流化床燃煤固硫灰渣的特性

流化床燃煤固硫灰渣的特性

钱觉时，郑洪伟，宋远明，王智，纪宪坤

(重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045)

摘要：流化床燃煤固硫灰渣(固硫灰渣)是一类特殊的燃煤灰渣。用11种来源不同的固硫灰渣，研究了需水性、自硬性和膨胀性。结果显示：固硫灰渣因为颗粒表面疏松多孔，具有非常强的吸水性，标准稠度需水量达到粉煤灰的2倍；固硫灰和固硫渣具有明显的自硬性，28d净浆抗压强度可达到10MPa；固硫灰渣具有明显膨胀特性，这种不良的安定性主要来自固硫组分。

关键词：流化床；燃煤灰渣；固硫；粉煤灰

中图分类号：TU 528 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2008)10–1396–05

SPECIAL PROPERTIES OF FLY ASH AND SLAG OF FLUIDIZED BED COAL COMBUSTION

QIAN Jueshi，ZHENG Hongwei，SONG Yuanming，W ANG Zhi，JI Xiankun

(College of Material Science & Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China)

Abstract: Fluidized bed coal combustion fly ash (FBCF) and slag (FBCS) are relative special coal combustion residues. Specific water requirement, self-hardening and expansion of 11 kinds of FBCF and FBCS samples from different power plants were investi-gated. The experimental results show that FBCF and FBCS granules display irregular, loose and porous so that the specific water requirement are more than twice of that of fly ash. Most of FBCF and FBCS have considerable self-hardening strength and the maxi-mum compressive strength for FBCS paste can reaches 10MPa in 28d. FBCF and FBCS behave obvious expansion that result from the desulphurizing components and desulphurized residues when mixed with water.

Key words: fluidized bed combustion; coal ash; desulphurization; fly ash

2006年我国原煤产量已接近24亿t，[1] 按火电用煤50%计算，我国燃煤灰渣的年排放量已超过3亿t。我国的燃煤灰渣仍主要为煤粉炉产生的粉煤灰，但近年来由于更多的具有高挥发份的褐煤、次烟煤等劣质煤，特别是一些高硫劣质煤被用作动力燃料，我国火电厂的燃煤方式也有较大变化。流化床锅炉燃煤技术也是我国火电厂目前比较广泛采用的一种，是适用于劣质煤或高硫煤的一种较先进的洁净燃烧技术，在设备投资、煤种适应性和脱硫等方面有着明显的优势。[2]

流化床燃煤固硫灰渣(固硫灰渣)就是煤在流化床燃煤锅炉中燃烧后产生的灰渣，包括烟道收集到的固硫灰和炉底排出的固硫渣。我国流化床燃煤固硫灰渣年排放量在2000万t左右，随着一些新建流化床锅炉的电厂建成投产和国家对燃煤SO2排放控制力度的加强以及我国电力高速发展，固硫灰渣的排放量将会高速增长。

因为需要固硫，流化床燃煤固硫的燃烧温度通常控制在900℃左右，远低于煤粉炉的1400℃燃烧温度。固硫时还需要加入钙质固硫剂，因此固硫灰渣中CaO，SO3及f-CaO含量均高于粉煤灰，而且为了能使固硫效率达到90%以上，Ca与S的摩尔比往往超过理论值，一般在2.0～2.5之间，而且有些高达5.0以上，因此产生的灰渣量远高于煤粉炉。

固硫灰渣具有比较明显的水化硬化特性，这完全不同于人们熟悉的粉煤灰，为了便于固硫灰渣适应传统的排渣方式，Anthony[3]研究了固硫灰渣的结块与强度发展，实际上早在1993年Blondin等[4]提出了特殊处理措施来降低固硫灰渣的水化硬化性质。宋远明等[5]研究了固硫灰渣的水化动力学，固

收稿日期：2008–02–04。修改稿收到日期：2008–05–16。基金项目：国家自然科学基金(50572127)资助项目。

第一作者：钱觉时(1962—)，男，博士，教授。Received date:2008–02–04. Approved date: 2008–05–16. First author: QIAN Jueshi (1962–), male, doctor, professor.

