專利名稱：“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料的方法、產(chǎn)品、設備及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤粉鍋爐“一爐兩用”同時生產(chǎn)熱力和生產(chǎn)水泥熟料的方法，涉及為實施該方法而設計的設備，涉及由該方法生產(chǎn)的水泥熟料，還涉及這種水泥熟料的應用；本發(fā)明還進一步涉及煤粉在熱力鍋爐中燃燒時爐內(nèi)直接改性粉煤灰的方法，涉及由這種方法生產(chǎn)的改性粉煤灰，涉及這種改性粉煤灰作為水泥熟料的應用，涉及煤粉鍋爐在生產(chǎn)改性粉煤灰中的應用，還涉及生產(chǎn)這種改性粉煤灰的設備；本發(fā)明更進一步涉及一種脫除煤粉鍋爐煙氣中SO2的脫硫方法。
水泥是建筑工業(yè)的三大基本材料之一，用途廣，用量大。最常用的為硅酸鹽系列水泥，其國家標準見GB 175-92。
水泥熟料生產(chǎn)的主要原料為石灰石、粘土和鐵粉；所用燃料主要為煤。水泥熟料中的活性成分是以硅酸鈣為主的礦物組成，它們通常在1450℃的溫度下即可生成，加礦化劑后在1300℃左右就可以形成。水泥生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，無論哪一種方法和窯型，均可概括為“兩磨一燒”，即生料配制與粉磨、熟料鍛燒和水泥粉磨三個基本過程。

圖1是一個較先進的窯外預分解干法回轉窯工藝流程示意圖，其中最關鍵的設備是熟料鍛燒回轉窯。在熟料鍛燒過程中，燃料和生料分別入窯，煤粉通過窯頭的一個火嘴噴入回轉窯內(nèi)，在中心線的位置形成一支毛筆頭似的火焰，其高溫火焰達1600～1700℃，通過對流和幅射傳熱給隨窯轉動而呈堆積前進的物料，物料在回轉窯中的填充率為12-14％左右。這樣的傳熱方式有兩個主要問題一是傳熱效率低，一般只有22％左右，這導致即使是先進的窯外預分解干法回轉窯工藝的總熱效率也才達到約50％；第二是由于物料呈堆積狀態(tài)，傳熱不均勻，導致從生料入窯到燒成熟料并冷卻這一過程需花較長時間，一般約需1.5小時，窯外分解窯也要40分鐘至1個小時，這一現(xiàn)象可用“慢燒慢冷”四個字概括；此外，也容易出現(xiàn)熟料過燒現(xiàn)象。鍛燒溫度很高、鍛燒不均勻和過燒現(xiàn)象的存在，使得礦物活性較低，最終將影響水泥熟料的性能。除了上述的由于熱效率不高導致能耗大、傳熱不均勻以致影響產(chǎn)品質量等缺陷外，水泥生產(chǎn)還帶來其它問題如消耗大量礦山資源、占用土地、大量的物資運輸耗費、導致環(huán)境如土地、水源、大氣等方面的污染。
煤粉鍋爐是廣泛使用的生產(chǎn)熱力的設備，它產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽例如可用于發(fā)電或用作其它動力。其主要流程和設備見圖2。從圖2可以看出，煤粉鍋爐主要由以下幾個子系統(tǒng)構成原煤配料系統(tǒng)(包括1，2，3)、煤粉磨制系統(tǒng)(包括4，5和6)、供煤粉和燃燒出熱系統(tǒng)(包括7，8，9，10)和副產(chǎn)物處理系統(tǒng)(包括11，12，13)。其中的關鍵設備是煤粉鍋爐(9)。煤粉經(jīng)噴嘴噴入爐膛內(nèi)，呈高度分散的懸浮狀態(tài)，在爐膛燃燒區(qū)與1300-1600℃的高溫氣流相遇后，急劇升溫并燃燒放熱；煤粉燃燒放熱而在鍋爐中產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽可直接用于推動渦輪透平和其它動力、熱工設備如發(fā)電設備。煤粉或其灰質在爐膛高溫區(qū)的停留時間一般平均約為2-6秒、最高可達8秒，形成的粉煤灰隨煙氣流離開爐膛，進入含塵煙氣輸送通道，在其中與鍋爐供水、供風進行間接對流傳熱，均勻而迅速地冷卻，離開爐膛時廢氣溫度為約1200℃，經(jīng)迅速冷卻然后進入電除塵器(11)并被收集下來。煤粉在鍋爐中快速燃燒放熱、生成的粉煤灰迅速冷卻的這一過程特征可概括為“速燒速冷”；收集的粉煤灰通常用水力輸送到專門修建的堆灰池(13)中堆置，或用氣力輸送到諸庫中儲存；大量的粉煤灰除掉后，仍含少量粉煤灰灰塵和較大量SO2的廢氣排入大氣中。
這種煤粉鍋爐的傳熱面積大，傳熱系數(shù)和傳熱效率都較高，故其熱效率可達到90％或更高。但這種煤粉鍋爐的運行帶來兩個較嚴重的問題，一是副產(chǎn)的大量粉煤灰將產(chǎn)生較嚴重的污染問題，例如一個85萬kw/年規(guī)模的熱力電廠每年要花費2000多萬元人民幣、并占用土地用于修建或擴建堆灰池，輸送粉煤灰要耗費水及其動力，堆灰池中的粉煤灰隨風飛揚和隨雨水漏失將污染環(huán)境；第二是從煙囪中排出的廢氣中帶有較大量的SO2和少量粉塵，這也將造成大氣污染。
長期以來，為了治理和綜合利用煤粉鍋爐產(chǎn)生的廢灰渣，人們探索了多種途徑。其中主要的一種就是將它作為混合材即填料來生產(chǎn)粉煤灰水泥，但是粉煤灰的添加量一般限制在20-40％(參見GB 1344-92)，所以利用效率和價值均不高，而且將粉煤灰從熱力電廠輸送到水泥廠還需要大量的運輸費。粉煤灰的添加量不能超過40％的主要原因之一是，粉煤灰屬火山灰性質，化學組成的特點是高硅少鈣，它雖含有少量的鈣并且有一定的潛在活性，但它不能單獨起硬化作用。為了激發(fā)這一潛在活性，人們采取了許多措施，但這些措施多是針對燃燒后的粉煤灰的，其最大的缺陷是，潛在的活性很有限，能激發(fā)出來的活性相應也很有限，無法與水泥熟料的那種良好的水硬活性相比，因而沒有從根本上解決這一問題。
例如，“粉煤灰增活技術的試驗研究”，《中國建材》，1995年5月公開了一種粉煤灰的激活方法。其中，通過向粉煤灰中添加增活劑、再在650-800℃低溫鍛燒來進行改性。這種方法仍局限于激活粉煤灰的潛在活性，不能用來直接生產(chǎn)粉煤灰水泥，因而沒有提高粉煤灰的利用率。
近來，人們采用了向煤粉中添加石灰石粉、使其在煤粉鍋爐內(nèi)燃燒來改性粉煤灰的方法(“高鈣粉煤灰少熟料水泥的試制及應用”，《中國建材科技》，1993年，第5期)。但由于石灰石在鍋爐爐膛內(nèi)分解成CaO和CO2時吸收大量的熱量，這將影響煤粉鍋爐的正常燃燒及出力，甚至造成爐膛滅火事故，因此石灰石的添加量只能很低，得到的所謂高鈣粉煤灰中的最高鈣含量(以CaO的重量百分數(shù)計)一般在左右20％。即使這種改性粉煤灰的活性有所提高，它也只是用來與主要含β-硅酸二鈣(β-C2S)和γ-硅酸二鈣(γ-C2S)相的鉻鐵灰一起生產(chǎn)325#以下的低標號砌筑水泥(見CN.9110608.4)。因此，其應用范圍較窄，并且未從根本上解決粉煤灰的全部、高效利用的問題。除了上述由于粉煤灰屬火山灰性質而限制了其利用量和利用價值外，粉煤灰利用中的另一個困難在于，粉煤灰中殘?zhí)?或通常稱的燒失量)的不良作用影響了粉煤灰水泥制成品的質量性能。粉煤灰中的殘?zhí)季哂泻軓姷奈叫?，在其表面形成一層憎水膜，它阻礙了活性物質的水化反應，對粉煤灰的凝聚集結起著離散、破壞作用；同時，殘?zhí)嫉拇嬖谠龃罅朔勖夯业男杷?，從而降低了粉煤灰凝聚體的強度，從而降低了制成品的抗?jié)B及抗凍性能，此外，殘?zhí)嫉拇嬖谝步档土嗣旱臒嶂道寐屎湾仩t熱效率。
