循环流化床锅炉灰渣制备新型免烧砖的试验研究

黄 鑫，夏举佩，周新涛

（1.云维股份泸西大为焦化公司，云南 泸西652404；2.昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明650500）

循环流化床锅炉（CFBB）是 一种可以燃烧劣质燃料的锅炉，通过流化和循环两个特殊过程，能把以煤矸石为代表的劣质燃料彻底地烧干净，提高燃烧效率，锅炉的燃烧效率可以达到90%以上，具有高效和低污染的特点。循环流化床内具有很大的热容量，床内混合好，燃料适应性强，CFBB的运行温度为850～950℃，适应燃料燃烧过程脱硫，可降低SO2的排放及减少NOx的生成与排放；CFBB内高的循环物料，强化传热使锅炉负荷适应范围广，能在40%负荷下保持额定蒸汽参数[1]。

CFBB灰渣由两部分组成，即飞灰和底渣，飞灰约占灰渣总量的70%左右，CFBB灰的主要成份以铝硅为主，含有较高比例的氧化钙，玻璃体含量少，与高钙粉煤灰的性质十分相似；同时还含有少量的硅酸二钙、硫酸钙、铝酸钙等产物，具有在水泥中应用潜力，是研究利用的主要对象。

我国锅炉灰渣的综合利用，早在20世纪50年代就开始在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合料，生产标砖，用作道路面层材料等，尤其在水电建设大坝工程中使用最多，但总的利用量较少。20世纪60年代开始粉煤灰利用重点转向新型墙体材料，研究集中于生产粉煤灰密实砌块、墙板、粉煤灰烧结陶粒、粉煤灰黏土烧结砖等[2－4]。为充分利用CFBB粉煤灰低温煅烧SiO2、Al2O3活性高的特点，拟采用蒸压养护生产具有较高强度的建材制品如空心砖、标准砖等[5－6]；用CFBB粉煤灰取代部分水泥用作混凝土掺合料[7]。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验原料主要有CFBB灰渣、瓜子石、石灰等，主要原料灰渣取自云南泸西大为焦化有限公司CFBB飞灰和底渣，化学组成见表1，其矿物结构详见图1。

表1 CFBB灰、渣的化学组成／%

图1 CFBB灰渣的XRD谱图

由表1可见，飞灰和底渣的主要成分为氧化硅、氧化铝、氧化铁，接近灰分总量的90%左右，各成分含量取决于煤中灰分化学组成；二者均含有氧化钙，但渣中的含量明显高于灰中，主要由脱硫时加入石灰石引入，同时不难发现，二者均含有数量不等的游离氧化钙，这是CFBB用于建材时易导致成品强度损失的主要因素；从CFBB灰XRD谱图可知：飞灰中晶相物质主要成分为石英，其次为石膏、氧化钙以及少量的C2S、C3A等矿物，不定形玻璃体较少，故其活性较低。

1.2 实验方法

以灰渣为主要原料，通过模拟免烧的生产工艺制备样品，以制备抗压、抗折强度为指标，优化实验配方和养护方式。

2 实验结果

2.1 免烧砖制备物料配比确定

在燃煤的灰分中，硅铝的主要存在形式为高岭石，在CFBB的燃烧过程中，会分解为无定型产物氧化铝和氧化硅，当采用了燃烧过程石灰脱硫方式时，大部分则形成硅、铝的钙盐，XRD图谱结果充分证明了这一推断。由于形成的C2S活性低，同时还存在少量无定型氧化硅和氧化铝，通常的方法是采用碱激发剂激发其活性，因此，实验采用固定骨料瓜子石的用量，通过调整石灰、飞灰和底渣的掺量，采用常压蒸汽养护方式，以确定CFBB灰渣制备免烧的物料配比和石灰适宜用量，结果见表2。

表2 配料参数对性能的影响

上述实验结果表明，在采用的物料配比中，影响制备免烧强度的主要因素是石灰掺量。

2.2 免烧砖养护方式的确定

免烧砖的养护方式可分为两类，即自然养护和蒸压养护（常蒸汽养护和高压蒸汽养护），通常情况下，自然养护方式一般在以水泥为胶凝材料的制品中使用，而蒸汽养护则通常适用于活性不高的工业废渣为胶凝材料的制品中使用。

本文拟采用常压蒸汽和自然养护（28天）两种方式，考查两种养护方式对制品性能的影响，可时也考查石灰对灰渣活性的激发效果，结果见表3。

表3 养护条件对砖强度的影响

从表3不难看出，常压蒸汽养护与自然养护28天相比，在石灰低掺量情况下，二者结果差异较大，但随着石灰加量的增加，二者的差异逐渐缩小，这说明：以CFBB灰渣为主要原料的免烧制备中，石灰对其活性激发十分重要；为了节约能源，可用自然养护方式替代蒸汽养护。

