流化床燃煤固硫技術(shù)是符合節(jié)能環(huán)保發(fā)展方向的先進煤燃燒技術(shù),但由于目前對其副產(chǎn)物,即流化床燃煤固硫灰渣(以下簡稱固硫灰渣)的特性了解有限,缺乏基礎(chǔ)資料,導(dǎo)致這一技術(shù)的推廣應(yīng)用因固硫灰渣沒有成熟和經(jīng)濟的綜合利用途徑而受到嚴重影響。 固硫灰渣本質(zhì)上是燒粘土質(zhì)礦物,用于建材領(lǐng)域是其最重要的資源化利用途徑之一,固硫灰渣中含有大量的固硫礦物——無水石膏,無水石膏既可以激發(fā)固硫灰渣的火山灰活性,又會帶來無法控制的膨脹,使固硫灰渣具有很多獨特的性能,阻礙了其建材資源化利用。本論文圍繞固硫灰渣中的無水石膏展開,利用XRD、SEM和EDS等微觀分析手段系統(tǒng)研究了固硫灰渣中無水石膏的微觀形貌和分布規(guī)律;利用化學(xué)手段分析了無水石膏在固硫灰渣水化過程中的作用;在此基礎(chǔ)上,研究了固硫灰渣中的無水石膏對其活性及活性行為的影響,提出了基于消除無水石膏影響的固硫灰渣活性評價方法;最后,研究了如何抑制固硫灰渣中無水石膏的膨脹,提出了建材資源化利用的方向。 本論文有以下研究成果:(1)通過XRD和化學(xué)分析手段證明了固硫灰渣中含硫礦物幾乎都以Ⅱ型無水石膏形式存在;(2)利用密度分離和篩分方法研究固硫灰渣中無水石膏的形貌和分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)無水石膏在固硫灰渣中分布不均勻,易富集在粒徑小、密度大的固硫灰渣顆粒中;(3)通過SEM和EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)固硫灰和固硫渣中都不同程度存在有致密和疏松的兩種類型顆粒。固硫灰致密顆粒表面結(jié)晶較好的突出物主要是無水石膏及一定含量的粘土礦物,疏松顆粒主要是未燃燒的炭;固硫渣致密顆粒表面結(jié)晶較好的突出物主要是無水石膏,疏松顆粒表面結(jié)晶較好的柱狀顆粒主要是粘土礦物,還吸附了少量的無水石膏;(4)通過反應(yīng)速率常數(shù)K和溶解曲線的測試,表明850℃煅燒2h的無水石膏與固硫灰渣中的無水石膏溶解性能和反應(yīng)活性相似,可以外摻入固硫灰渣以研究不同無水石膏含量對其性能的影響;(5)通過系統(tǒng)的pH值、鈣礬石和化學(xué)結(jié)合水的定量測試,證明固硫灰渣中的無水石膏會積極參與并影響固硫灰渣中燒粘土礦物的水化,從而影響活性行為和膨脹性能;(6)固硫灰渣中的無水石膏含量對其火山灰活性的高低沒有影響,但可以明顯影響其活性行為。當(dāng)無水石膏在系統(tǒng)中的含量在2~4% (以SO3含量計)范圍內(nèi)時,固硫灰渣的活性行為表現(xiàn)最好,小于這一范圍,無水石膏對固硫灰渣的火山灰活性激發(fā)效果差,大于這一范圍,過量的無水石膏會在水化后期生成延遲鈣礬石和二水石膏,破壞已經(jīng)形成的強度結(jié)構(gòu),都不利于固硫灰渣的活性行為表現(xiàn);(7)提出的基于消除無水石膏影響的固硫灰渣活性評價方法,即“水泥熟料膠砂28d抗壓強度比方法”,強調(diào)通過控制石膏含量來控制系統(tǒng)SO3含量,通過膠砂流動度來控制用水量,可以真實反映固硫灰渣可應(yīng)用的火山灰活性。該方法要求固硫灰渣含硫量應(yīng)在11.6%(以SO3含量計)以內(nèi),我國固硫灰渣平均含硫量為7.8%(以SO3含量計),絕大部分適用于此方法;(8)無水石膏是導(dǎo)致固硫灰渣水化膨脹的主要因素。試驗表明選擇能夠促進無水石膏溶解和水化的外加劑可在一定程度上抑制固硫灰渣中無水石膏的膨脹,摻入1%的CaCl2或Na2CO3后,可使28d膠砂線性膨脹率降低約19%;控制固硫灰渣摻量和膠凝體系中的SO3含量,固硫灰渣可以作為水泥混凝土的混合材使用,選擇SO3含量在11.6%以下的固硫灰渣,以30%的摻量與水泥熟料組成的膠凝材料自由線性膨脹率不超過基準水泥,28天抗壓強度可達到基準水泥的90%,且安定性、凝結(jié)時間、抗凍融、抗碳化等性能均符合要求;(9)熱養(yǎng)護能消除固硫灰渣中無水石膏的膨脹,用70%的固硫灰渣和30%的水泥熟料混合,通過蒸壓養(yǎng)護后,固硫灰渣水泥熟料制品強度是自然養(yǎng)護條件下試件的2~3倍,28天膠砂抗壓強度達到25MPa。蒸壓后凈漿水化產(chǎn)物中沒有鈣礬石生成,有托貝莫來石生成,水化產(chǎn)物結(jié)晶更完善,最大線性膨脹率僅為直接水中養(yǎng)護凈漿的1/7左右,在5×10-4以下,且隨齡期變化很小。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