在現(xiàn)有技術中，煤粉鍋爐熱力廠和水泥廠分屬不同的工業(yè)部門，分別單獨地管理和運行，各自都存在著各自的問題。
基于對現(xiàn)有水泥熟料慢燒慢冷生產(chǎn)方法所存在的熱效率不高和產(chǎn)品質量有待提高的缺陷的認識，本發(fā)明人長期以來致力于開發(fā)生產(chǎn)水泥熟料的新工藝。在受到煤粉鍋爐中煤粉快速燃燒放熱、粉煤灰快速冷卻這一熱工特性的啟發(fā)后，提出了利用煤粉鍋爐這一有利熱工條件來生產(chǎn)水泥熟料的構想。要實現(xiàn)這一構想，必須解決三個主要問題第一、如何使煤粉鍋爐排出的粉煤灰的化學組成達到或接近現(xiàn)有水泥熟料的化學組成；第二、如何使粉煤灰中的化學成分之間發(fā)生礦化反應，大量生成具有良好水硬活性的礦物成分；第三、如何保證在煤灰質發(fā)生礦化反應時，不吸收煤粉燃燒時放出的熱量，以保持爐膛高溫，保證鍋爐出熱能力不降低。
為了解決上述三個問題，本發(fā)明人深入研究了煤粉在鍋爐爐膛中的燃燒過程和粉煤灰的物化性能，發(fā)現(xiàn)我國粉煤灰中的主要化學成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO四種氧化物，它正好與水泥熟料的主要化學成分相同(以氧化物形式計)，兩者的化學成分含量對比見表1。
表1粉煤灰和水泥熟料的化學成分(重量％)
從表1可以看出，兩者雖都含有相同的氧化物種類，但含量范圍有較大差別，主要區(qū)別在于粉煤灰中氧化鈣含量遠遠低于水泥熟料中氧化鈣含量，這種低鈣含量是導致粉煤灰中基本上不具有水泥熟料中含有的、具有水硬活性的礦物相如硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)等的主要原因。針對上述特點，本發(fā)明人認識到，若根據(jù)煤中灰分含量和達到水泥熟料化學組成的要求來重新配煤，向其中添加含以CaO為主的富鈣物質的添加劑(以下簡稱“AMC添加劑”)，就能使這種配煤混合物燃燒后的剩余物、即通常說的粉煤灰的化學組成、主要是鈣含量達到或接近水泥熟料的化學組成；還認識到，水泥熟料的鍛燒形成溫度是1450℃左右，加礦化劑后在1300℃左右就可以形成，而煤粉鍋爐爐膛中高溫區(qū)在1300-1700℃范圍，足以滿足鍛燒生成水泥熟料的溫度要求，上述配煤混合物完全有可能在爐膛內(nèi)高溫燃燒時，大量生成具有水硬活性的礦物相。本發(fā)明人也深入研究了現(xiàn)有技術、特別是通過添加石灰石來使粉煤灰增鈣的現(xiàn)有技術方法未能有效地改性粉煤灰、使之具有良好水泥熟料的水硬活性的原因，發(fā)現(xiàn)該方法中添加的石灰石CaCO3在爐膛中分解成CaO和CO2時要吸收較大量的熱量，從而影響了爐膛溫度和鍋爐出力，所以CaCO3的添加量只能很少，最終得到的粉煤灰中CaO含量不超過20％，與水泥熟料中鈣含量仍相差甚遠；此外，煤粉在爐膛高溫區(qū)的停留時間總共才2-6秒，而CaCO3分解成CaO就需2秒鐘以上，故生成的CaO不足以在余下的停留時間內(nèi)與其它化學成分發(fā)生礦化反應，所以這種方法處理得到的粉煤灰中很難形成水泥熟料的礦物相，因而其活性仍較低，不足以用來生產(chǎn)高標號粉煤灰硅酸鹽水泥，更不能直接當作水泥熟料來生產(chǎn)高標號水泥。
基于以上認識，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果向煤中配入AMC添加劑，則能完全克服添加石灰石時存在的兩個主要困難，即不存在石灰石爐內(nèi)分解吸熱的問題，相反，由于CaO與煤灰質發(fā)生的礦化反應是放熱反應，有利于提高爐膛溫度和改善燃燒狀況，有利于保持甚至提高出力，因而可大大增加添加劑量，使配煤混合物燃燒后剩余物中CaO含量達到20-70％；此外，也不存在CaCO3分解成CaO耗時的問題，CaO能在爐膛內(nèi)有較充裕的時間與煤灰質成分發(fā)生礦化反應，生成具有水硬活性的礦化物質。
本發(fā)明人還進一步發(fā)現(xiàn)，如果將AMC添加劑與煤一起充分磨細，兩種粉末之間就能發(fā)生密切接觸，當將它們噴入爐膛燃燒時，它們既是燃燒放熱體，又是燃燒中發(fā)生礦化反應的反應物，它們在爐內(nèi)進行懸浮燃燒，不僅燃燒速度快，而且處于均勻的直接的接觸傳熱傳質狀態(tài)，燃燒放熱與礦化反應同時進行并快速完成。煤灰質中各氧化物如SiO2、A12O3、Fe2O3是以高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等形式存在，當其吸熱發(fā)生脫水、分解的同時，馬上就能與AMC添加劑中鈣質發(fā)生放熱的礦化反應，保證了煤灰質剛分解的新生態(tài)氧化物與添加劑之間的高溫速燒，迅速生成C2S、C3S、C3A和C4AF等具有水硬活性的礦物相。對整個吸熱與放熱反應過程進行熱平衡計算的結果表明，反應總體上為放熱大于吸熱，這又能保證爐膛溫度和鍋爐出力。在燃燒剩余物離開爐膛后，又在1-5秒鐘之內(nèi)從1200℃迅速冷卻至200℃以下，這種速冷的剩余物來不及結晶，大部分呈玻璃體中間相，這種中間相自由能大、結構缺陷多，因而能進一步提高剩余物的水硬活性，使之實質上成為具有良好水硬活性的水泥熟料。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種新的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料的方法。按該方法，將煤粉燃燒出熱和生產(chǎn)水泥熟料兩個過程結合在一個煤粉鍋爐內(nèi)進行，在不增加鍋爐用煤量的情況下，同時完成出熱和生產(chǎn)水泥熟料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種按上述方法生產(chǎn)的水泥熟料。與現(xiàn)有技術生產(chǎn)的常規(guī)水泥熟料的一個最重要區(qū)別在于，在兩者化學組成基本相同的前提下，本發(fā)明的水泥熟料是采用速燒速冷新工藝生產(chǎn)的，具有較高的水硬活性。為了區(qū)別于常規(guī)水泥熟料，在本說明書的以后部分中，將本發(fā)明的水泥熟料稱為“速成水泥熟料”。
本發(fā)明的另一個目的是由這種速成水泥熟料制成的水泥?？蓪⑺俪伤嗍炝献鳛槲ㄒ坏幕钚越M分，或摻入少量常規(guī)水泥熟料后，與其它常規(guī)的水泥添加劑如石膏等混合，磨制成水泥。為了反映由本發(fā)明的速成水泥熟料制成的水泥產(chǎn)品的特性，以下將這種水泥稱為“速成水泥”。
本發(fā)明的另一個目的是提供一套實現(xiàn)本發(fā)明“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成水泥熟料，并任選制成速成水泥的設備。
