（岩土工程专业论文）cfbc脱硫灰注浆材料的研制.pdf

摘要 摘要 c f b c 脱硫灰是指在循环流化床锅炉内进行炉内喷钙脱硫时产生的飞灰，它与普通煤粉炉产生的 飞灰在性能上有较大的差异。注浆法是目前应用最广泛的地质灾害防治及地基处理技术之一，将脱 硫灰应用到注浆工程中是粉煤灰综合利用的重要途径，能够产生巨大的社会、环境和经济效益。本 文重点进行了利用c f b c 脱硫灰制备注浆材料的试验，研究了其浆液的各种物化性能性能。本文完成 的主要工作如下： ( 1 ) 系统地研究了金陵热电厂脱硫灰的理化性能，脱硫灰的化学成分与普通粉煤灰的相类似， 但c a o 含量和烧失量偏高；脱硫灰的矿物相主要以a 一石英、石膏、方解石、石灰以及三氧化二铁为 主，未发现有高温相的莫来石、1 3 一石英等；脱硫灰的颗粒形貌多呈现几何不规则的碎屑状；脱硫灰 的松散容重较小，比表面积与全国相比偏低，颗粒级配较好 ( 2 ) 研究了脱硫灰的微量元素含量及放射性安全评价，发现除n i 、m o 外，脱硫灰微量元素含 量与普通粉煤灰相比，差别并不大脱硫灰有毒、有害、放射性元素含量能满足国标要求。 ( 3 ) 在大量试验的基础上，研究了脱硫灰注浆材料的性能。研究表明，脱硫灰理化性能对脱 硫灰注浆材料性能的影响很大。浆液各性能指标与水灰比，脱硫灰掺量有很好的线性相关性 ( 4 ) 通过掺加碳酸钠、硫酸钠、膨润土、j m - b 四种外加剂，研究了外加剂对脱硫灰注浆材料 性能的改善效果以及对浆液性能的影响大小。研究表明外加剂极大的改善了脱硫灰注浆材料的性能 本文所配置的外加剂改性效果要优于对比的其他外加剂改性效果。 ( 5 ) 进行了脱硫灰注浆材料流变试验，研究表明，在试验配比范围内，浆液有带屈服值假塑 性和宾汉姆两种流型；脱硫灰浆液流体临界水灰比比一般的水泥浆液要大；脱硫灰浆液属于剪切稀 释浆液。 ( 6 ) 进行了脱硫灰注浆材料与f 类粉煤灰注浆材料的对比试验研究研究表明，综合看来， 脱硫灰掺外加剂注浆材料的性能要优于f 类粉煤灰注浆材料。 关键词：c f b c ，脱硫灰，注浆材料，理化性能 a b s t r a c t a b s t r a c t c f b cf l ya s hi sg e n e r a t e db ya d d i n gc a l c i u mt od e s u l f u r i z ei nc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e dc o m b u s t i o n b o i l e r t h ep e r f o r m a n c eo ft l wc f b cf l ya s hi sd i f f e r e n tf r o mt h ea s hg e n e r a t e db yc a m m o l lc o a l f u h l a c e g r o u t i n gi so n eo f t h em o s tw i d e l yu s e dt e c h n o l o g yo f g e o l o g i c a ld i s a s t e rp r e v e n t i o ne n dg r o u n d i m p r o v e m e n t i ti sai m p o r t a n tw a yo fd e s u l f u r i z e df l ya s hc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nb ya p p l y i n gi tt o g r o m m ge n o n e e r i n gw h i c hc a l lb r i n gm a g n i t u d es o c i a le n v i r o n m e n t a le n de c o n o m i c a lb e n e f i t s t h e p e r f o r m a n c eo fg r o u t i n gi sr e s e a r c h e di nt h i sp a p e rb a s e do nt h ee x p e r i m e n to fd e s u l f u r i z e df l ya s h g r o u t i n gm a t e r i a l s t h em a i nw o r ki sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so f d e s u l f u r i z e df l ya s ho f j i nl i n gt h e r m c e l c e t r i c a lp l a n t 撒 r e s e a r c h e d i ti sf o u n dt h a tt h ec