E-mail: qianjueshi@

第36卷第10期2008年10月

硅酸盐学报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

Vol. 36，No. 10

October，2008

钱觉时等：流化床燃煤固硫灰渣的特性· 1397 ·第36卷第10期

硫灰渣因为含有比较高的游离氧化钙和硬石膏，因此具有明显的膨胀特性。上述研究结果是定性的，且针对某种特定的固硫灰渣，[6]文献[7]的研究则针对固硫灰渣的环境保护。

选择来源不同的11种固硫灰渣和1种粉煤灰，研究固硫灰渣的需水性、自硬性和膨胀性等特性，并分析其变化规律与产生原因，为固硫灰渣的利用提供依据。

1 实验

1.1原材料

表1是试验采用材料的化学组成。固硫灰和粉煤灰采用原状粉样，固硫渣经磨细40min，且过80µm方孔筛，筛余少于10%。

表1 试验用材料的化学组成

Table1 Chemical composition of materials w/% Sample SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O SO3 f-CaO Loss Sum FBCF1 35.62 6.85 12.93 0.67 21.80 2.65 1.30 1.09 12.68 5.66 4.26 99.85 FBCF2 39.09 13.15 11.87 0.78 13.94 2.54 0.88 0.63 8.78 3.18 7.85 99.91 FBCF3 25.82 3.23 20.31 0.38 21.35 0.52 0.22 0.54 7.60 3.43 19.72 99.69 FBCF4 39.22 4.85 22.38 0.77 13.75 1.51 0.71 1.05 6.31 2.70 8.44 98.99 FBCF5 43.66 6.03 24.57 0.96 9.20 0.51 0.37 0.95 3.51 1.16 9.42 99.18 FBCF6 42.85 5.08 35.02 0.76 5.99 1.71 0.31 0.85 3.11 2.03 2.32 98.00 FBCF7 52.85 14.28 15.26 1.39 2.72 1.49 0.20 1.03 2.90 0.10 6.87 98.99 FBCF8 42.00 6.58 28.22 1.06 1.40 0.64 0.40 0.63 1.26 0.05 16.60 98.79 FBCS1 25.04 5.82 13.33 1.02 28.47 2.94 0.19 0.65 17.87 8.87 3.10 98.43 FBCS2 31.65 4.21 18.07 0.16 26.51 1.06 0.11 0.42 9.56 5.80 8.12 99.87 FBCS3 33.48 11.47 16.80 1.94 13.31 2.01 0.25 0.71 8.50 2.45 10.73 99.20 FA 50.21 6.28 23.20 0.78 2.03 3.21 4.10 1.11 0.61 0.45 8.40 99.93 FBCF—Fluidized bed coal combustion fly ash; FBCS—Fluidized bed coal combustion slag; FA—Fly ash.

1.2 实验方法

标准稠度测试参照国家标准GB1346–2001 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行。自硬强度试验采用20mm×20mm×20mm净浆试件，取标准稠度用水量，1d后拆模，标准养护至龄期测定强度。固硫灰渣的体积稳定性参照JC/T 603–2004 水泥胶砂干缩试验方法和JC/T 313–1996 膨胀水泥膨胀率检验方法进行，采用25mm×25 mm×280mm净浆试件，取标准稠度用水量，带模标准养护1d拆模，用螺旋测微器测定其初长L0，然后在(20±3)℃水中浸泡，测定某一设定龄期的长度L1，自由膨胀率即为(L0–L1)/L0×100%。

2 结果与分析

2.1 需水性

图1是11种固硫灰渣和粉煤灰标准稠度需水量的测试结果。燃煤灰渣作为水泥混凝土掺合料，标准稠度需水量越低，越有利于固硫灰渣的利用。但从图1可以看出，固硫灰渣的标准稠度需水量远高于粉煤灰，固硫灰标准稠度需水量通常为粉煤灰2倍左右，而粉状固硫渣的标准稠度需水量也高出粉煤灰50%左右。

固硫灰渣高的标准稠度需水量与固硫灰渣表面

图1 固硫灰渣的标准稠度需水量

Fig.1 Specific water requirement of FBCF and FBCS

状态的特殊性有非常大的关系。这是因为固硫灰渣是在850～900℃产生的，黏土矿物或固硫产物难以产生液相，尽管可以产生明显固相扩散作用，但不会使其出现较强致密化，煤在燃烧过程中生成CO2和石灰石分解产生CO2，会使得固硫灰渣表面结构疏松多孔。然而，粉煤灰是在高温流态条件下快速形成的，玻璃液相出现使之在表面张力的作用下收缩成球形液滴，因此表面结构非常致密。图2