本發(fā)明更進一步的目的是提供一種煤粉在鍋爐中燃燒時爐內(nèi)直接改性粉煤灰的方法。按這種方法，通過向煤中添加含以CaO為主的富鈣物質的改性劑(對粉煤灰改性時簡稱“AMC改性劑”)，利用現(xiàn)有煤粉鍋爐設備，可以在保證出熱且不增加煤耗的情況下，在爐內(nèi)直接將粉煤灰改性成具有良好水硬活性的改性粉煤灰。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種按上述方法獲得的改性粉煤灰。這種改性粉煤灰具有良好的水硬活性，可作為唯一的活性成分、或添加少量常規(guī)水泥熟料后，用于生產(chǎn)性能良好的改性粉煤灰硅酸鹽水泥。相應地，將這種改性粉煤灰稱作“速成改性粉煤灰”。
本發(fā)明另一個目的是由這種速成改性粉煤灰制得的水泥。本發(fā)明的速成改性粉煤灰可用作唯一的活性組分、或摻入少量常規(guī)水泥熟料后，再與其它常規(guī)的水泥添加劑混合，磨制成速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥。
本發(fā)明的另一個目的是煤粉鍋爐系統(tǒng)在生產(chǎn)速成改性粉煤灰中的應用。
本發(fā)明的另一個目的是提供一套“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰、并任選制成速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥的設備?？赏耆矛F(xiàn)有煤粉鍋爐系統(tǒng)，只需在磨煤機之前接入一套AMC改性劑的配料、預磨和計量添加系統(tǒng)，再在速成改性粉煤灰收集后接入一套速成粉煤灰水泥產(chǎn)品配料、粉磨、包裝和/或倉儲存系統(tǒng)，就可構成本發(fā)明的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥的設備。
本發(fā)明更進一步的目的是提供一種脫除煤粉鍋爐煙氣中SO2的脫硫方法。
以下詳細敘述本發(fā)明。
圖1是一個窯外預分解干法回轉窯的工藝流程示意圖；圖2是一個煤粉鍋爐系統(tǒng)的工藝流程示意圖；圖3是一個按本發(fā)明的要求設計的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成水泥熟料、并任選制成速成水泥的工藝流程示意圖；圖4是一個按本發(fā)明的要求、利用現(xiàn)有煤粉鍋爐系統(tǒng)“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰、并任選制成速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥的工藝流程示意圖；圖5是未作改性的粉煤灰樣品(吉林熱電廠2號煤粉爐取樣)的X-光衍射譜圖(XRD)；圖6是按本發(fā)明一個對比實施方案、向煤中添加石灰石、礦化劑、晶種和早強劑后改性得到的粉煤灰的XRD；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個僅加以CaO為主的富鈣物質的實施方案得到的改性粉煤灰的XRD；圖8是與圖6同種樣品的物相分析偏光顯微照片；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案得到的速成水泥熟料的物相分析偏光顯微照片；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案得到的改性粉煤灰的物相分析偏光顯微照片。
在本說明書的以前及以后部分，“水泥熟料”指廣泛意義上的、凡具有水硬活性、其強度符合BG 175-92或BG 1344-92規(guī)定的硅酸鹽類膠凝材料。按這種定義，按本發(fā)明工藝方法制得的產(chǎn)品—包括速成水泥熟料和速成改性粉煤灰—仍屬于“水泥熟料”。
如前所述，煤粉鍋爐排出的粉煤灰在性能上不同于水泥熟料之處在于兩點，一是其化學組成上高硅低鈣；二是各組分基本以氧化物形式存在，很少含有具有水硬活性的硅酸鹽類礦物相。為了利用這部分煤灰質、使之轉化為水泥熟料的成分，技術上首先要根據(jù)煤灰質的化學組成進行調整，使之與水泥熟料的化學(元素)組成接近或相同，以便為煤灰質在燃燒中爐內(nèi)直接發(fā)生礦化反應提供先決條件。本發(fā)明通過向煤中配入一定量的AMC添加劑、得到一種配煤混合物來達到這一目的。AMC添加劑的具體用量要根據(jù)煤質分析結果如灰質含量和鈣含量而定，應使得這種配煤混合物燃燒后得到的速成水泥熟料的礦物組成與常規(guī)水泥熟料的礦物組成基本相同或相近。對鈣含量(以CaO計)而言，一般應使速成水泥熟料中含到20-70％，較好的為30-65％，最好的為45-65％。
AMC添加劑主要含以CaO為主的富鈣物質，其中可僅為CaO，也可配入占次要量的CaCO3，其配入量要使CaCO3分解為CaO和CO2時的吸熱要低于礦化反應放熱量的多出部分。此外，為了促進它與煤灰質在爐內(nèi)形成水泥熟料的礦物相，本發(fā)明添加劑中還可任選地含有0-2％的礦化劑和/或0-7％的晶種和/或0-2％的早強疏松劑。礦化劑主要用于加快各氧化物之間礦化反應的速度，降低各礦物相的形成溫度，它可以是生產(chǎn)常規(guī)水泥熟料使用的任一種礦化劑，如螢石和氟石。加入晶種是為了加快礦物相的形成，使其晶粒迅速生長，晶種可以是含有各種礦物相的細晶粒硅酸鹽水泥熟料或其它物質。加入早強疏松劑的目的是進一步提高速成水泥熟料的早期水硬強度，又防止或減少灰渣在爐膛受熱面上結焦，早強疏松劑可以是常規(guī)水泥生產(chǎn)中常用的任一種早強劑如重晶石。所說礦化劑、晶種和早強劑的含量均以占速成水泥熟料的重量百分含量計算。
為了利用煤灰質并使之轉化為速成水泥熟料，除了通過配煤、使配煤混合物的灰質中各主要元素及含量與水泥熟料的基本相同或相近外，在技術上必須盡可能提供有利的物理化學反應條件，以使配煤的灰質各成分在爐內(nèi)迅速發(fā)生物理化學反應，大量生成上述的礦物相。首先使配煤混合物充分粉磨，或先將AMC添加劑預先粉磨，然后再與煤混勻并一道粉磨，使AMC添加劑粉和煤粉產(chǎn)生密切接觸。粉磨后的細度一般應達到4900目篩篩余小于30％，優(yōu)選小于15％，更優(yōu)選小于6％。其次，要為這種充分磨細并發(fā)生了密切接觸的配煤粉末的燃燒并發(fā)生礦化反應提供足夠高的溫度條件。為此，將配煤粉末噴入“一爐兩用”的煤粉鍋爐的爐膛中，并在其中1300℃以上、優(yōu)選1350-1700℃，更優(yōu)選1400-1550℃的高溫區(qū)充分燃燒。充分燃燒是指配煤粉末燃燒后得到的速成水泥熟料的燒失量要小于3％。為了保證配煤粉末的充分燃燒、以利于發(fā)生礦化反應，除了AMC添加劑成分能與煤灰質發(fā)生放熱的礦化反應、從而從根本上保證并改善爐膛的高溫條件外，還可采取例如調整一、二次風量、風速等措施，進一步改善爐膛中的燃燒情況，提高高溫區(qū)的溫度和擴大高溫區(qū)的范圍，例如可使高溫區(qū)達1350-1700℃。還可通過爐膛設計，使配煤粉末或其燃燒后剩余物在高溫區(qū)有足夠的停留時間，平均停留時間一般應不低于2秒，較好的不低于4秒，更好的不低于6秒。這些物化反應條件保證了本發(fā)明添加劑成分與煤灰質迅速且大量發(fā)生礦化反應，形成硅酸鹽水泥熟料礦物相，使本發(fā)明的速成水泥熟料具有良好的水硬活性。此后，燒成的速成水泥熟料或以粉末形式、或以熔渣形式離開爐膛，在1～5秒之內(nèi)從約1200℃迅速冷卻至200℃以下，在這種快速冷卻過程中，各種物質成分基本上來不及結晶，大量形成玻璃體狀中間相，這種中間相自由能大，結構缺陷多，從而進一步提高了本發(fā)明速成水泥熟料的水硬活性。