h e m i c a lc o m p o s r i o no f t h ed e s u l f a r i z e df l ya s hi sb a s i c a l l yt h es a m ea st h a t o f t h ec o m m o l lf l ya s he x c e p tt h eh i g h e l c o n t e n to f c a oe n dl o s so ni g n i t i o n t h em a i nm i n e r a lp h a s e s 撇 a - s i 0 2 ，g y p s e m ，c a l c i t e ，l i m e ，a n df e 2 0 3 ，b u tm u l l i t ee n db s i 0 2a r en o td i s c o v e r e dw h i c hf o r m e da th i g h t e m p e r a t u r e t h ep a r t i c a lo f t h i sd e s u l f u r i z e df l ya s ha p p e a r s 勰a h n o m a lc r u m bf i g u r e 1 1 1 ed e s u l f u r i z e df l y h a ss m a l ll o o s e nv o l u m e w e i g h t ，l o w e rs p e c i f i c 懿| r f a c ea r e ac o m p a r e dw i t l ln a t i o n a la s h e se n dg o o dp a r t i c l e g r a d e ( 2 ) t h em i c r o e l e m e n ta n dr a d i o a c t i v i t ys a f e t ye v a l u a t i o ni sr c s e a r c h e d 1 ti sf o u n d t h a tt h e r ei sn og r e a t d i f f e r e n c eb t 卿煳t h ed e s u l f u r i z e df l ya s ha n dc o m u l o nf l ya s h t h ec o n t e n t so f t h ev e n o m o u sl l o c i l o u s 缸n r a d i o a c t i v ee l e m e n t sm a i n l ys a t i s f yt h ed e m a n do f t h en a t i o n a lc r i t e r i o n s ( 3 ) t h ed e s u l f u r i z e dn ya s hg r o u t i n gm a t e r i a lp e r f o r m e n c ei sr e s e a r c h e db a s e do i lag r e a td e a lo f e x p 甜m e n t s 1 1 ”s t u d ys h o w st h a tt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fd e s u l f u r i z e df l ya s hh a sag r e a t i n f l u e n c et ot h ep e r f o r m a n c eo f t h eg r o u t i n gm a t e r i a l t h ep e r f o r m a n c ei n d e x e so f g r o u t i n gm a t e r i a lh a v ea g o o dl i n e a rc o r r e l a t i o nw i t ht h ew a t e rs o l i dr a t i oe n dt h ec o n t e n to f t h ed e s u l f u r i z e df l ya s h ( 4 ) t h ei m p r o v e m e n te f f e c ta n di n f l u e n c et ot h ed e s u l f u r i z e df l ya s hg o u t i n gm a t e r i a lp e r f o r m a n c ei s s t u d i e db ya d d i n gf o u ra d d r i v e ss u c ha sn a 2 c 0 3 ，n a 2 s 0 4 ，b e m o n i t ea n dj m - b i ts h o w st h a tt h