法：按一定比例在燃煤中添加钙质、铝质原料和适当助剂，但钙质、铝质原料和助剂不与煤混合，煤单独进破碎机破碎(粒径2-10mm)，其它物料用磨机粉磨成粉料(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过35％)，或再制成颗粒(粒径2-10mm)，然后与煤粒一起进入锅炉燃烧室煅烧。从锅炉烟道收集的飞灰及炉底渣经磨机磨成粉(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过10％)即制得铝酸盐水泥/活性粉煤灰。
入锅炉的混合料的组成按质量百分比计为：
        煤            50-90％
        石灰质原料    5-25％
        铝质原料      5-25％
        助剂          0-5％
所用的钙质材料包括石灰石、石灰、电石渣等，铝质材料包括铝矾土、铁矾土、高岭土、煤矸石、粘土等，助剂包括含铁矿石、铜矿渣、硫酸渣等。
本发明方法制得的铝酸盐水泥/活性粉煤灰中主要化学组成按质量百分比计为：
        CaO           20-45％
        Al2O3      20-35％
        SiO2        20-35％
        Fe2O3      1-10％
        SO3         0.1-5％
本发明方法制得的铝酸盐水泥/活性粉煤灰产品中含铝酸盐矿物相CA，C12A7，CA2，C2AS，CAS2，铁铝酸钙、3CaO·3Al2O3·CaSO4至少一种或一种以上。
本发明方法加入的钙质原料除与铝质原料形成铝酸盐等矿物外，还有一部分固溶到玻璃体中，在玻璃体牢固的Si-O-Al网络中嵌入Ca离子，可使玻璃体活性提高，从而达到同时活化粉煤灰的目的。
本发明方法由于加入了钙质和铝质原料，在高温时它们能化合煤燃烧时析出的SOx(x＝2或3)，从而减少烟气中硫氧化物含量，对保护环境有利。如果煤中含硫量高，钙质和铝质原料化合较多的硫氧化物，制得的铝酸盐水泥/活性粉煤灰中含有一定量的3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物，这对提高水泥性能有利。
由于钙和铝质原料化合形成水泥矿物是放热反应，因此它们不但不会影响锅炉出热，反而有助燃、节煤作用。在相同出热条件下，锅炉燃煤中掺钙质、铝质原料烧水泥约可节煤2-10％。
本发明方法所得的铝酸盐水泥可代替传统生产的铝酸盐水泥使用，铝酸盐水泥/活性粉煤灰可用作硅酸盐水泥的混合材料，或混凝土的掺合料，或免烧砖、瓦、墙体材料及GRC等材料的胶结料。
实施例1、某旋风锅炉，燃煤中添加石灰、铝矾土和铁矿石，按质量百分比四种物料比例为：煤∶石灰∶铝矾土∶铁矿石＝73％∶15％∶10％∶2％。按比例将四种物料混合，并进入球磨机粉磨(细度0.080mm方孔筛筛余10％)，然后进入锅炉燃烧。锅炉出热正常。从烟道收集的灰和炉底渣用球磨机磨细至0.080mm方孔筛筛余3.0％，即得活性粉煤灰材料。用这种活性粉煤灰材料与52.5强度等级硅酸盐水泥复合，熟料，按60％∶40％(质量比)比例混合配制成水泥，按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)检验，其抗压强度：3天22.5MPa，28天47.6MPa；抗折强度：3天4.8MPa，28天7.0MPa；制得的水泥安定性检验合格。
实施例2、某煤粉锅炉，燃煤中添加石灰、铝矾土，按质量百分比三种物料比例为：煤∶石灰∶铝矾土＝70％∶16％∶14％。按比例将三种物料混合，并进入球磨机粉磨，然后进入锅炉燃烧。锅炉出热正常。从烟道收集的灰和炉底渣用球磨机磨细至0.080mm方孔筛筛余3.0％，即得铝酸盐水泥。按GB201-81高铝水泥标准检验水泥强度，其抗压强度：1天36.8MPa，3天43.7MPa；抗折强度：1天4.0MPa，3天4.6MPa。
实施例3、某循环流化床锅炉，燃煤中添加石灰、铝矾土和铁矿石，按质量百分比四种物料比例为：煤∶石灰∶铝矾土∶铁矿石＝70％∶12％∶17％∶1％。按比例将石灰、铝矾土和铁矿石三种物料混合，并进入球磨机粉磨(细度0.080mm方孔筛筛余5％)，然后经造粒机造粒(粒径3-8mm)。煤单独用破碎机破碎(粒径3-8mm)。按比例将煤粒和混合料粒送入锅炉燃烧。锅炉出热正常。从烟道收集的灰和炉底渣用球磨机磨细至0.080mm方孔筛筛余3.0％，即得活性粉煤灰材料。这种活性粉煤灰材料与52.5强度等级硅酸盐水泥，按40％∶60％(质量比)比例混合配制成复合水泥，按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)检验，其抗压强度：3天18.3MPa，28天44.7MPa；抗折强度：3天4.0MPa，28天6.8MPa；制得的水泥安定性检验合格。

Claims (5)

1、一种燃煤锅炉供热同时生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品，其特征是在燃煤中按一定比例增加钙质、铝质原料和助剂，然后进入煤粉锅炉或旋风锅炉或循环流化床锅炉燃烧室煅烧，在燃烧过程中钙质和铝质原料化合形成铝酸盐矿物相CA，C12A7，CA2，C2AS，CAS2，铁铝酸钙、3CaO·3Al2O3·CaSO4至少一种或一种以上，从锅炉烟道收集的飞灰及炉底渣，经磨机磨成粉，即制得铝酸盐水泥/活性粉煤灰。
2、根据权利要求1所述的燃煤锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品，其特征在于所得的铝酸盐水泥/活性粉煤灰产品中主要化学组成按质量百分比计为：
CaO                 20-45％
Al2O3             20-35％
SiO2               20-35％
Fe2O3             1-10％
SO3                0.1-5％
3、按权利要求1所述的燃煤锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品，若采用煤粉锅炉或旋风锅炉，添加的钙质、铝质原料和/或助剂与煤一起用磨机粉磨成粉料(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过35％)，然后进入锅炉燃烧室煅烧。(2)若采用循环流化床锅炉，钙质、铝质原料和/或助剂一起用磨机粉磨成粉料(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过35％)，混合粉料/或制成颗粒(粒径2-10mm)与煤粒一起进入锅炉燃烧室煅烧。从锅炉烟道收集的飞灰及炉底渣经磨机磨成粉(细度要求：0.080mm方孔筛筛余不超过10％)即制得铝酸盐水泥/活性粉煤灰。
4、按权利要求1和2所述的燃煤锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品，其特征在于所用的钙质原料包括石灰石、石灰、电石渣等，铝质原料包括铝矾土、铁矾土、高岭土、煤矸石、粘土等，助剂包括含铁矿石、铜矿渣、硫酸渣等。
5、按权利要求1所述的燃煤锅炉生产铝酸盐水泥/活性粉煤灰方法及产品，其特征在于所得的铝酸盐水泥可代替传统生产的铝酸盐水泥使用，铝酸盐水泥/活性粉煤灰可用作硅酸盐水泥的混合材料，或混凝土的掺合料，或免烧砖、瓦、墙体材料及GRC材料等的胶结料。
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