本發(fā)明的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料的方法可有利地在專門設計的設備中進行。圖3是一套生產(chǎn)速成水泥熟料、并任選制成速成水泥的設備流程框圖。
參照圖3，原煤在預均化堆場(13)進行預均化，以保證煤質穩(wěn)定，經(jīng)原煤儲倉(1)和微機配料(2)而計量進入輸送機(3)；AMC添加劑經(jīng)其原料堆場(14)進入AMC添加劑料倉(15)，經(jīng)微機配料(16)計量送入輸送機(3)，在此配入原煤中，形成配煤混合物，配煤混合物進入配煤混合物粉磨機(4)及粗粉分離器(5)，在此粉磨至所需細度；配煤粉進入旋風分離器(6)，再經(jīng)配煤粉儲倉(7)，和配煤粉給煤機(8)，用一次風送入煤粉鍋爐(9)的爐膛中燃燒、反應；鍋爐出熱送給熱力用戶如發(fā)電設備(10)，含塵煙氣經(jīng)電除塵器(11)收塵，廢氣放空，而以爐渣形式收集下來的和以粉塵形式收集下來的速成水泥熟料共同進入速成水泥熟料庫(12)；這種速成水泥熟料既可直接銷售出廠，也可進入任選接入的虛線框內(nèi)的系統(tǒng)，配制成水泥成品后銷售出廠，虛線框內(nèi)的系統(tǒng)包括混合材及石膏料倉(17)、微計配料(18)、水泥粉磨磨機(19)、水泥儲庫(20)、水泥散裝(21)并出廠、水泥袋裝包裝機(22)、水泥成品庫(23)，袋裝成品由此出廠。
將圖3與圖2對比可知，它的流程的主要部分與現(xiàn)有煤粉鍋爐的基本相同，都包括原煤配料磨粉和輸送系統(tǒng)、煤粉鍋爐及配套的熱力用戶如發(fā)電設備、產(chǎn)品/灰渣收集及后處理系統(tǒng)。但本發(fā)明專門設備還包括了AMC添加劑的堆儲及配料系統(tǒng)；原煤預均化堆場；在設備后部增設了速成水泥熟料庫，任選還可包括速成水泥配料及粉磨、包裝和倉儲系統(tǒng)。另外，在與原來煤粉鍋爐設備基本相同的部分中，需增加磨煤機的處理能力，以適應配入添加劑后處理量增大的需要，同時需適當調整鋼球配比，以滿足本發(fā)明對粉磨后粉末細度的要求；必要時還需適當改變爐膛尺寸和結構參數(shù)，使粉末在爐膛內(nèi)1300℃以上高溫區(qū)的停留時間不少于2秒，較好不少于4秒，更好不少于6秒。這種專門設計的設備的一個重要優(yōu)點是，在設計設備時能充分考慮生產(chǎn)優(yōu)質速成水泥熟料的需要，使同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料的工藝獲得最大的技術經(jīng)濟效益。此外，可充分借鑒現(xiàn)有煤粉鍋爐系統(tǒng)的設計建造和操作的成熟經(jīng)驗，可靠性好。
還可在對現(xiàn)有煤粉鍋爐設備進行改進后形成的一套設備上有利地實施本發(fā)明的方法。圖4是一個對老廠改造后形成的一套實施本發(fā)明方法、生產(chǎn)速成改性粉煤灰、并任選制成速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥的設備流程框圖。在這種情況下，本發(fā)明旨在對粉煤灰進行改性，使其成為具有良好水硬活性的改性粉煤灰，并任選制成速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥。相應地，本發(fā)明含以CaO為主的富鈣物質的添加劑簡稱為“AMC改性劑”。將圖4與圖3對比可知，兩者的設備構成及流程配置幾乎完全相同，唯一的例外是，為了充分利用現(xiàn)有磨煤機，同時又滿足AMC改性劑的粉磨要求，增設了一臺AMC改性劑預磨機，預先將它粉磨后再配入到原煤中，然后再將配煤混合物一起粉磨。為了節(jié)省篇幅，此處不再逐一敘述各裝置及物料流程。對比圖4與圖2可以看出，改造后的本發(fā)明設備在老廠設備的基礎上增設了一套AMC改性劑堆儲及配料、預粉磨、倉儲和計量加入系統(tǒng)；必要時，在原煤倉儲前增加了一個原煤預均化唯場，以保證煤質穩(wěn)定；在鍋爐灰渣收集以后取消原來的粉煤灰輸送及堆灰池系統(tǒng)，代之以改性粉煤灰?guī)?、及任選的速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥的配料、粉磨、水泥儲存及包裝成品儲存的系統(tǒng)。其余的現(xiàn)有設備未作任何改動。這種通過對老廠改造形成的設備的一個重要優(yōu)點是，充分利用了現(xiàn)有設備，在不增加用煤量并保證鍋爐出力的情況下，只需少量投資、甚至利用省去的、過去每年需花費的粉煤灰輸送和增擴建堆灰池的費用，就足以實現(xiàn)本發(fā)明“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰、并任選制成速成改性粉煤灰水泥的目的。這種設備的另一個重要優(yōu)點，可完全參照現(xiàn)有煤粉鍋爐設備的成熟操作經(jīng)驗，設備運行的可靠性好。
由于本發(fā)明的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成水泥熟料/速成改性粉煤灰的方法具有速燒速冷的工藝特點，這與現(xiàn)有技術中慢燒慢冷生產(chǎn)水泥熟料的工藝有顯著的區(qū)別，因而賦予了本發(fā)明速成水泥熟料/速成改性粉煤灰一些新的物化特性。通過對若干典型樣品進行X-光衍射分析和偏光顯微照相物相分析，所得結果表明，本發(fā)明速成水泥熟料/速成改性粉煤灰顯示了典型的硅酸鹽礦物相X-光衍射特征；其物相結構中，除了明顯的礦物晶相外，還大量存在玻璃體狀中間相。這表明它既屬于硅酸鹽水泥熟料系列，又具有不同于后者的新特點，例如大量的玻璃體狀中間相的存在。
由于本發(fā)明方法中加入的AMC添加劑/改性劑與煤灰質間發(fā)生放熱的礦化反應，這有利于改善爐膛中的燃燒狀況，還由于本發(fā)明對配煤混合物進行的充分粉磨，煤粉所達到的細度更有利于煤的完全燃燒，這兩者都有利于降低本發(fā)明速成水泥熟料/速成改性粉煤灰中由于機械不完全燃燒導致的殘?zhí)迹@既解決了殘?zhí)冀o產(chǎn)品質量帶來的不利影響，又降低了煤耗，節(jié)約了能源。
本發(fā)明速成水泥熟料/速成改性粉煤灰具有良好的水硬活性，由其作為唯一活性成分或作為主要成分(例如它占水泥產(chǎn)品總重量的65-95％)制成的水泥產(chǎn)品符合GB 175-92或GB 1344-92標準，其強度一般達325#以上，較好的達425#以上，更好的達525#以上。
本發(fā)明的方法還可作為脫除煤粉鍋爐煙氣中SO2的脫硫方法來應用。向煤中配入含有以CaO為主的富鈣物質及任選的、前述的礦化劑、晶種和早強疏松劑(此時簡稱為“AMC脫硫劑”)，AMC脫硫劑的用量要使得 配煤混合物燃后得到的灰渣中CaO含量為20-70％(基于灰渣的重量計，以下同)；將這種配煤混合物充分混勻并磨細，其粉末粒度應達到4900目篩篩余小于30％，優(yōu)選小于15％，更優(yōu)選小于6％；將這種配煤混合物粉末噴入鍋爐爐膛，使之在高溫區(qū)充分燃燒，其間硫易于與鈣和其它成分發(fā)生反應，生成硫酸鈣(CaSO4)、無水硫鋁酸鈣(4CaO·3Al2O3·CaSO4)和氟硫硅酸鈣(3C2S·3CaSO4·CaF2)等礦物質，使過去以SO2形式隨煙氣排入大氣的硫大量地轉移到灰渣中來，成為無害的物質。
