专利名称：粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法。
背景技术：
随着电力需求的快速增长，电力生产设备大型化，电力生产中排放的烧余物-粉煤灰，如何更好的利用，仍是一个难题。目前我国电力生产排渣按10吨煤排渣250-300公斤计，年排放粉煤灰约9×107吨左右，被利用的仅占总量的40-50％，还有约5×107吨粉煤灰被废弃，占地堆放，使电力生产企业增大生产开支，也污染了环境。而被利用的这一部分粉煤灰也只是被用做水泥、(化肥)有机复合肥生产的填料，水泥砌块的填料配料。因为粉煤灰真正的使用价值，至今没有一个技术、经济可行的解决方案。
电厂排放粉煤灰的化学成分组成(％)
粉煤灰的化学成分组成与粘土成分近似，SiO2含量偏低，Al2O3偏高，粉煤灰中烧失量偏高，应该是未燃尽的碳，如果将粉煤灰中残留碳降低至3％以下，相应的SiO2含量应会有所提高。降低粉煤灰中残留碳含量，可通过提高煤粉的燃烧质量或对粉煤灰进行电吸附清除残留碳。在降低粉煤灰中残留碳的同时，可以提高电力生产中的热效率，粉煤灰的化学成分组成是由燃煤的类型、产地决定的。
粉煤灰是粒径＜100微米的煤粉在1300-1500℃的燃烧室或硫化床上高温燃烧后的残余物，其矿物成分很复杂，但主要是铝硅玻璃体，约占总量的50-80％，以微珠(粒径0.5-300微米)玻璃球或烧结(多孔松散)炉渣的形式存在。占粉煤灰总量达50-80％的铝硅玻璃微珠，其物理化学活性很差，它决定了粉煤灰的使用价值。如果我们将当前的粉煤灰改性，能够激活其矿物的理化活性，达到水泥熟料或高铝烧结基料的物理化学活性标准，直接利用改性后的粉煤灰替代水泥熟料生产国标水泥或高标号水泥，或替代高铝粉煤灰烧结基料，用烧碱液浸取Al2O3，使粉煤灰提升使用价值，将成为可能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，该方法不需要增添新设备，有效降低电力生产中排渣、堆放、管理及排污费用支出，通过该方法制备的产品能够替代水泥熟料生产国标水泥，具有很好的经济效益和社会效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，其特征在于在电力生产的过程中，创造一个使煤粉在过饱和CaO微粉环境中的高温1300-1500℃燃烧环境，即煤粉在1300-1500℃高温燃烧室内或硫化床上燃烧的过程中，有足量的CaO直接参加煤粉烧余物的矿物重组，以激活煤粉烧余物粉煤灰—铝硅酸氧化物固熔体的理化活性，使生成的铝硅酸盐矿物主要有C3S、C2S、C3A、C4AF，经以上改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料或高铝粉煤灰烧结基料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥或替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取Al2O3；其工艺过程如下①.在煤进行粉磨加工时，加入足量的CaO微粉或硬度为4.5的块状熟石灰(CaO)与煤一起磨粉过筛，在按煤粉磨要求粉磨后，加入的熟石灰(CaO)已经均匀的混入煤粉中，以分子间力相互吸附；②.通过送风通道，将足量的微米级CaO粉随空气均匀的送入煤粉燃烧室，为煤粉在燃烧的过程中创造CaO过饱和环境，煤粉在有过饱和CaO微粉存在的高温1300-1500℃燃烧室沸腾或悬浮燃烧时，使煤粉及煤粉烧余物与过饱和的CaO微粉能够充分接触熔合，因为CaO在高温环境中，对烧余物—铝硅酸氧化物有助熔的作用，使CaO直接参加了铝硅氧化物的生成及矿物结构重组；③.经冷却生成的以铝硅酸钙氧化矿物为主的固熔体微粒或烧结多孔松散炉渣，其矿物组成主要有C3S、C2S、C3A、C4AF经改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥。或替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取氧化铝。
所说的饱和CaO需用量为煤的3-5％。
本发明的有益效果是，对电力生产中的生产性排渣--粉煤灰改性，激活粉煤灰固熔体的理化活性。粉煤灰是煤粉在1300--1500℃的燃烧室内充分燃烧后的烧余物，其化学成分组成与粘土相近。当前粉煤灰中的主要矿物组成是铝硅玻璃体微珠，其理化活性呈惰性，如果我们将粉煤灰改性激发铝硅氧化矿物的理化活性，应创造煤粉在燃烧室燃烧时，有足够的氧化钙浓度，促使煤粉、烧余物与氧化钙有机会充分接触熔合。创造煤粉燃烧时的过饱和CaO环境，可以通过在煤粉中加入过饱和的熟石灰CaO微粉混匀，或通过送风道将CaO微粉随送入的空气一起进入煤粉燃烧室，与煤粉一起沸腾燃烧，其熟石灰CaO的加入量应根据水泥熟料CaO饱和度公式计算加入量+存量CaO＝(0.8-0.92)×2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3+0.7SO3。