ea d d i t i v e s g r e a t l yi m p r o v et h eg r o u t i n gm a t e r i a lp e r f o m m c ea n dh a v ea b e t t e r e f f e c tt h a no t h e ra d d i t i v e s ( 5 ) t h er h c e l o g ye x p e r i m e n to f t h ed e s u l f u r i z e df l ya s hg r o u t i n gm a t e r i a li st a k e n t h es t u d ys h o w s t h a t t h e r e 撇t w of l o wp a t t e r ns u c h 笛f i ba n db i n g h a m 1 1 l ec r i t i c a lw a t e rs o l i dr a t i oi sh i g h e rt h a nc o m m o n g r o u t s t h ed e s u l f u r i z e df l ya s hg r o u tb e l o n g st os h e a rd i m t eg r o u t ( 6 ) t h e c o m p a r a t i v ee x p e r i m e n to ff k i n df l ya s hg r o u t i n gm a t e r i a li s t a k e n i ts h o w st h a tt h e p e r f o r m a n c eo f t h ed e s u l f u r i z e df l ya s hg r o u t i n gm a t e r i a li sb e t t e rt h e nt h a to f t h efk i n df l ya s hg r o u t i n g m a t 瑚l a l h yw o r d s ：c f b c ，t h ed e s u l f u r i z e df l ya s h ，g r o u t i n gm a t e r i a l ，t h ep h y s i c a le n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 导师签名：啦日期： 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 由于我国能源结构中燃煤火电占绝对优势，因此粉煤灰的排放晕较大 q | 2 1 。我国经济持续高速发 展，同时带动了电力工业的进一步发展，而我国以燃煤火电为主的状况在较长时间内仍将保持定局， 粉煤灰的排放量必然还会逐年增加，目前年排放量已超过2 亿吨，而且占总量7 0 以上的粉煤灰仍 然是以灰场堆贮处置为主。因此，粉煤灰的贮存与占用大量的人类赖以生存的良田等一些矛盾在我 国已日益突出，在江苏省及东南沿海等经济发达、能耗高、人口密度又大的地区尤为尖锐。粉煤灰 颗粒，尤其是细微颗粒( 电0 啪) ，在其排放、贮存或一些利用过程中，还极易进入大气、水体和 土壤，对环境和生态造成较严重的负面效应。另一方面，粉煤灰又是一种有一定利用价值的潜在资 源，在许多领域，尤其是建筑材料等方面可以作为原料或替代材料而得到广泛利用。但这些需要进 一步的技术开发。因此，在经济高速发展的同时，如何防止或降低粉煤灰的危害，同时拓宽粉煤灰 综合利用的途径，仍然是个十分艰巨的任务。 金陵石化热电厂二期扩建工程，为了解决金陵石化炼油厂高硫焦的出路，采用了美国阿公司生 产的循环硫化床锅炉( c f b c ) ”“该锅炉具有较先进的清洁燃烧工艺，采用炉内喷钙技术，以煤、 石油焦等单种或两种组合为燃料，其脱硫、脱氮效果很好，现已建成并投入运行。该锅炉每年将产 生1 0 万吨c f b 锅炉脱硫高钙灰渣，但由于金陵热电厂所处特殊的地理位置( 毗邻举世闻名的栖霞风 景区) 。该电厂一期工程仅配套建设了一个很小的事故( 应急) 灰场，这次二期扩建没有新建、也不 可能建灰场，因此别无选择，必须将所排的脱硫灰全部处置或综合利用掉。 由于炉内喷钙技术目前仍然处于不断开发和完善的阶段，因此，有关喷钙脱硫灰研究的文献国 内外均较少见【6 j 1 7 胂j l w ，而金陵热电厂所排的煤和高硫石油焦混烧的脱硫灰在国内外则可能是第一家 ( 互联网检索) 。喷钙脱硫灰的各种性质与普通电厂所排粉煤灰的差异很大，其前人直接可借鉴的综 合利用经验不多，而且，金陵热电厂所排的煤和高硫石油焦混烧的脱硫灰又与一般的喷钙脱硫灰存 在较大的差异，为了保证该电厂的正常运转，亟待组织力量对金陵热电厂这种较特殊的喷钙脱硫灰 的一些基本理化性能进行详细研究，在此基础上有针对性地进行综合利用技术开发，这样不仅能变 废渣为资源，尽可能地从中获取最大的经济效益，保证电厂生成正常运行，同时可带来巨大的环境 效益和社会效益；而且，更为重要的是，本项目对国内( 尤其是中石化系统内) 煤和高硫石油焦混 烧的脱硫灰渣的综合利用将会产生很好的示范作用，这些显然具有重大理论技术意义和现实意义。 