在本發(fā)明的一個對比實施方案中，按向煤中摻入石灰石的現(xiàn)有技術方法對煤粉鍋爐的粉煤灰進行了改性試驗。對得到的改性粉煤灰進行化學組成分析表明，其CaO含量達不到20％，對配制的改性粉煤灰水泥進行強度試驗的結果表明，它不能作為唯一的或主要的活性成分，而仍只能作為混合材用于制備改性粉煤灰水泥。
在本發(fā)明的另一個對比實施方案中，除了摻入石灰石外，還添加了本發(fā)明方法中使用的礦化劑、晶種和早強疏松劑，以進一步試驗以石灰石為主的改性劑對粉煤灰的改性效果。對產(chǎn)品取樣進行X-光衍射和偏光顯微照相物相分析的結果表明，這種方法得到的產(chǎn)品只有很弱的、硅酸鹽水泥熟料中礦物相的X-衍射特征峰，也很少硅酸鹽礦物晶相。對由它制得的改性粉煤灰水泥進行強度試驗結果表明，這種改性粉煤灰仍不能作為唯一的或主要的活性成分、而只能作為混合材用于制備改性粉煤灰水泥，這表明這種方法沒有獲得顯著的改性效果。
在本發(fā)明的一個實施方案中，按本發(fā)明方法向現(xiàn)有煤粉鍋爐用煤中摻入只含以CaO為主的富鈣物質的AMC改性劑，得到的速成改性粉煤灰樣品顯示了典型的X-光衍射特征，由它作為唯一的活性組分制得的速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥強度達到325#以上，其它使用性能指標合格。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，向現(xiàn)有煤粉鍋爐用煤中摻入含以CaO為主的富鈣物質和礦化劑，晶種和早強疏松劑的AMC改性劑。得到的速成改性粉煤灰取樣做偏光顯微照相分析，顯示了顯著量的硅酸鹽礦物晶相和大量的玻璃體中間相；由它作為唯一活性成分制得的速成改性粉煤灰硅酸鹽水泥強度通常能達到425#，好的情況能達到525#，其它使用性能指標合格。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，向按本發(fā)明新設計的“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成水泥熟料、并任選制成速成水泥的設備用煤中，配入含以CaO為主的富鈣物質和礦化劑、晶種和早強疏松劑的AMC添加劑。用得到的速成水泥熟料作為唯一活性組分制得了速成水泥，其水泥強度通?？蛇_425#以上，好的可達525#以上，其余使用性能指標也合格。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，還試驗了按本發(fā)明方法脫除煙氣中SO2的效果，實驗結果展示了優(yōu)良的脫除SO2的應用價值。
本發(fā)明具有眾多的突出的優(yōu)點。
本發(fā)明的第一個突出的優(yōu)點是，它突破了生產(chǎn)水泥熟料的傳統(tǒng)工藝的局限，開創(chuàng)了速燒速冷水泥熟料生產(chǎn)新工藝。其中，充分利用CaO與煤灰質間的礦化反應放熱這一有利特點，在一臺煤粉鍋爐內(nèi)、在不增加用煤量的情況下，“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)出水泥熟料，這充分利用了煤灰質，將其轉化為高價值的速成水泥熟料，相當于省去了同等規(guī)模水泥廠的建設、操作、管理費用，省去了水泥廠的物耗和能耗，但得到了相當產(chǎn)量的水泥，獲得了很好的技術經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的第二個顯著的優(yōu)點是其突出的環(huán)境保護效益。首先，是消除了粉煤灰的污染問題，煤粉熱力鍋爐不再排出廢粉煤灰渣，不但節(jié)省了每年擴建堆灰池的大量費用和占地，節(jié)省了輸送粉煤灰至堆灰池的動力消耗，更重要的是，徹底根除了這種逐年積累增多的粉煤灰隨風、雨水而浸入大氣、周圍土地而造成的越來越嚴重的環(huán)境污染；第二是顯著減低了對大氣環(huán)境的污染，由于煤中含有的硫和含硫化合物中的硫能在礦化反應過程中形成CaSO4、進而生成4CaO·3Al2O3·CaSO4和3C2S·3CaSO4·CaF2等礦物質，這些礦物都是早強礦物，這一方面提高了產(chǎn)品質量，另一方面也顯著降低了硫以SO2形式隨廢煙氣排入大氣中的量；此外，由于現(xiàn)在由鍋爐排出的是速成水泥熟料/速成改性粉煤灰，其性質與以前的粉煤灰不同，根據(jù)現(xiàn)有的實驗結果(見表2)，對現(xiàn)有鍋爐設備中的電除塵器而言，電收塵效率能自然提高1.9個百分點。
表2粉煤灰改性前后除塵器性能表
注根據(jù)吉林省電力系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測中心站跟蹤測試結果；在吉林熱電廠2號鍋爐上測試。
SO2和粉塵向大氣排放量的降低，有利于大氣環(huán)境保護。第三是消除了水泥生產(chǎn)所需的礦山、水泥廠占地和水泥廠污染對環(huán)境的破壞。
本發(fā)明的第三個顯著優(yōu)點是具有其它綜合效益，如基本上省去了水泥生產(chǎn)中生料和煤的運輸，緩解運輸緊張狀況，節(jié)約下來的電力、煤能供其它生產(chǎn)部門和人民生活使用，緩解其供需緊張狀況。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步闡述。應當注意，這些實施例僅用于說明的目的，在任何意義上都不用于限制本發(fā)明。本領域技術人員可以根據(jù)本說明書的敘述，對本發(fā)明實施方案作出改變或改進，但這些改變或改進都落入本發(fā)明申請權利要求書所限定的保護范圍這內(nèi)。
如無特別聲明，在本說明書中及權利要求書中的百分含量均為重量百分含量。實施例1本實施例涉及“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料方法的實施。它是在新設計的“一爐兩用”設備中進行，其設備流程見圖3。其中鍋爐爐膛溫度為1300-1700℃，配煤混合物在爐膛內(nèi)停留時間為6秒以上。所用AMC添加劑中僅含生石灰，生石灰為市售商品，其CaO含量為92％左右。所用煤的灰質化學分析結果列于表3(0#試樣)。
