循环流化床脱硫灰用于水泥生产的研究

谢建强，叶晓林（蒙自瀛洲水泥有限责任公司，云南 蒙自 661100）

0 前言

水泥生产中使用混合材替代熟料是节能减排的有效途径。混合材绝大部分都是各种工业废渣，如矿渣、粉煤灰、炉渣、煤矸石等等。

蒙自瀛洲水泥有限责任公司位于云南省红河哈尼族彝族自治州蒙自市，目前有一条2500t/d新型干法窑生产线。红河州地区有丰富的褐煤资源，州内有开远电厂、大唐电厂、巡检司电厂、解放军化工厂等大型火力发电厂都利用当地露天开采的褐煤作燃料，产生大量循环流化床脱硫灰。年排放量达200万t，由于褐煤中全硫含量偏高且波动大，由此产生脱硫过程中脱硫剂比例变化波动也大，使得当地各电厂脱硫灰化学成分SO3及f-CaO含量高并且波动大，一直未能在周边水泥厂作为水泥原料被合理再利用，每年大量废弃堆积占用土地，并且严重污染当地环境。

1 对脱硫灰应用前试验研究

1.1 脱硫灰的活性

将熟料、矿渣、脱硫灰（化学成分见表1）分别用小磨粉磨后进行试验，脱硫灰矿粉活性指数对比见表2。

表1 试验各原材料化学成分 %

表2 脱硫灰和矿粉活性指数对比试验结果

（1）脱硫灰易磨性好。矿渣与脱硫灰两种材料相比，矿渣难磨，脱硫灰易磨。矿渣粉磨42min比面积为435m2/kg，而脱硫灰粉磨10min，比表面积就达438m2/kg,。由于脱硫灰的易磨性好，在大磨生产水泥时可明显降低电耗。

（2）脱硫灰的活性系数高。从表2中的活性系数值可知，脱硫灰的活性指数值都比矿渣高很多，特别在早期3d、7d更为突出。

1.2 脱硫灰和矿渣单掺及复掺对水泥性能的影响

不同掺量脱硫灰、矿粉的水泥理化对比试验结果见表3，4。

表3 不同掺量脱硫灰、矿粉的水泥理化对比试验结果

表4 脱硫灰、矿粉复掺的水泥理化试验结果

（1）脱硫灰掺量为10%、20%、30%的水泥样品与矿粉掺量10%、20%、30%水泥样品比较，掺脱硫灰样品3d、28d强度高,且净浆泌水率小，保水性好,掺矿粉样品3d、28d强度相对偏低，净浆泌水率大,粘聚性差；

（2）脱硫灰中含有14.44%的SO3，可作为水泥调凝剂；

（3）随着脱硫灰增加，f-CaO也提高，脱硫灰掺量30%时，f-CaO达4.23,脱硫灰中的f-CaO是轻烧石灰，水化迅速，浆体硬化后体积安定性合格。

（4）当脱硫灰掺量30%时，水泥中w（SO3）已达4.47%，超过了《通用硅酸盐水泥》规定限值。

（5）当脱硫灰掺量达20%时，水泥标准稠度明显提高,流动度开始下降，凝结时间缩短；掺量30%时,水泥标准稠度更高，胶砂流动度低至171mm，胶砂成型是在用水量增加1.5%后，水泥性能下降。

（6）矿粉掺量10%、20%、30%水泥样品与比脱硫灰掺量为10%、20%、30%的水泥样品比较，标准稠度低、胶砂流动度大、凝结时间正常，水泥性能好。

表4选取了复掺试验中脱硫灰、矿粉等量复掺水泥的试验数据，可以看出：

（1）强度：10%脱硫灰+10%矿粉复掺时比单掺20%矿粉（见表4#中6号样）时3d强度高2.3MPa，28 d强度高2.1MPa，20%脱硫灰+20%矿粉复掺时比单掺40%矿粉（见表4#中#8号样）时3天强度高2.8 MPa，28d强度高3.4MPa，25%脱硫灰+25%矿粉复掺时比单掺50%矿粉（见表4#中9号样）时3d强度高2.7MPa，28d强度高3.8MPa。

（2）标准稠度。10%脱硫灰+10%矿粉复掺时比单掺10%脱硫灰（见表4#中2号样）时小0.9%，20%脱硫灰+20%矿粉复掺时比单掺20%脱硫灰（见表4#中3号样）时小2.4%。25%脱硫灰+25%矿粉复掺时标准稠度为29.3%，胶砂胶砂流动度为179 mm,水泥需水量刚刚能达到正常范围。

（3）10%脱硫灰+10%矿粉、20%脱硫灰+20%矿粉、25%脱硫灰+25%矿粉等量复掺水泥的凝结时间、净浆泌水率等性能指标变化均在正常范围内；安定性合格。但25%脱硫灰+25%矿粉复掺水泥的胶砂流动度为179 mm,已接近极值，同时w（SO3）为3.97%,也接近《通用硅酸盐水泥》规定限值。

（4）通过脱硫灰与矿粉复掺，既可较好地发挥脱硫灰强度活性指数高等的优点，同时又弥补了其性能指标上的明显不足。

（5）从表3、4试验表明：脱硫灰掺用应与合适的其他混合材复掺为好，若单掺应＜10%，脱硫灰最大掺量应＜25%。

2 对循环流化床脱硫灰应用前实施的技术改造

在试验基础上，要实现水泥生产中大量应用循环流化床脱硫灰掺入技术，除了对该脱硫灰超细粉磨外，同时必须要解决脱硫灰的均化和f-CaO消解问题，公司在2011年实施技术改造新增脱硫灰粉磨系统，建设2个Φ20m×18m总储量1万t的原灰库，库底设置空气斜槽充气均化设备，库底多点搭配下料，新增Φ3.2m×13m超细磨专门用于脱硫灰单独粉磨，采取工艺措施解决脱硫灰的均化和f-CaO消解问题，在磨后建设储量4000t超细脱硫灰成品储存库，并在库底配置精确的转子秤配料计量系统，计量后单独在水泥磨磨尾掺入到出磨水泥中，并搅拌均化后入水泥成品库，采购高精度高效检测仪器对脱硫灰各项指标按批次及时进行检测。通过技术改造使系统设备、工艺更加适合采用脱硫灰复掺技术。

3 结语

（1）循环流化床脱硫灰（红河州地区）是一种高活性混合材料，且易磨性好，比当地的矿渣活性高。

（2）循环流化床脱硫灰与矿渣（矿粉）等混合材料复掺是提高水泥产量、质量的有效途径。

（3）循环流化床脱硫灰属脱硫高钙高硫灰（本地区的），灰中含有9%～16%左右的SO3，由于电厂使用的煤炭质量变化，脱硫剂比例增减等因素，会使脱硫灰的主要成分CaO、SO3发生较大波动。在水泥生产过程中，通过系统性技术改造，实现均化，消除成分波动，并通过配置计量精确的配料系统，合理的配比，强化检测手段，从而保证水泥质量的稳定性。

（4）循环流化床脱硫灰含有10%左右的f-CaO，由于其在800℃左右形成，粉磨工艺中通过磨内喷水等技术，易于消解生成Ca（OH）2，从而对水泥安定性无影响。

（5）褐煤作燃料热电厂产生的循环流化床脱硫灰应用于水泥生产，可开发当地建材原料资源，降低水泥生产成本，保护生态环境，社会经济效益良好。