为此，中国石化总公司立项批准和拨款资助了“c f b 锅炉飞灰及高钙灰渣的综合应用研究”项 目，并委托中国石化金陵分公司对该项目进行全权管理；南京大学受金陵分公司的委托具体负责该 项目的有关应用研究和技术开发，东南大学承担了该项目的相关研究课题。 1 2 循环流化床( c f b ) 锅炉及使用燃料简介 ( 1 ) 锅炉概况 金陵石化热电厂5 、6 号机组引进美国f w 公司生产的p y r o f l o w 型2 2 0 t h c f b 锅炉，原设计燃料 为油页岩，后改为燃用1 0 0 烟煤或5 0 烟煤+ 5 0 0 炻油焦2 0 0 0 年2 月动工，2 0 0 1 年8 月及2 0 0 2 年1 月2 台机组相继投产 锅炉为高压、单汽包、自然循环、常压c f b 锅炉，主要由燃烧室、高温旋风分离器、床料回送 装置、尾部对流烟道4 部分组成( 详见图1 1 ) 。燃烧室下部为锥形段( 浓相区) ，一次风通过布风板 进入炉内并流化床上物料，二次风从锥段喷口送入以达到分级燃烧的目的，较细的物料被烟气夹带 通过燃烧室出口窗进入2 个高温分离器，大部分物料被分离并经密封回路返回燃烧室。在燃烧室上 部与前墙垂直布置有o 型中温过热器。从分离器逃逸的飞灰和烟气进入尾部烟道，依次经过三级过 热器、一级过热器、w 蒸发管、省煤器、空气预热器，经静电除尘器除尘后从烟囱排出。烟气再循 环风机将部分烟气回送至底渣冷却器和燃烧室。为了控制床压和流化质量，粗床料从布置在燃烧室 外两侧的冷渣器经冷却后排出 东南大学硕士学位论文 石灰石 风帆飙械风帆犯蟊b 图卜1 金陵石化热电厂c f b 锅炉布置简图 锅炉主要设计参数见表1 1 ，设计燃煤及脱硫用的石灰石特性分别见表1 2 和表1 3 表1 1 金陵石化c f 8 锅炉主要设计参数 项目工况a工况b项目工况a工况b 主蒸汽流量 6 1 _ 16 1 1 给水温度， 2 1 52 1 5 k g s 1 主蒸汽压力 9 89 8 锅炉效g 0 6 9 1 4 78 9 5 1 ，m p a 主蒸汽温度，5 4 0 5 4 0 保证效率臃9 0 9 0 注：工况a ：1 0 0 负荷，石油焦5 0 + 煤5 0 ( 热量比) ；工况b ：l 负荷，石油焦o + 煤1 0 0 表1 2 金陵石化c f b 锅炉设计燃煤特性 项目数值项目数值 c 。 5 3 0 4 h f 3 5 n ， 0 9 5 8 0 s 。 0 9 7 a i 2 1 9 8 m 。 1 1 5 6 q 。幻k g 1 2 0 6 9 l v h 3 5 8 4 表i 3 金陵石化c f b 锅炉设计脱硫用的石灰石特性( ) s i 0 2 a 1 2 0 3f e 2 0 3 t i 0 2 c a o m g o k 2 0 n a 2 0 灼减( 烧失量) 2 8 6o 3 l0 3 10 0 2 85 3 2 50 4 00 0 70 0 24 2 2 l ( 2 ) 石油焦特性 金陵石化热电厂5 、6 号机组锅炉设计用的石油焦为该公司延迟焦化的副产品，其特性见表1 4 ， 石油焦与部分燃料燃烧特性比较见表1 5 表1 4 金陵石化c f b 锅炉设计燃料石油焦特性 项目数值项目数值 c 。 7 9 0 4 h i 3 2 0 n 。 1 1 7 0 8 5 4 7 5 a 。 0 9 9 崂 l o 0 1 l j k 菩1 3 0 3 4 1 q ，k j k 9 1 3 1 3 1 6 v h 1 1 0 l 2 第一章绪论 表1 5 石油焦和部分燃料的燃烧特征温度比较 煤种t it r ,t bk 晋城无烟煤 4 9 2 5 9 4 6 7 65 4 7 南桐贫煤 4 3 75 9 26 5 85 0 8 石油焦 4 4 35 1 26 4 95 5 4 大同烟煤 3 9 65 2 25 8 94 6 2 表i 5 所列数据是在热天平升温速率保持为2 0 1 2 r a i n 的试验条件下取得的。t i 为着火温度( 失重 速率保持为1 时的温度) ；t p 为失重最大时的温度；t b 为燃尽温度( 失重速率保持为9 5 时的温度) ： t e r i t 为以温度表征的燃料反应特性温度( 失重速率保持为6 5 时的温度) 。燃尽温度t b 越高说明燃料 越难以燃尽，而反应温度 r e f i t 越高，则燃料的反应活性越低。由表1 5 可见，石油焦的着火温度与 燃尽温度均高于烟煤，但小于无烟煤，与贫煤相当。其燃尽特性比烟煤差，但好于无烟煤，基本相 当于贫煤。因此，石油焦的燃烧特性与贫煤相当。 另外，对用于实验室热态试验的煤和石油焦的哈氏可磨性指数h g l 分别进行了测定，其中烟煤 哈氏可磨性指数h g i 为8 8 、石油焦为9 2 ，两者可磨性相近，均接近易磨煤种。