如圖3所示，將原煤從預均化堆場運至原煤儲倉，利用皮帶輸送機送至微機配料料斗，與從AMC添加劑料倉計量送來的AMC添加劑匯合，經(jīng)輸送機送至配煤混合物球磨機，粉磨之后經(jīng)粗粉分離器分離，將粗粉送回至球磨機再粉磨，將細粉送至旋風分離器分離，分出的4900孔篩篩余小于15％的細粉被送至配煤粉儲倉，細的配煤粉經(jīng)皮帶輸送機送至配煤粉給煤機，隨一次風被吹入“一爐兩用”的煤粉鍋爐爐膛中燃燒，燃燒放熱產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽送給熱力用戶如發(fā)電設備，而形成的一部分速成水泥熟料隨煙氣離開爐膛，在1-5秒鐘之內(nèi)從1200℃左右迅速冷卻到200℃以下，然后被電收塵器回收，另一部分則以爐渣形式迅速冷卻后回收，將爐渣與電收塵器回收的煙塵混合形成的速成水泥熟料送至水泥熟料庫，經(jīng)化學分析，得到的速成水泥熟料成分分布的結果列于表3(1#試樣)。將這種速成水泥熟料與5％石膏混合，再經(jīng)水泥粉磨機球磨之后、制成水泥。所得水泥的性能測試結果列于表4(1#試樣)。實施例2其余實驗條件同實施例1，只是改變AMC添加劑的配入量，得到的速成水泥熟料(2#試樣)的化學分析結果列于表3，向其中添加5％的石膏并磨細后制得水泥(2#試驗樣)，進行性能測試，結果列于表4。實施例3其余實驗條件同實施例2，只是改變AMC添加劑的配入量，得到速成水泥熟料(3#試樣)的化學分析結果列于表3，向其中添加5％的石膏并磨細后制得水泥(3#試樣)，進行性能測試，結果列于表4。實施例4其余實驗條件同實施例1，只是AMC添加劑中除含生石灰之外，還含以下成分0.3％的螢石、2.0％的晶種(525#硅酸鹽水泥熟料，以下實施例中所用晶種均指這種熟料)、1.2％的重晶石(均基于水泥熟料的重量計，以下同)。制得速成水泥熟料(4#試樣)的化學分析列于表3，向其中添加5％的石膏，磨細后制得水泥(4#試樣)，進行性能測試，結果列于表4。實施例5其余實驗條件同實施例2，只是AMC添加劑中除生石灰之外，還含有以下成分0.6％的螢石、4.3％的晶種、0.8％的重晶石。得到水泥熟料(5#試樣)的化學分析列于表3，向其中添加5％的石膏，磨細后制成水泥(5#試樣)，進行性能測試，結果列于表4。實施例6其余實驗條件同實施例3，只是AMC添加劑中除了生石灰之外，還含有以下成分0.9％的螢石，5.7％的晶種，0.5％的重晶石。得到水泥熟料(5#試樣)的化學分析列于表3，向其中添加5％的石膏，磨細后制成水泥(6#試樣)，進行性能測試，結果列于表4。
從表3和表4中1#、2#和3#樣的測試結果可以看出，向煤中配入適量僅含生石灰的AMC添加劑，即可生產(chǎn)出速成水泥熟料。隨著水泥熟料中CaO含量的增加，其制成的速成水泥熟料的性能也提高；同樣CaO含量的情況下，AMC添加劑中還含有礦化劑如螢石，晶種和早強疏松劑如重晶石時制成的速成水泥熟料的性能比不添加這些添加劑的情況要好些，尤其是CaO含量高時更是如此。通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)實施例1和實施例4的速成水泥熟料中CaO含量只有45％左右，但由它們制成的速成水泥的性能達到了普通硅酸鹽水泥425號國家標準。而達到425號的普通硅酸鹽水泥熟料中CaO的含量要在60％以上，這是由于本發(fā)明方法的速燒速冷工藝特點使速成水泥熟料的活性增高所致。實施例7(對比例1)本實施例涉及按現(xiàn)有技術方法、通過向煤粉中配入石灰石進行粉煤灰改性的試驗。試驗在對蘇制Tn-230-2型號的現(xiàn)有煤粉鍋爐進行改造之后形成的設備中進行。所用煤的灰質化學組成列于表5(10#試樣)。配入的石灰石為普通市售商品，其中的CaO含量為52％。參照圖4，將石灰石送至球磨機(15)中預先粉磨，達到4900目篩篩余小于6％的粒度以后，計量加入輸送機(3)，在此與從原煤預均化堆場(1)輸送來的原煤匯合，形成配煤混合物，再一起送至粉磨機(4)中粉磨，經(jīng)粗粉分離器(5)和旋風分離器(6)分離后，收集4900目篩篩余小于15％的細粉，送至煤粉儲倉(7)，煤粉混合物經(jīng)煤粉給煤機(8)與一次風一起噴入鍋爐爐膛(9)中燃燒，爐膛溫度為1300-1500℃，鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽送至熱力用戶如發(fā)電設備(10)，從爐膛出來的粉煤灰快速冷卻后，經(jīng)電收塵器(11)被收集下來，與從爐膛收集的爐渣混合，形成改性粉煤灰，其化學分析結果列于表5(11#試樣)。將這種改性粉煤灰與5％的石膏混合后，送至水泥粉磨機中球磨，制成水泥，其性能測定結果列于表6(11#試樣)。
因為CaCO3分解要吸收大量熱能，其添加量不能大，否則會影響鍋爐正常燃燒及出力，甚至造成滅火事故。從表5可以看出，這種改性粉煤灰的CaO含量只能達到16.52％，與普通硅酸鹽水泥熟料中的60％以上的CaO含量相比相去甚遠。向這種粉煤灰中添加5％石膏后，再經(jīng)水泥球磨機磨制成水泥，性能很差，達不到275#，沒有太大的實用價值。實施例8(對比例2)其它試驗條件同實施例7，只是除石灰石以外，還向煤中配入0.43％的螢石、5％的晶種，0.45％的重晶石。得到的粉煤灰化學分析結果列于表5(12#試樣)。試樣的粉末X-光衍射分析(圖6)表明，粉煤灰中很少有硅酸鹽礦物相的特征衍射峰，只有明顯的SiO2和CaO的特征峰。對這種粉煤灰樣品偏光顯微物相分析(圖8)，結果表明，只有少量的結晶粒子，估計為SiO2和CaO。向這種粉煤灰中摻加5％的石膏后，磨細，制成水泥的性能列于表6(12#試樣)。
從表5和表6中的11#和12#試樣的試驗數(shù)據(jù)可以看出，無論是向煤中僅配入石灰石作改性劑、或是除石灰石以外還配入了礦化劑(螢石)、晶種、早強疏松劑(重晶石)，得到的粉煤灰水硬活性都沒有明顯提高，由它們制成水泥的性能都達不到275#，沒有太大的實用價值。實施例9
其余試驗條件同實施例7，只是向煤中配入了本發(fā)明的AMC改性劑來代替石灰石。AMC改性劑中只含生石灰，生石灰為普通市售商品，其CaO含量約為92％。試驗發(fā)現(xiàn)，配入僅含生石灰的AMC改性劑后，配煤混合物粉末在爐膛中燃燒時爐膛發(fā)亮，燃燒狀況良好，因此AMC改性劑可多加。這樣得到的速成改性粉煤灰的化學成份分分析結果列于表5(13#試樣)。對試樣進行X-光衍射分析(圖7)，發(fā)現(xiàn)存在β-C2S和結晶的硅酸三鈣固溶體54CaO·16SiO2·Al2O3·MgO等典型的硅酸鹽水泥熟料礦物相的特征峰。向這種改性粉煤灰中摻加5％石膏后，磨細制成水泥的性能列于表6(13-1#試樣)。如果除石膏外，再添加10％的525號硅酸鹽水泥熟料，磨細制成的水泥(13-2#試樣)性能列于表6中。
由表5和表6看出，當用AMC改性劑代替CaCO3作改性劑時，可以明顯提高改性粉煤灰中CaO含量(達44.36％)，改性粉煤灰的水硬活性也明顯提高。用其作為唯一活性成分直接制成的水泥性能(13-1#試樣)達到425#標準。而摻加10％熟料后(13-2#試樣)，其性能超過425#。實施例10同實施例7進行實驗，只是改變配入的AMC改性劑的量。得到的改性粉煤灰(14#試樣)的化學成分分析結果列于表5。向這種改性粉煤中摻加5％石膏，磨細制成水泥(14#試樣)的性能列于表6。實施例11
