專利名稱:燃煤鍋爐供熱同時生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于鋁酸鹽水泥生產(chǎn)和粉煤灰改性、綜合利用。
背景技術(shù):
目前已有的鋁酸鹽水泥生產(chǎn)方法,一般采用專用的水泥回轉(zhuǎn)窯熔融或燒結(jié)法生產(chǎn)。
在燃煤鍋爐中加鈣質(zhì)物料,使之與煤灰化合形成活性材料的試驗研究已有幾十年歷史,如最新公布的發(fā)明專利《“一爐兩用”同時出熱和生產(chǎn)水泥熟料的方法、產(chǎn)品、設(shè)備及應(yīng)用》,其內(nèi)容是一種在煤粉鍋爐上同時出熱和生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法,該方法通過在燃煤中配入富鈣物質(zhì),期望在高溫條件下富鈣物質(zhì)與煤灰化合燒成硅酸鹽水泥熟料或活性粉煤灰材料。上述粉煤灰改性方法存在如下問題(1)為保證鍋爐出熱,進(jìn)入鍋爐的燃煤中外加的鈣質(zhì)原料數(shù)量有限制,出爐的灰中CaO含量只有大約25~35%,SiO240-50%,Al2O310-15%,其組成位于CaO-SiO2-Al2O3三元系統(tǒng)相圖的低鈣、高硅區(qū),根據(jù)相平衡原理,CaO即使全部參加反應(yīng)(實(shí)際上總有1/3左右以游離形式存在)也不會有C3S、C3A等活性水泥礦物形成,其活性差,自身強(qiáng)度很低。(2)由于煤粒在燃燒過程中產(chǎn)生的CO2氣體從表面向四周擴(kuò)散,對富鈣物質(zhì)有排斥作用,此時煤粒與鈣質(zhì)顆粒發(fā)生碰撞(化合的必要條件)的幾率很??;而當(dāng)煤粒燃燒完時煤灰即將離開鍋爐,富鈣物質(zhì)能與其發(fā)生碰撞并化合形成水泥礦物的時間很短,致使出爐的灰中含有大量(總CaO%的1/3左右)的未化合的游離CaO,對水泥及混凝土的體積安定性不利。(3)為促進(jìn)硅酸鹽水泥熟料形成,該發(fā)明在煤中還加入螢石(主要成分CaF2)和/或石膏(主要成分CaSO4)作為礦化劑,這些物質(zhì)在鍋爐高溫區(qū)分解出HF和SO3等有害氣體,造成二次污染。
三、本發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述粉煤灰改性方法存在的問題,采用新的技術(shù)路線和方法。本發(fā)明的要點(diǎn)如下(1)針對燃煤中鈣質(zhì)原料(CaO)因受限制無法多摻的問題,提出生產(chǎn)低鈣的鋁酸鹽水泥體系代替高鈣的硅酸鹽水泥體系,由于形成鋁酸鹽水泥礦物需要的CaO少,煤中加入不多的鈣質(zhì)原料(15%左右),即可滿足形成CA等鋁酸鹽活性礦物需要。(2)燃煤中加鈣質(zhì)原料的同時加鋁質(zhì)原料,補(bǔ)充形成鋁酸鹽礦物所需的Al2O3,鋁質(zhì)原料在鍋爐中不但不排斥鈣質(zhì)原料,相反在大于800℃時由于化學(xué)親和力作用,鋁質(zhì)原料與鈣質(zhì)原料互相吸引而黏結(jié)、有利于CA等鋁酸鹽水泥礦物形成。(3)CA等低鈣鋁酸鹽在大于800℃即開始形成,比C3S等硅酸鹽形成溫度低200-300℃。因此鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料在鍋爐中化合形成鋁酸鹽速度快,反應(yīng)充分,無須添加螢石、石膏等造成二次污染的礦化劑,游離CaO低,得到的鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰強(qiáng)度高。(4)燃煤中添加的鈣質(zhì)原料的化合對象與產(chǎn)物與上述發(fā)明專利不同,主要不是與煤灰化合形成硅酸鹽,而是與外加的鋁質(zhì)原料化合形成鋁酸鹽。煤灰中熔融狀態(tài)的玻璃體在高溫下也可能與CaO粒子碰撞發(fā)生固溶,使玻璃體表面活化,提高粉煤灰活性。
下面結(jié)合流程圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1為用煤粉鍋爐或旋風(fēng)鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法流程圖。
圖2為用循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法流程圖。
工藝流程配料→粉磨→鍋爐煅燒→收集飛灰灰渣→再磨→成品(1)采用煤粉鍋爐或旋風(fēng)鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法按一定比例在燃煤中添加鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和/或適當(dāng)助劑,一起進(jìn)入磨機(jī)粉磨成粉料(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過35%),然后進(jìn)入鍋爐燃燒室煅燒。(2)采用循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法按一定比例在燃煤中添加鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和適當(dāng)助劑,但鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和助劑不與煤混合,煤單獨(dú)進(jìn)破碎機(jī)破碎(粒徑2-10mm),其它物料用磨機(jī)粉磨成粉料(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過35%),或再制成顆粒(粒徑2-10mm),然后與煤粒一起進(jìn)入鍋爐燃燒室煅燒。從鍋爐煙道收集的飛灰及爐底渣經(jīng)磨機(jī)磨成粉(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過10%)即制得鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰。