但制粉过程中发现， 石油焦虽然疏松易碎，但具有一定的粘性。因此，从物理性质来讲石油焦疏松易碎，在同样的流化 风速下有利于正常流化；但其粘性较强，结焦的可能性较大把石油焦与煤粉均匀混合，加上脱硫 用石灰石的作用，就基本上解决了这个矛盾 1 3 利用脱硫灰研制注浆材料的研究现状、意义和应用前景 如前所述，循环流化床锅炉( c f b c ) 具有燃烧效率高、燃烧温度较低( 9 0 0 1 2 ) 、n o x 排放 量低、脱硫工艺简单实用、对燃料适应性广和负荷调节性能好等诸多优点，目前在国内已有较多的 应用，也是我国大力推广的一种清洁燃烧技术。 循环流化床锅炉脱硫灰属于一种增钙脱硫灰，它是在循环流化床锅炉内进行炉内喷钙脱硫时产 生的飞灰，它与普通煤粉炉产生的飞灰( 习惯称之为粉煤灰) 在性能上有较大的差异，主要表现在 颗粒形貌、形成温度、化学成分等诸多方面。c f b c 脱硫灰由于形成温度较低( 9 0 0 ) ，低于灰 分的熔点，因而不能形成玻璃相，同时由于没有形成液相也不能形成球状颗粒( 玻璃微珠) ，所以 c f b c 脱硫灰的形态主要以不规则颗粒为主；而普通粉煤灰的形成温度在1 4 0 1 5 0 0 ，其颗粒形貌 以圆形玻珠为主由于炉内喷钙脱硫时喷入的石灰石分解生成的c a o 并不会全部与s 0 2 结合，因而 在c f b c 脱硫灰中含有f - c a o ，有的f - c a o 甚至可高达1 0 以上，脱硫灰中还含有脱硫产物无水石 膏，而普通粉煤灰则不含有f - c a o 和无水石膏这些成分。若原煤中的s 含量为l ，脱硫效率以8 0 0 4 计，则脱硫灰和渣中s o s 的平均含量可达8 ，理论上其无水石膏含量可达1 3 c f b c 脱硫灰由于不含玻璃体，其灰分本身的火山灰活性较低，同时脱硫灰所含的f - c a o 和无 水石膏对其在水泥、混凝土、砂浆等建材中的应用也不利。f - c a o 在水化时会放出大量的热，导致 水泥的水化热增加，应用于混凝土中则会增加混凝土的绝热温升，导致混凝土开裂，特别是) c a o 水化较慢，会导致混凝土体积不安定。c f b c 脱硫灰的s o s 含量通常超过了国家标准规定用于水泥 混凝土中的粉煤灰的s o s 含量3 的限值。目前对c f b c 脱硫灰的综合利用，尚缺少成熟的技术。随 着循环流化床锅炉的推广和应用，这种灰的排放量会越来越大，对其应用研究也就越来越迫切。 注浆法是目前应用最广泛的地质灾害防治及地基处理技术之一，它是采用压送的方法把具有一 定胶凝能力的浆液灌入到松散的土层或含水的岩层裂缝中，使浆液扩散凝结后固结土的颗粒或者浆 液充塞岩层裂缝，从而使土层( 或岩层) 的力学性质和拒水性质得到改善，达到加固、防渗、堵漏及纠 正建筑物偏斜等的目的 注浆工程的应用领域非常广泛，包括：地基加固、地下防水、矿山防渗、地下堵水，房屋纠偏、 隧道工程和地铁工程等1 0 1 1 ”j 。目前广泛使用的注浆材料可分为无机类和有机类注浆材料。有机类注 浆材料一般结石体的强度不高，有毒性且价格偏高，许多国家已明令禁止使用大部分化学注浆材料。 无机类注浆材料中以水泥类注浆材料应用最广泛 每年在工程建设中消耗的注浆材料数量惊人，仅一个矿山的矿井堵水通常就需要浆液达几万立 方米，在地铁建设中也同样需要大量的注浆材料，如南京地铁的地盾构筑就耗用了大量的注浆材料。 如果使用水泥注浆材料，每立方米浆液约需要水泥3 0 0 k g ，其对水泥的消耗量大，因而由水泥制备 的浆液成本非常高在有些工程中也可以用塑性较高的粘土来代替部分水泥进行注浆，但一个注浆 3 东南大学硕上学位论文 工程通常需要大量的粘土，因而需要开挖土地，造成土壤环境破坏，而且粘士基注浆材料的结石体 强度较低，使其使用有明显的局限性，目前仅用于堵水注浆工程中，对于加固注浆工程则无法采用。 粉煤灰在注浆材料领域中已有应用1 1 2 】1 1 3 】1 1 4 1 1 1 ”。粉煤灰可以改善水泥浆液析水率大、结石率低的 缺点，同时可降低注浆工程成本。但由于粉煤灰活性较低，它的掺入会降低结石体早期强度，同时 还会延长其凝结时间目前利用粉煤灰制备的注浆材料时，粉煤灰的掺量( 占粉煤灰和水泥的总重) 一般只有3 0 - 4 0 左右。 c f b c 排放出的脱硫灰与普通粉煤灰在性能上有较大差异，利用这种脱硫灰作为注浆材料，未 见有文献报道。c f b c 脱硫灰在水泥、混凝土等建材中应用的缺点如含f - c a o 、无水石膏和后期体积 略有膨胀等，在作为注浆材料应用时这些缺点就变得不明显甚至变为优点。如果能将大量的c f b c 脱硫灰应用于注浆工程中，不仅能降低注浆工程对水泥的需求量，降低注浆成本，而且可以综合利 用大量的c f b c 脱硫灰，避免储灰场等对环境的污染。同时其研究成果还可对其它类型的脱硫灰的 综合利用具有借鉴意义。 