圖 1.1 循環(huán)流化床鍋爐工藝流程圖Fig.1.1 Technical flow chart of CFBC boiler1.2.3 循環(huán)流化床鍋爐主要優(yōu)點[6–10]①燃料適應(yīng)性廣且燃燒效率高循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以燃燒所有煤(如泥煤、褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤、洗煤廠的煤泥)，以及煤矸石、焦炭、油頁巖等，并能達到很高的燃燒效率，均可達 98~99%以上，燃用較好煤種時燃燒效率與煤粉爐相同，燃用劣質(zhì)煤時燃燒效率高于煤粉爐。它的這一優(yōu)點對充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。②有利于環(huán)境保護循環(huán)流化床鍋爐在燃料燃燒過程中能有效的控制 SO2和 NOx 的生成和排放，是一種相對清潔的燃燒方式。層燃和煤粉燃燒技術(shù)中產(chǎn)生的 SO2存在于煙氣中，會對鍋爐尾部受熱面形成低溫腐蝕和對大氣造成環(huán)境污染。向循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)加入石灰石、白云石等固硫劑，可達到 90%以上的固硫效率。另外，當(dāng)固硫效率達90%時，鼓泡流化床鍋爐所需鈣硫比值在3～5之間，而循環(huán)流化床鍋爐只有 2～

內(nèi)傳熱能力強循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱主要是上升的煙氣和流動的物料與受熱面的對流傳傳熱，爐膛內(nèi)氣固兩相混和物對水冷壁的傳熱系數(shù)比煤粉爐爐膛的傳熱多，一般在 50～450 W/(m2·k)。如果床內(nèi)(爐膛內(nèi)或爐膛外)布置有埋管，度地節(jié)省受熱面金屬耗量(埋管傳熱系數(shù)可達 233～326 W/(m2·k))，為循鍋爐大型化提供了可能。4 流化床燃煤固硫過程簡介煤在流化床鍋爐內(nèi)燃燒時，與固硫相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)主要有 3 個，即石灰解、煤中硫化物氧化、氧化鈣吸收 SO2，可以表達如下式所示：CaCO3→CaO+CO2(式硫化物→SO2(式CaO+SO2+1/2O2→CaSO4(式又可形象地表示如圖 1.2 所示[11]：

固硫灰渣XRD衍射圖譜
【引證文獻】

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1 何順愛;朱曉燕;安磊;;不同粉磨制度對粉煤灰粉體流動性的影響[J];粉煤灰;2012年02期

2 石巖;陳海焱;馮啟明;黃陽;郭錚;;固硫灰超細粉對水泥膠凝性能的影響[J];非金屬礦;2014年04期

3 陳雪梅;嚴云;胡志華;;固硫灰泡沫混凝土的基材研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2013年06期

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2 朱文尚;循環(huán)流化床固硫灰特性及作水泥混合材應(yīng)用的研究[D];中國建筑材料科學(xué)研究總院;2011年

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6 王允;淮北礦區(qū)電廠超臨界流化床燃煤灰渣與水泥協(xié)同效應(yīng)的研究[D];安徽建筑大學(xué);2014年

本文編號：2861570