入鍋爐的混合料的組成按質(zhì)量百分比計為煤50-90%石灰質(zhì)原料5-25%鋁質(zhì)原料 5-25%助劑 0-5%所用的鈣質(zhì)材料包括石灰石、石灰、電石渣等,鋁質(zhì)材料包括鋁礬土、鐵礬土、高嶺土、煤矸石、粘土等,助劑包括含鐵礦石、銅礦渣、硫酸渣等。
本發(fā)明方法制得的鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰中主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為
CaO 20-45%Al2O320-35%SiO220-35%Fe2O31-10%SO30.1-5%本發(fā)明方法制得的鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰產(chǎn)品中含鋁酸鹽礦物相CA,C12A7,CA2,C2AS,CAS2,鐵鋁酸鈣、3CaO·3Al2O3·CaSO4至少一種或一種以上。
本發(fā)明方法加入的鈣質(zhì)原料除與鋁質(zhì)原料形成鋁酸鹽等礦物外,還有一部分固溶到玻璃體中,在玻璃體牢固的Si-O-Al網(wǎng)絡(luò)中嵌入Ca離子,可使玻璃體活性提高,從而達(dá)到同時活化粉煤灰的目的。
本發(fā)明方法由于加入了鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料,在高溫時它們能化合煤燃燒時析出的SOx(x=2或3),從而減少煙氣中硫氧化物含量,對保護(hù)環(huán)境有利。如果煤中含硫量高,鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料化合較多的硫氧化物,制得的鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰中含有一定量的3CaO·3Al2O3·CaSO4礦物,這對提高水泥性能有利。
由于鈣和鋁質(zhì)原料化合形成水泥礦物是放熱反應(yīng),因此它們不但不會影響鍋爐出熱,反而有助燃、節(jié)煤作用。在相同出熱條件下,鍋爐燃煤中摻鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料燒水泥約可節(jié)煤2-10%。
本發(fā)明方法所得的鋁酸鹽水泥可代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)的鋁酸鹽水泥使用,鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰可用作硅酸鹽水泥的混合材料,或混凝土的摻合料,或免燒磚、瓦、墻體材料及GRC等材料的膠結(jié)料。
實(shí)施例1、某旋風(fēng)鍋爐,燃煤中添加石灰、鋁礬土和鐵礦石,按質(zhì)量百分比四種物料比例為煤∶石灰∶鋁礬土∶鐵礦石=73%∶15%∶10%∶2%。按比例將四種物料混合,并進(jìn)入球磨機(jī)粉磨(細(xì)度0.080mm方孔篩篩余10%),然后進(jìn)入鍋爐燃燒。鍋爐出熱正常。從煙道收集的灰和爐底渣用球磨機(jī)磨細(xì)至0.080mm方孔篩篩余3.0%,即得活性粉煤灰材料。用這種活性粉煤灰材料與52.5強(qiáng)度等級硅酸鹽水泥復(fù)合,熟料,按60%∶40%(質(zhì)量比)比例混合配制成水泥,按GB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)檢驗,其抗壓強(qiáng)度3天22.5MPa,28天47.6MPa;抗折強(qiáng)度3天4.8MPa,28天7.0MPa;制得的水泥安定性檢驗合格。
實(shí)施例2、某煤粉鍋爐,燃煤中添加石灰、鋁礬土,按質(zhì)量百分比三種物料比例為煤∶石灰∶鋁礬土=70%∶16%∶14%。按比例將三種物料混合,并進(jìn)入球磨機(jī)粉磨,然后進(jìn)入鍋爐燃燒。鍋爐出熱正常。從煙道收集的灰和爐底渣用球磨機(jī)磨細(xì)至0.080mm方孔篩篩余3.0%,即得鋁酸鹽水泥。按GB201-81高鋁水泥標(biāo)準(zhǔn)檢驗水泥強(qiáng)度,其抗壓強(qiáng)度1天36.8MPa,3天43.7MPa;抗折強(qiáng)度1天4.0MPa,3天4.6MPa。