目前对循环流化床灰渣的利用研究主要集中在如何克服和利用灰中高f - c a o 和高s 0 3 含量，主 要的研究领域包括： ( 1 )利用灰渣返回作脱硫剂； ( 2 )水活化后作水泥混凝土的混合料； ( 3 ) 作水泥的缓凝剂； ( 4 ) 用作生产水泥的原料； ( 5 )生产石膏建材； ( 6 )用于壤改良。 这些研究目前有些已得到部分应用，但其对c f b c 脱硫灰的利用量都非常少，或工艺复杂难以 形成规模化利用，不能从根本上解决c f b c 脱硫灰的综合利用问题。对c f b c 脱硫灰的研究与普通 粉煤灰的相比总体上要少得多，单独综合利用c f b c 脱硫灰的工程实例也较少，因此，对c f b c 脱 硫灰综合利用的应用研究亟待加强。以大掺量c f b c 脱硫灰作注浆材料，国内外均未见有文献报导。 本次研究将以南京金陵熟电厂c f b c 脱硫灰渣为例，在充分研究其理化性能等基础上，利用c f b c 脱硫灰制各出大掺量的脱硫灰注浆材料的性能进行了详细的研究。 1 4 本论文研究的主要内容及方案 在对金陵热电厂脱硫灰的理化性能、微量元素及放射性安全评价的基础上，通过室内对注浆材 料反复试验，研究了脱硫灰( 含粉煤灰对比) 注浆材料的配比及外加剂的优选( 含普通粉煤灰的对 比) ，使粉煤灰注浆材料尽可能多的满足注浆工程对材料的要求，主要是实现流动性好、凝结时间减 小、早期强度有较大提高的目标。 ( 1 ) 脱硫灰注浆材料试验：按水泥和掺灰量比例为5 0 ：5 0 ，4 0 ：6 0 ，3 0 ：7 0 ，2 0 ：8 0 ，1 0 ：9 0 和水 灰比为0 6 ，0 8 ，1 0 进行配比，测试浆液流动度、凝结时间、抗折抗压强度、析水率、结石率等 指标，分析浆液性能及对浆液性能的影响因素 ( 2 ) 为了改善脱硫灰浆液某些性能，本次研究中重点考虑大掺量脱硫灰注浆材料的强度和流动 性能，选择几种不同的外加剂掺入到脱硫灰浆液中，测试浆液的流动度、凝结时间、抗折抗压强度、 析水率、结石率等指标，确定合适的外加剂及其掺最。 ( 3 ) 进行了浆液流变性试验研究，研究脱硫灰注浆材料的流变性能。 ( 4 ) 为了比较脱硫灰与普通粉煤灰用作注浆材料时的性能差别，选择了南京华能电厂的i 级普 通粉煤灰进行了与脱硫灰相同的试验，并比较二者作为注浆材料性能的优劣。 ( 5 ) 选取合适的外加剂改善普通粉煤灰浆液的性能，并与脱硫灰注浆浆液改性效果作对比 1 5 样品说明 金陵熟电厂的c f b 锅炉飞灰为干排灰，设置四个静电场收尘。本次研究的样品共1 6 个，5 j 5 0 e i s j 5 0 e i v 样品采自5 号锅炉燃烧5 0 高硫焦+ 5 0 煤( 热量比) 所产生的一、二、三、四共四个 电场的脱硫灰；5 j 3 0 ei s j 3 0 e i v 样品采自5 号锅炉燃烧3 0 高硫焦+ 7 0 煤( 热量比) 所产生的 一、二、三、四共四个电场的脱硫灰：6 j 5 0 ei 6 j 5 0 e i v 样品采自6 号锅炉燃烧5 0 高硫焦+ 5 0 煤( 热量比) 所产生的一、二，三、四共四个电场的脱硫灰；6 j o ei 6 j o e i v 样品采自6 号锅炉燃 4 第一章绪论 烧全煤( 不掺高硫焦) 所产生的一、二、三、四共四个电场的普通灰( 不喷钙脱硫) 。注浆材料所用 的脱硫灰采自5 号锅炉三电场和四电场的脱硫灰，为了叙述方便。将金陵热电厂的c f b 锅炉飞灰简 称为脱硫灰。 5 第二章金陵热电厂脱硫灰的理化性能 第二章金陵热电厂脱硫灰的理化性能 2 1 常量元素分析 本次研究金陵热电厂1 6 个脱硫灰样品的化学成分分析结果列于表2 1 脱硫灰的化学成分主要取决于原煤的化学成分以及锅炉的燃烧工况。总的看来，金陵热电厂脱 硫灰的常量化学成分s i 0 2 + a 1 2 0 j 含量范围为6 3 8 2 ( 除6 j 5 0 ei 样品外) ，与我国粉煤灰平均 含量( s i 0 2 + a 1 2 0 3 ：6 1 8 5 ) 范围接近由于s i 0 2 和a 1 2 0 3 是铝硅酸盐的主要成分，作为粉煤灰 综合利用的考虑，这两种组分是越高越好。 一般来说，根据粉煤灰中c a o 的含量可将其划分为高钙粉煤灰( c a o 含量大于l o ) 和低钙粉 煤灰( c a o 含量小于l o ) ，但由于人工增钙的粉煤灰越来越多，目前在界定高钙灰时，除了c a o 含量外，还应考虑燃煤类型和锅炉的燃烧工况。王将军等通过研究将高钙灰界定为：由褐煤或次烟 煤燃烧而成c a o 含量在1 0 以上的粉煤灰，这种粉煤灰的c a o 含量较高是由于其燃煤的c a 含量 高所致；而通过工艺性加钙( 如喷钙脱硫) 得到的c a o 含量在1 0 以上的粉煤灰则称其为“增钙粉 煤灰”或“改性粉煤灰”据此，金陵热电厂一、二电场的脱硫灰中c a o 含量大于1 0 ，为增钙灰； 三、四电场的脱硫灰c a o 含量均小于1 0 ( 除5 j s o e h i 样品外) ，仍为低钙灰。