循環流化床脫硫灰用于水泥生產的研究

謝建強，葉曉林（蒙自瀛洲水泥有限責任公司，云南 蒙自 661100）

0 前言

水泥生產中使用混合材替代熟料是節能減排的有效途徑。混合材絕大部分都是各種工業廢渣，如礦渣、粉煤灰、爐渣、煤矸石等等。

蒙自瀛洲水泥有限責任公司位于云南省紅河哈尼族彝族自治州蒙自市，目前有一條2500t/d新型干法窯生產線。紅河州地區有豐富的褐煤資源，州內有開遠電廠、大唐電廠、巡檢司電廠、解放軍化工廠等大型火力發電廠都利用當地露天開采的褐煤作燃料，產生大量循環流化床脫硫灰。年排放量達200萬t，由于褐煤中全硫含量偏高且波動大，由此產生脫硫過程中脫硫劑比例變化波動也大，使得當地各電廠脫硫灰化學成分SO3及f-CaO含量高并且波動大，一直未能在周邊水泥廠作為水泥原料被合理再利用，每年大量廢棄堆積占用土地，并且嚴重污染當地環境。

1 對脫硫灰應用前試驗研究

1.1 脫硫灰的活性

將熟料、礦渣、脫硫灰（化學成分見表1）分別用小磨粉磨后進行試驗，脫硫灰礦粉活性指數對比見表2。

表1 試驗各原材料化學成分 %

表2 脫硫灰和礦粉活性指數對比試驗結果

（1）脫硫灰易磨性好。礦渣與脫硫灰兩種材料相比，礦渣難磨，脫硫灰易磨。礦渣粉磨42min比面積為435m2/kg，而脫硫灰粉磨10min，比表面積就達438m2/kg,。由于脫硫灰的易磨性好，在大磨生產水泥時可明顯降低電耗。

（2）脫硫灰的活性系數高。從表2中的活性系數值可知，脫硫灰的活性指數值都比礦渣高很多，特別在早期3d、7d更為突出。

1.2 脫硫灰和礦渣單摻及復摻對水泥性能的影響

不同摻量脫硫灰、礦粉的水泥理化對比試驗結果見表3，4。

表3 不同摻量脫硫灰、礦粉的水泥理化對比試驗結果

表4 脫硫灰、礦粉復摻的水泥理化試驗結果

（1）脫硫灰摻量為10%、20%、30%的水泥樣品與礦粉摻量10%、20%、30%水泥樣品比較，摻脫硫灰樣品3d、28d強度高,且凈漿泌水率小，保水性好,摻礦粉樣品3d、28d強度相對偏低，凈漿泌水率大,粘聚性差；

（2）脫硫灰中含有14.44%的SO3，可作為水泥調凝劑；

（3）隨著脫硫灰增加，f-CaO也提高，脫硫灰摻量30%時，f-CaO達4.23,脫硫灰中的f-CaO是輕燒石灰，水化迅速，漿體硬化后體積安定性合格。

（4）當脫硫灰摻量30%時，水泥中w（SO3）已達4.47%，超過了《通用硅酸鹽水泥》規定限值。

（5）當脫硫灰摻量達20%時，水泥標準稠度明顯提高,流動度開始下降，凝結時間縮短；摻量30%時,水泥標準稠度更高，膠砂流動度低至171mm，膠砂成型是在用水量增加1.5%后，水泥性能下降。

（6）礦粉摻量10%、20%、30%水泥樣品與比脫硫灰摻量為10%、20%、30%的水泥樣品比較，標準稠度低、膠砂流動度大、凝結時間正常，水泥性能好。

表4選取了復摻試驗中脫硫灰、礦粉等量復摻水泥的試驗數據，可以看出：

（1）強度：10%脫硫灰+10%礦粉復摻時比單摻20%礦粉（見表4#中6號樣）時3d強度高2.3MPa，28 d強度高2.1MPa，20%脫硫灰+20%礦粉復摻時比單摻40%礦粉（見表4#中#8號樣）時3天強度高2.8 MPa，28d強度高3.4MPa，25%脫硫灰+25%礦粉復摻時比單摻50%礦粉（見表4#中9號樣）時3d強度高2.7MPa，28d強度高3.8MPa。

（2）標準稠度。10%脫硫灰+10%礦粉復摻時比單摻10%脫硫灰（見表4#中2號樣）時小0.9%，20%脫硫灰+20%礦粉復摻時比單摻20%脫硫灰（見表4#中3號樣）時小2.4%。25%脫硫灰+25%礦粉復摻時標準稠度為29.3%，膠砂膠砂流動度為179 mm,水泥需水量剛剛能達到正常范圍。

（3）10%脫硫灰+10%礦粉、20%脫硫灰+20%礦粉、25%脫硫灰+25%礦粉等量復摻水泥的凝結時間、凈漿泌水率等性能指標變化均在正常范圍內；安定性合格。但25%脫硫灰+25%礦粉復摻水泥的膠砂流動度為179 mm,已接近極值，同時w（SO3）為3.97%,也接近《通用硅酸鹽水泥》規定限值。

（4）通過脫硫灰與礦粉復摻，既可較好地發揮脫硫灰強度活性指數高等的優點，同時又彌補了其性能指標上的明顯不足。

（5）從表3、4試驗表明：脫硫灰摻用應與合適的其他混合材復摻為好，若單摻應＜10%，脫硫灰最大摻量應＜25%。

2 對循環流化床脫硫灰應用前實施的技術改造

在試驗基礎上，要實現水泥生產中大量應用循環流化床脫硫灰摻入技術，除了對該脫硫灰超細粉磨外，同時必須要解決脫硫灰的均化和f-CaO消解問題，公司在2011年實施技術改造新增脫硫灰粉磨系統，建設2個Φ20m×18m總儲量1萬t的原灰庫，庫底設置空氣斜槽充氣均化設備，庫底多點搭配下料，新增Φ3.2m×13m超細磨專門用于脫硫灰單獨粉磨，采取工藝措施解決脫硫灰的均化和f-CaO消解問題，在磨后建設儲量4000t超細脫硫灰成品儲存庫，并在庫底配置精確的轉子秤配料計量系統，計量后單獨在水泥磨磨尾摻入到出磨水泥中，并攪拌均化后入水泥成品庫，采購高精度高效檢測儀器對脫硫灰各項指標按批次及時進行檢測。通過技術改造使系統設備、工藝更加適合采用脫硫灰復摻技術。

3 結語

（1）循環流化床脫硫灰（紅河州地區）是一種高活性混合材料，且易磨性好，比當地的礦渣活性高。

（2）循環流化床脫硫灰與礦渣（礦粉）等混合材料復摻是提高水泥產量、質量的有效途徑。

（3）循環流化床脫硫灰屬脫硫高鈣高硫灰（本地區的），灰中含有9%～16%左右的SO3，由于電廠使用的煤炭質量變化，脫硫劑比例增減等因素，會使脫硫灰的主要成分CaO、SO3發生較大波動。在水泥生產過程中，通過系統性技術改造，實現均化，消除成分波動，并通過配置計量精確的配料系統，合理的配比，強化檢測手段，從而保證水泥質量的穩定性。

（4）循環流化床脫硫灰含有10%左右的f-CaO，由于其在800℃左右形成，粉磨工藝中通過磨內噴水等技術，易于消解生成Ca（OH）2，從而對水泥安定性無影響。

（5）褐煤作燃料熱電廠產生的循環流化床脫硫灰應用于水泥生產，可開發當地建材原料資源，降低水泥生產成本，保護生態環境，社會經濟效益良好。