實(shí)施例3、某循環(huán)流化床鍋爐,燃煤中添加石灰、鋁礬土和鐵礦石,按質(zhì)量百分比四種物料比例為煤∶石灰∶鋁礬土∶鐵礦石=70%∶12%∶17%∶1%。按比例將石灰、鋁礬土和鐵礦石三種物料混合,并進(jìn)入球磨機(jī)粉磨(細(xì)度0.080mm方孔篩篩余5%),然后經(jīng)造粒機(jī)造粒(粒徑3-8mm)。煤單獨(dú)用破碎機(jī)破碎(粒徑3-8mm)。按比例將煤粒和混合料粒送入鍋爐燃燒。鍋爐出熱正常。從煙道收集的灰和爐底渣用球磨機(jī)磨細(xì)至0.080mm方孔篩篩余3.0%,即得活性粉煤灰材料。這種活性粉煤灰材料與52.5強(qiáng)度等級硅酸鹽水泥,按40%∶60%(質(zhì)量比)比例混合配制成復(fù)合水泥,按GB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)檢驗,其抗壓強(qiáng)度3天18.3MPa,28天44.7MPa;抗折強(qiáng)度3天4.0MPa,28天6.8MPa;制得的水泥安定性檢驗合格。
權(quán)利要求
1.一種燃煤鍋爐供熱同時生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,其特征是在燃煤中按一定比例增加鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和助劑,然后進(jìn)入煤粉鍋爐或旋風(fēng)鍋爐或循環(huán)流化床鍋爐燃燒室煅燒,在燃燒過程中鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料化合形成鋁酸鹽礦物相CA,C12A7,CA2,C2AS,CAS2,鐵鋁酸鈣、3CaO·3Al2O3·CaSO4至少一種或一種以上,從鍋爐煙道收集的飛灰及爐底渣,經(jīng)磨機(jī)磨成粉,即制得鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,其特征在于所得的鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰產(chǎn)品中主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為CaO 20-45%Al2O320-35%SiO220-35%Fe2O31-10%SO30.1-5%
3.按權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,若采用煤粉鍋爐或旋風(fēng)鍋爐,添加的鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和/或助劑與煤一起用磨機(jī)粉磨成粉料(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過35%),然后進(jìn)入鍋爐燃燒室煅燒。(2)若采用循環(huán)流化床鍋爐,鈣質(zhì)、鋁質(zhì)原料和/或助劑一起用磨機(jī)粉磨成粉料(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過35%),混合粉料/或制成顆粒(粒徑2-10mm)與煤粒一起進(jìn)入鍋爐燃燒室煅燒。從鍋爐煙道收集的飛灰及爐底渣經(jīng)磨機(jī)磨成粉(細(xì)度要求0.080mm方孔篩篩余不超過10%)即制得鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰。
4.按權(quán)利要求1和2所述的燃煤鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,其特征在于所用的鈣質(zhì)原料包括石灰石、石灰、電石渣等,鋁質(zhì)原料包括鋁礬土、鐵礬土、高嶺土、煤矸石、粘土等,助劑包括含鐵礦石、銅礦渣、硫酸渣等。
5.按權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,其特征在于所得的鋁酸鹽水泥可代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)的鋁酸鹽水泥使用,鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰可用作硅酸鹽水泥的混合材料,或混凝土的摻合料,或免燒磚、瓦、墻體材料及GRC材料等的膠結(jié)料。
全文摘要
一種燃煤鍋爐同時出熱和生產(chǎn)鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰方法及產(chǎn)品,是在燃煤中添加鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料,然后一起進(jìn)入鍋爐燃燒,在燃燒過程中鈣質(zhì)和鋁質(zhì)原料化合主要形成鋁酸鹽礦物,同時使粉煤灰固溶少量鈣離子得到活化,從鍋爐煙道排出的灰及爐底渣經(jīng)磨細(xì)即為鋁酸鹽水泥/活性粉煤灰產(chǎn)品。本發(fā)明使鍋爐排放的粉煤灰或爐渣變成活性膠凝材料同時,還有固硫的作用,減少鍋爐廢氣中氧化硫排放量,從而減輕對環(huán)境的污染;由于形成鋁酸鹽礦物是放熱反應(yīng),因此本發(fā)明不影響鍋爐供熱,還有助燃、節(jié)煤作用。
文檔編號C10L9/00GK1382657SQ02115929
公開日2002年12月4日 申請日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者龍世宗, 陳元魁 申請人:武漢理工大學(xué)