一、二电场的脱硫灰 中c a o 含量较高，是因为喷钙脱硫过程中加入的c a c 0 3 矿粉经高温分解后形成的c a o 、及其与s 0 2 反应生成的c a s 0 4 以及没有反应完全而残留的c a c 0 3 颗粒粒径均要比粉煤灰颗粒大，故收尘时被富 集在一、二电场除灰斗中 表2 1金陵热电厂脱硫灰常量化学成分( t ) 成分s i 0 2a 1 2 0 3 c a o f e 2 0 3n a 2 0m g ok 2 0t i 0 21 2 0 5s 0 3 l o i 5 j 5 0 e i4 3 0 72 4 1 22 0 7 93 5 30 3 0 0 5 5 0 5 3o 跖o j 0 9 o 3 87 3 8 5 j 5 0 e i i4 0 2 0 2 4 7 01 5 2 12 9 4o 3 5o 5 20 4 61 1 6o 1 2 0 1 7 1 2 4 5 5 j 5 0 e i4 2 8 0 2 6 8 l1 0 2 42 8 8o 3 8o 5 50 5 31 3 0o 1 3o 0 91 1 2 1 5 j 5 0 e 4 8 9 33 1 2 35 2 33 2 20 4 6 0 6 l o 6 71 6 3o 1 5 o 2 95 9 6 5 j 3 0 e i4 0 3 7 2 3 2 21 8 4 13 0 2o 3 1o 5 3o 4 80 8 4o 1 20 4 09 9 l 5 j 3 0 e i i4 3 2 32 6 1 61 4 2 93 0 90 3 4 0 5 60 5 2l - 1 2 0 1 4 0 2 97 5 2 5 j 3 0 e i4 3 9 92 7 5 68 9 82 9 80 4 l0 5 4o 5 61 3 3o 1 30 0 9 1 0 0 5 5 j 3 0 e 4 9 5 53 2 1 05 4 23 2 7o 5 lo 6 6o 7 11 7 6o 1 60 5 54 9 3 6 j 5 0 e i3 4 2 8 2 0 2 52 8 1 92 7 2o 2 90 4 6o 3 9o 8 2o 0 8o 3 01 2 2 2 6 j 5 0 e i i4 2 2 72 6 0 71 6 1 33 1 80 3 8 o 5 7 o 5 01 2 50 1 2 0 2 99 2 0 6 j 5 0 e i i i4 7 5 4 2 9 9 58 9 23 3 60 4 60 6 40 6 21 4 4o 1 5o 2 96 5 9 6 j 5 0 e i v4 9 4 03 1 5 74 9 93 4 2o 5 0 0 6 5 0 7 01 6 90 1 7 o 2 65 5 7 6 j o ei4 8 7 13 2 1 91 9 63 8 00 4 4o 5 7o 6 31 3 00 1 7 n d8 7 2 6 j o e i i 4 9 8 63 3 5 21 9 7 23 4 50 4 80 6 00 7 21 6 2o 1 9n d6 9 5 6 j o e i 4 9 7 9 3 3 8 41 9 2 3 4 1 o 5 lo 5 90 7 51 8 00 1 9n d6 1 2 6 j o e 5 0 2 53 4 1 61 9 93 2 50 5 0o 6 0o 8 01 9 00 1 9n d4 8 3 脱硫灰中的f e 2 0 3 的含量 1 0 0 0 ) ，当煤在炉内燃烧时，若炉膛温度较高，可使硅铝等 氧化物处在高温熔融状态而形成球体，同时将孔隙内的空气包裹在球体内；随着温度的升高，玻璃 球体体积增大，外壳变薄，这些粉煤灰随烟道排出时急剧冷却，便形成玻璃空心球体。而金陵热电 厂的锅炉燃烧温度只有8 0 ( 0 - , 9 0 0 ，在此条件下不足以形成珠状颗粒，这也是该厂脱硫灰浮选未获 得漂珠及在电镜下很少见珠形颗粒的根本原因。此外，从扫描电镜中发现脱硫灰中存在较多未燃尽 碳，这也说明金陵热电厂的锅炉燃烧温度不高，燃烧不够完全。有关研究表明粉煤灰中所含的球形 颗粒有许多特殊的性质，如粉煤灰应用到混凝土和砂浆中时，球形颗粒可以起到润滑、减水的作用， 使混凝土的需水量减少，相应地可以提高建材制品的后期强度。金陵热电厂脱硫灰形貌多呈碎屑状， 很少见珠状颗粒，这特点对粉煤灰综合利用将产生一些不利的影响。 2 4 脱硫灰的颗粒组成 对金陵热电厂5 号、6 号二个锅炉四个电场1 6 个样品的脱硫灰进行了粒度分析，分析仪器采用 英国m a l v e m 仪器公司较先进的m a s t e r s i z e r 激光粒度分析仪i l q ，分析结果列于表1 2 ，5 j 5 0 ei 6 j o e i v 样品的粒径累积分布曲线见图2 - i 及图2 2 。累积曲线的平滑度越好，说明颗粒级配越好：从 5 j 5 0 ei 6 j o e i v 样品的累积分布曲线特征可以看出，第三、四电场脱硫灰的颗粒级配较第一、二电 场的脱硫灰级配要好。