同實施例7進行實驗，只是改變配入的AMC改性劑的量。得到的改性粉煤灰(15#試樣)化學成分分析結果列于表5。向這種改性粉煤灰中摻加5％石膏，磨細制成水泥(15#試樣)的性能列于表6。實施例12同實施例7進行實驗，只是配入的AMC改性劑中除生石灰以外，還有0.3％的礦化劑(螢石)、2.0％晶種、1.2％的早強疏松劑(重晶石)。得到的改性粉煤灰的化學分析結果列于表5(16#試樣)。向這種改性粉煤灰中摻加5％的石膏后，磨細制成的水泥(16#試樣)性能列于表6?？梢钥闯?，粉煤灰中CaO含量達到33.12％，其性能達到325#標準以上。實施例13同實施例7進行實驗，只是配入的AMC改性劑中除生石灰外，還有0.6％的螢石，4.3％的晶種，0.8％重晶石。得到的改性粉煤灰的化學分析列于表5(17#試樣)。向這種改性粉煤灰中摻加5％石膏后，磨細制成水泥(17#試樣)性能列于表6。可以看出水泥性能達到粉煤灰硅酸鹽水泥的525#國家標準。實施例14同實施例7進行實驗，只是配入的AMC改性劑中除生石灰外，還有0.9％的螢石、5.7％的晶種、0.5％的重晶石。得到的改性粉煤灰的化學分析列于表5(18#試樣)。向這種改性粉煤灰中摻加5％石膏后，磨細制成水泥(18#試樣)性能列于表6。可以看出，水泥性能達到粉煤灰硅酸鹽水泥525#國家標準。實施例15本實施例涉及用AMC脫硫劑對煤粉鍋爐廢氣脫硫效果的試驗。在實施例7的條件下進行實驗，只是改變生石灰的添加量，得到的改性粉煤灰中CaO含量為23.7％(重量)，如表7所示，二次測量平均結果表明，煙氣中二氧化硫排放量降低38.9％。
還在實施例12的條件下進行了試驗，摻加AMC脫硫劑后，煙氣中二氧化硫排放量降低46.8％。這些結果表明，本發(fā)明的脫硫方法對煤粉鍋爐煙氣脫硫具有顯著的效果。
表3
表4
*按普通硅酸鹽水泥標準表5
表6
*按粉煤灰硅酸鹽水泥標準- 表示標號不到； + 表示標號超過表權利要求
1.一種“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料(以下簡稱“速成水泥熟料”)的方法，所說“一爐”是煤粉熱力鍋爐，煤粉在鍋爐中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽輸送給熱力用戶，其特征在于，根據(jù)煤灰分含量和化學成分情況，向煤中配入一種AMC添加劑，其中含有以CaO為主的富鈣物質，AMC添加劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成水泥熟料中Ca含量(以下都以CaO含量表示)為20-70％(基于得到的速成水泥熟料的重量計，以下同)；將這種配煤混合物充分混勻并磨細，其粉末粒度應達到4900目篩篩余小于30％，將這種配煤混合物粉末噴入爐膛內(nèi)，使其在1300℃以上的高溫區(qū)充分燃燒，同時灰質間發(fā)生礦化反應，得到速成水泥熟料。
2.按權利要求1的方法，其特征在于，在配煤混合物粉末爐內(nèi)高溫燃燒并發(fā)生礦化反應、離開爐膛后，在1-5秒鐘之內(nèi)從1200℃迅速冷卻到200℃以下。
3.按權利要求1或2的方法，其特征在于，AMC添加劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成水泥熟料中CaO含量為30-65％。
4.按權利要求1或2的方法，其特征在于，AMC添加劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成水泥熟料中CaO含量為45-65％。
5.按權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，AMC添加劑中的以CaO為主的富鈣物質是生石灰。
6.按權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，AMC添加劑中還任選含有0-2％的礦化劑如螢石、氟石等。
7.按權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，AMC添加劑中還任選含有0-7％的晶種如細晶粒的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料。
8.按權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，AMC添加劑中還任選含有0-2％的早強疏松劑如重晶石。
9.按權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，AMC添加劑中還任選含有0-2％的礦化劑螢石、氟石；0-7％的晶種如細晶粒的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料；0-2％的早強疏松劑如重晶石。
10.按權利要求1-9中任一項的方法，其特征在于，將配煤混合物粉磨后，粉末的粒度應達到4900目篩篩余小于15％。
11.按權利要求1-10中任一項的方法，其特征在于，將配煤混合物粉磨后，粉末的粒度應達到4900目篩篩余小于6％。
12.按權利要求1-11中任一項的方法，其特征在于，爐膛高溫區(qū)的溫度為1350-1700℃。
13.按權利要求1-12中任一項的方法，其特征在于，爐膛高溫區(qū)的溫度為1450-1550℃。
14.按權利要求1-13中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于2秒。
15.按權利要求1-14中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于4秒。
16.按權利要求1-15中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于6秒。
17.按權利要求1-16中任一項的方法，其特征在于，所說煤粉熱力鍋爐為煤粉爐或旋風爐。
18.按權利要求1-17中任一項的方法，其特征在于，所說的熱力用戶包括熱電廠。
19.一種速成水泥熟料，其特征在于，它是按權利要求1-18中任一項的方法制得的。
20.一種速成水泥，其特征在于，它是以權利要求19的速成水泥熟料作為唯一的活性成分、在添加常規(guī)水泥輔料如石膏后，經(jīng)粉磨而制得的。
21.一種速成水泥，其特征在于，它是以權利要求19的速成水泥熟料作為主要的活性成分如用量為65-90％(以水泥重量計，以下同)、摻入少量如5-30％的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料、再添加常規(guī)水泥輔料如石膏，經(jīng)粉磨而制得的。
22.一種“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成水泥熟料、并任選制成速成水泥的設備，它包括原煤預均化堆場(13)、原煤儲倉(1)、微機配料(2)、AMC添加劑原料堆場(14)、AMC添加劑料倉(15)、微機配料(16)、輸送機(3)、煤粉制備粉磨機(4)、粗粉分離器(5)、旋風分離器(6)、配煤粉儲倉(7)、配煤粉給煤機(8)、煤粉鍋爐(9)、熱力用戶(10)、電除塵器(11)、速成水泥熟料庫(12)、以及為將速成水泥熟料制成速成水泥而任選接入的混合材、石膏料倉(17)、微機配料(18)、水泥粉磨機(19)、水泥儲庫(20)、水泥散裝(21)、水泥袋裝包裝機(22)水泥成品庫(23)。