表3结果表明，当石灰掺量为8%时，制备的免烧砖体现出良好的物理性能，当石灰用量增至10%时，强度增加较少，为了进一步确定石灰最佳掺量，优化物料配比，在石灰用量8%附近增设实验点，以最终确定石灰用量，安排如下实验，结果见表4。

从表4实验结果可知，三个石灰掺量下，采用相同养护手段，其免烧砖抗压、抗折强度结果相关不大，由于石灰在配料体系中属昂贵材料，在保证产品性能满足要求时，应尽可能少用，经比对分析，在自然养护条件下，拟采用如下原料质量配比生产150的免烧砖：石灰7%、CFBB飞灰43%、CFBB底渣30%、骨料瓜子石20%。

3 CFBB灰渣为主材的烧砖扩大性工业试验

3.1 工艺过程

1）原料处理。将CFBB飞灰、石灰按工艺配料混合后粉磨过0.045mm筛，筛余小于20%的粉末贮存在料仓中，使用时用螺旋输送机送料，在搅拌机上自带的计量罐中称量，然后加入到搅拌机中。

2）骨料配料。选择碎石和CFBB渣为骨料，装于三箱配料机中，经过分别自动计量后用皮带机输送到搅拌机的爬升料斗中，并继续提升到搅拌机中。

3）搅拌。各物料计量完成后，在搅拌状态下加水，水以雾状形式喷入搅拌机，在搅拌过程中取样观察含水率。

4）成型。拌合好的物料用皮带机直接输送到成型机前的布料机中，布料机下部安装强制式破碎分散机，以打散、搅拌和输送过程形成的团块。启动成型机，按照程序输入托板，布料，振动，压制，脱模，出坯，叠板，完成一个成型周期。

5）预养和养护。每5块板一垛，用叉车转运到自然养护大棚，养护棚顶部为阳光板，阳光可以直射到室内，地面适当喷水保湿，28天后即成品。

3.2 扩大性试验结果

对扩大试验自然养护28d的砖坯随机抽样送检进行综合测试，结果完全符合JC239－2001标准关于粉煤灰免烧砖的质量标准，结果见表5。

表4 CFBB灰渣制备免烧砖石灰用量确定

表5 扩大试验样品检验结果

从测试结果与JC239－2001相关指标进行对比，试验产品达到MU15的技术要求。

同时这种砖外观质量好，整齐划一，表面粗糙，与砂浆的结合性好，色度均匀，砌筑体美观；放射性水平低，收缩小，尺寸稳定，扩大试验结果与实验研究吻合较好。

通过实验研究和工业性扩大试验，检验了工艺配方、养护方式，结果均表明CFBB灰渣可作为一种优良的墙体材料原料使用，从而为CFBB灰渣找到一种规模化利用的途径，实现了从废物到资源的转变。

4 结论

1）实验研究表明，CFBB飞灰具有潜在活性，石灰对其活性激发起到关键性作用。

2）在选定的CFBB灰渣为主材的免烧砖制备方案中，低石灰掺量时，蒸汽养护优于自然养护，但随当石灰用量的增加，二者差异缩小，当石灰掺量高于7%时，检测结果基本一致。

3）CFBB灰渣为主材制备免烧砖的物料配比为：石灰7%、飞灰43%、底渣30%、骨料瓜子石20%，采用自然养护可生产标号为150的免烧砖砌块。

[1]冯俊凯 岳光溪 吕俊复主编.流化床燃烧锅炉 [M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]闾文 卢忠飞 朱晓华等.烧结烟气脱硫渣的综合利用研究[J].冶金环境保护，2012（2）：33－36.

[3]ANTHONY E J.Agglomeration and strength development of deposits incirculation fluid bed combustion boiler sfiring highsulfure fuels[J].Farel，2000，79（15）：1933－1942.

[4]霍琳 李军 卢忠远.循环流化床燃煤固硫灰渣制备地聚合物材料的研究进展[J].粉煤灰综合利用，2011（6）：51－54.

[5]鲁兴田，冷祯皋.循环流化床锅炉脱硫粉煤灰制砖技术[J].应用技术，2005（3）：37－38.

[6]张墨，吕太.循环流化床飞灰在混凝土中的应用研究[J].粉煤友综合利用，2007（3）：25－27.

[7]石泽华，王增长，王永红.利用流化床粉煤灰合成分子筛的研究[J].山西煤炭2007，27（2）：14－16.