从第一至第四电场粉煤灰粒径 4 5 pm 百分含量逐渐减小；即从第一电场至第四电场脱硫灰的粒径越来越细，且比表面积( 表 2 4 ) 逐渐增大，这说明金陵热电厂的多级电场除尘装置为脱硫灰提供了分级优化的条件 8 东南大学硕士学位论文 图2 15 j 5 0 ei 6 j o e i v 脱硫灰样品的粒度分布图 9 第二章金陵热电厂脱硫灰的理化性能 毋 u 嘲 缸 彘 皿 嚣 脯 1 0 1 0 0 粒度( p m ) 图2 - 2金陵热电厂脱硫灰5 j 5 0 ei 5 j 5 0 e i v 粒径累积分布图 细度是评价粉煤灰性能的一个霞要指标。粉煤灰颗粒的大小和级配状况都影响着粉煤灰作为掺 合料的性能。一般来说粉煤灰的粒度越细，其参加反应的活性也就越高，对所掺合粉煤灰制品的后 期强度增长越有利。用于水泥和混凝土中粉煤灰( g b l 5 9 6 - 9 1 ) 规定，当粉煤灰用于混凝土和砂 浆的掺合料时，其细度必须满足：i 级粉煤灰0 0 4 5 r a m ( 4 5 u m ) 方孑l 筛筛余量不大于1 2 ；i i 级 粉煤灰0 0 4 5 m m 方孔筛筛余量不大于2 0 ；l l i 级粉煤灰0 + 0 4 5 m m 方孔筛筛余量不大于4 5 。按照 此标准，金陵热电厂三、四电场的脱硫灰能达到i 灰的标准( 表2 , 2 ) ，第二电场的脱硫灰都能达到 h 级灰的标准，第一电场的脱硫灰为级和等外灰。 表2 2金陵热电厂脱硫灰粒径分布特征( ) 样号 4 5 p m 平均粒径p m 5 j 5 0 e i 8 1 15 0 01 0 3 81 1 9 61 6 7 04 7 8 54 2 ，船5 5 j 5 0 e 2 2 0 41 2 3 b 1 8 0 4 1 3 3 81 5 5 31 86 21 8 4 6 3 5 j 5 0 e 4 0 9 31 7 1 01 9 1 09 9 08 0 54 9 27 ，3 2 2 5 j 5 0 e i v5 0 2 51 7 2 91 6 0 77 5 55 “ 3 3 0 5 0 2 4 5 j 3 0 e i 1 1 s 67 2 21 3 5 s1 3 5 02 0 2 03 6 6 43 5 0 1 6 5 j 3 0 e 2 3 6 1 1 2 5 51 8 2 01 3 3 31 4 9 01 7 4 l 1 7 1 2 5 5 j 3 0 e 4 0 2 51 7 2 01 9 5 69 9 27 s 7 5 2 0 7 5 1 2 5 j 3 0 e l 5 4 9 11 7 3 5 1 2 7 45 6 64 3 34 9 6 4 3 1 2 6 j 5 0 e l2 0 “1 0 0 51 6 2 51 3 9 61 8 3 4 2 1 5 9 2 2 4 4 0 6 】5 0 e u3 9 4 11 6 m l s 2 21 0 1 l9 1 37 1 31 9 7 2 6 j 5 0 e i4 1 0 61 6 6 41 8 3 39 3 37 8 76 7 77 3 8 5 6 j 5 0 e 4 9 7 21 6 3 91 6 0 27 6 56 0 04 2 25 0 2 4 6 j o e i1 8 4 61 0 8 9 1 9 j d o1 5 1 21 7 0 5 1 9 4 82 0 9 5 6 6 j o e i i 3 2 3 11 5 3 22 0 5 51 2 8 91 1 6 l7 3 2 1 1 2 4 7 6 j o e 4 1 5 31 6 3 8 1 8 2 89 9 7s 5 l5 3 3 7 1 9 6 6 j o e 5 0 0 21 6 6 41 6 2 77 s l5 9 93 2 75 0 2 4 1 0 旨加册m o 衷南大学硕士学位论文 0 1l1 01 0 01 0 0 0 粒度( p m ) 图2 - 3金陵热电厂脱硫灰5 j 5 0 ei 、5 j 3 0 ei 粒径对比图 从图2 - 3 可以看出，5 j 5 0 el 样品的粒度要比5 j 3 0 ei 样品的粒度略粗一些且5 j 3 0 ei 样品中 粒径 4 5 “i n 颗粒的百分含量高于5 j 3 0 e i 样 品。两者的其它条件都相同，只是5 j s o ei 样品燃料中高硫石油焦所占的比例( 5 0 ) 大于5 j 3 0 ei 样品中高硫石油焦所占的比例( 3 钉，这说明，其他条件相同的情况下，燃料中石油焦的掺量高低对 粉煤灰的粒径大小也会产生一定的影响。 2 5 脱硫灰的主要的物理性能 所研究的金陵热电厂脱硫灰的外观类似水泥，颜色介于浅灰到灰黑色之间。粉煤灰的颜色与其 中的残留碳含量有直接的关系，残留碳含量越高，颜色越深，反之则越浅。金陵热电厂的粉煤灰残 留碳含量相对较高所以颜色相对较深。对5 j s o ei 6 j o e 粉煤灰样品测定的主要物理性质指标 列于表2 3 。 表2 3金陵电厂脱硫灰的主要物理性能 松散容重比表面积2 8 天抗压强度比 样号视比重亲水系数需水量比( ) ( g c m 3 )( m 。g ) ( ) 5 j 5 0 e i2 8 10 7 7 l0 5 51 1 45 8 5 j