23.一種“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)可用作硅酸鹽類水泥熟料的改性粉煤灰(以下簡稱“速成改性粉煤灰”)的方法，所說“一爐”是現(xiàn)有煤粉熱力鍋爐，煤粉在鍋爐中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽輸送給熱力用戶，其特征在于，根據(jù)煤灰分含量和化學成分情況，向煤中配入一種AMC改性劑，其中含有以CaO為主的富鈣物質，AMC改性劑可預先粉磨后再配入煤中，AMC改性劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成改性粉煤灰中CaO含量為20-70％(基于得到的速成改性粉煤灰的重量計，以下同)；將這種配煤混合物充分混勻并磨細，其粉末粒度應達到4900目篩篩余小于30％；將這種配煤混合物粉末噴入爐膛內(nèi)，使其在1300℃以上的高溫區(qū)充分燃燒，同時灰質間發(fā)生礦化反應，得到速成改性粉煤灰。
24.按權利要求23的方法，其特征在于，在配煤混合物粉末爐內(nèi)高溫燃燒并發(fā)生礦化反應、離開爐膛后，在1-5秒鐘之內(nèi)從1200℃迅速冷卻到200℃以下。
25.按權利要求23或24的方法，其特征在于，AMC改性劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成改性粉煤灰中CaO含量為30-65％。
26.按權利要求23或24的方法，其特征在于，AMC改性劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的速成改性粉煤灰中CaO含量為45-65％。
27.按權利要求23-26中任一項的方法，其特征在于，AMC改性劑中的、以CaO為主的富鈣物質是生石灰。
28.按權利要求23-27中任一項的方法，其特征在于，AMC改性劑中還任選含有0-2％的礦化劑如螢石、氟石等。
29.按權利要求23-27中任一項的方法，其特征在于，AMC改性劑中還任選含有0-7％的晶種如細晶粒的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料。
30.按權利要求23-27中任一項的方法，其特征在于，AMC改性劑中還任選含有0-2％的早強疏松劑如重晶石。
31.按權利要求23-27中任一項的方法，其特征在于，AMC改性劑中還任選含有0-2％的礦化劑如螢石、氟石；0-7％的晶種如細晶粒的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料；0-2％的早強疏松劑如重晶石。
32.按權利要求23-31中任一項的方法，其特征在于，將配煤混合物粉磨后，粉末的粒度應達到4900目篩篩余小于15％。
33.按權利要求23-32中任一項的方法，其特征在于，將配煤混合物粉磨后，粉末的粒度應達到4900目篩篩余小于6％。
34.按權利要求23-33中任一項的方法，其特征在于，爐膛高溫區(qū)的溫度為1350-1700℃。
35.按權利要求23-34中任一項的方法，其特征在于，爐膛高溫區(qū)的溫度為1450-1550℃。
36.按權利要求23-35中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于2秒。
37.按權利要求23-36中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于4秒。
38.按權利要求23-37中任一項的方法，其特征在于，配煤混合物粉末在爐膛高溫區(qū)的停留時間不低于6秒。
39.按權利要求23-38中任一項的方法，其特征在于，所說煤粉熱力鍋爐為煤粉爐或旋風爐。
40.按權利要求23-39中任一項的方法，其特征在于，所說的熱力用戶包括熱電廠。
41.一種速成改性粉煤灰，其特征在于，它是按權利要求23-40中任一項的方法制得的。
42.一種速成改性粉煤灰水泥，其特征在于，它是以權利要求41的速成改性粉煤灰作為唯一的活性成分、在添加常規(guī)水泥輔料如石膏后，經(jīng)粉磨而制得的。
43.一種速成改性粉煤灰水泥，其特征在于，它是以權利要求41的速成改性粉煤灰作為主要的活性成分如用量為65-90％(以水泥重量計，以下同)、摻入少量如5-30％的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料、再添加常規(guī)水泥輔料如石膏后，經(jīng)粉磨而制得的。
44.一種“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰、并任選制成速成改性粉煤灰水泥的設備，它包括原煤儲倉或預均化堆場(1)、微機配料(2)、輸送機(3)、AMC改性劑原料倉(13)、微機配料(14)、改性劑粉磨機(15)、AMC改性劑(粉)儲倉(16)、微機配料(17)、配煤混合物粉磨機(4)、粗粉分離器(5)、旋風分離器(6)、配煤粉儲倉(7)、配煤粉給煤機(8)、煤粉鍋爐(9)、熱力用戶如發(fā)電設備(10)、電除塵器(11)、速成改性粉煤灰?guī)?12)、以及為將速成改性粉煤灰制成速成改性粉煤灰水泥而任選接入的混合材、石膏料倉(18)、微機配料(19)、水泥粉磨機(20)水泥儲庫(21)、水泥散裝(22)、水泥袋裝(23)、水泥成品庫(24)。
45.現(xiàn)有煤粉鍋爐在“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)速成改性粉煤灰中的應用。
46.一種脫除煤粉鍋爐煙氣中SO2的脫硫方法，其特征在于，向煤中配入一種AMC脫硫劑，其中含有CaO為主的富鈣物質，AMC脫硫劑的用量要使得配煤混合物燃燒后得到的灰渣中CaO的含量為20-70％(基于灰渣的重量計，以下同)；將這種配煤混合物充分混勻并磨細，其粉末粒度應達到4900目篩篩余小于30％；將這種配煤混合物粉末噴入鍋爐爐膛，使之在高溫區(qū)充分燃燒，其間硫與灰質間發(fā)生反應并與之結合，隨灰渣收集下來而脫除。
47.按權利要求46的方法，其特征在于，AMC脫硫劑中的、以CaO為主的富鈣物質為生石灰。
48.按權利要求46或47的方法，其特征在于，AMC脫硫劑中還任選含有0-2％的礦化劑如螢石、氟石；0-7％的晶種如細晶粒的常規(guī)硅酸鹽水泥熟料；0-2％的疏松劑如重晶石。
49.按權利要求46-48中任一項的方法，其特征在于，所說粉末粒度應達到4900目篩篩余小于15％。
50.按權利要求46-49中任一項的方法，其特征在于，所說粉末粒度應達到4900篩篩余小于6％。
全文摘要
公開了一種在煤粉鍋爐上“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料/改性粉煤灰的方法，由該方法制得的水泥熟料/改性粉煤灰，以及由它們制得的水泥產(chǎn)品，還公開了實施這種方法的設備。本發(fā)明方法具有速燒速冷的工藝特點，它賦予本發(fā)明的水泥熟料/改性粉煤灰以良好的水硬活性，能直接用于生產(chǎn)優(yōu)質水泥產(chǎn)品。
文檔編號C04B7/44GK1143054SQ95115360
公開日1997年2月19日 申請日期1995年8月14日 優(yōu)先權日1995年8月14日
發(fā)明者朱雪芳, 劉本恩 申請人:中國科學院