当煤粉与饱和的CaO微粉在1300--1500℃的燃烧室内充分接触燃烧时，CaO微粉与煤粉及煤粉烧余物相互吸附熔合，CaO在1300--1500℃的高温环境中对铝硅等氧化物有助熔作用，使CaO直接参加了铝硅氧化物的矿物结构重组，经冷却生成的以铝硅酸钙氧化矿物为主的固熔体微粒或烧结(多孔松散)炉渣，其矿物组成主要有C3S、C2S、C3A、C4AF，经改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料或高铝粉煤灰烧结基料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥。或替代高铝粉煤灰烧结基料以便用烧碱液浸取Al2O3；在对粉煤灰改性的生产过程中，CaO饱和度或者说CaO加入量，根据水泥熟料关于CaO饱和度指标的要求，对粉煤灰改性，需要加入足量的过饱和CaO，(粉煤灰化学成分含量按上表取平均值，饱和度系数(0.8-0.92)取0.8计)。水泥熟料理化指标之一，CaO饱和度计算式KA＝[CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3-0.7SO3]÷(2.8SiO2)＝0.8，CaO的加入量＝1.564-3.5％＝1.53(吨煤排渣量)。
在电力生产中对生产性排渣-粉煤灰改性的技术经济可行性分析一、在电力生产中对生产性排渣-粉煤灰，按水泥熟料生产的理化特性要求进行CaO过饱和改性，技术上可行。创造煤粉燃烧时，CaO微粉的过饱和环境技术上可行。
1、在煤进行粉磨加工时，加入足量的CaO微粉或块状熟石灰CaO(硬度4.5)与煤一起磨粉过筛。在加工工艺上，不影响煤的粉磨，在煤按要求粉磨后，加入的熟石灰CaO已经均匀的混入煤粉中，相互以分子间力相互吸附。
2、通过送风道，将微米级CaO微粉随空气均匀送入燃烧室，为煤粉燃烧时创造CaO过饱和环境，使煤粉在过饱和的CaO微粉环境中沸腾燃烧，使CaO微粒能够与煤粉及烧余物充分接触熔合。
3、CaO饱和度或者说CaO加入量，根据水泥熟料关于CaO饱和度指标的要求，对粉煤灰改性，需要加入足量的CaO，[粉煤灰化学成分含量按上表取中值，饱和度系数(0.8-0.92)取0.8计]。水泥熟料理化指标，CaO饱和度计算式KA＝[CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3-0.7SO3]÷(2.8SiO2)＝0.8，CaO的加入量+粉煤灰CaO含量3.5％＝0.8×2.8×50％+1.65×1.65×25％+0.35×7％+0.7×1％＝1.564，CaO的加入量＝1.564-3.5％＝1.53(吨煤排渣量)。目前发电企业燃煤排渣量为10吨煤排渣250-300公斤，这里取25公斤/吨，按上式计算，需要改性用CaO为25公斤/吨×1.53＝38.25公斤/吨。这是理论上的饱和CaO加入量，在实际生产中，有一部分CaO微粉没有参加矿物重组，随烟气排放，生产中CaO的加入量应在理论加入量的基础上至少应增加CaO随烟尘排放的损失量。电力生产中燃煤排渣量随煤质煤种有一定波动，煤质好热值高的煤排渣量小，杂质多热值低的煤排渣量高，改性中需要加入的CaO应根据电力生产中排渣量变化，即1.53-1.56×(吨煤排渣量)公斤，同时也应根据CaO质量(含量)有所调整。
4、在电力生产过程中，按水泥熟料的理化特性，对粉煤灰进行的激活改性，也能够基本满足，利用高铝(Al2O3含量＞25％)粉煤灰烧结基料，用碱液(Na2CO3)浸取Al2O3的理化活性指标要求，制备高铝粉煤灰烧结基料，目前的主要方法是将高铝粉煤灰与石灰石或碱石灰按一定比例、粒度混匀，高温(1320-1400℃)烧结，使粉煤灰中氧化铝与氧化钙在高温环境中化合重组成能够被烧碱液分解的铝酸钙(CaOAl2O3)或铝酸钠(Na2OAl2O3)，如
对上述混合液去杂过滤后得到Al(OH)3再经高温脱水得到Al2O3，如
为了更经济有效的利用改性后的高铝粉煤灰，应将粉煤灰中的飞灰(Al2O3含量很低)去除，只将(炉底灰及炉渣)原料经200目筛分的筛底灰做为替代高铝粉煤灰烧结基料，用烧碱液浸取Al2O3，在改性粉煤灰的生成矿物组成中，硅酸二钙(C2S)含量在25％，在高温(1300-1500℃)生成的矿物组合中，当矿物硅酸二钙(C2S)在冷却至约650℃以下时，硅酸二钙由β相转变成γ相，体积膨胀10％，致使硅酸二钙含量相对较高的矿物固熔体自行粉化，并能够通过200目筛孔，使在高温(1300-1500℃)时生成的铝酸钙和铝酸钠从矿物固熔体中释放出来，并能够被碱液分解，如果将改性后(炉底灰及炉渣)--原料的筛下矿物微粉替代高铝粉煤灰烧结基料，用碱液浸取Al2O3，在技术、经济上是可行的，其筛上矿物和飞灰一起仍可替代水泥熟料生产水泥，并可以改善高铝对水泥强度及不适硫酸盐环境带来的影响。
如水泥理化指标中的硅酸率SM＝(SiO2)/(Al2O3+Fe2O3)＝1.5-3.5，铝率IM＝Al2O3/Fe2O3＝0.63-3.005、在对燃煤烧余物改性过程中创造的CaO过饱和环境，CaO在全过程中不耗氧，加入量一般为燃煤的3-5％，不需要从环境中获取很多热，因而对发电设备的热效率影响很小，可以忽略，CaO微粉与煤粉之间相互吸附，是分子间力，CaO微粒极易吸收空气中的水汽或者煤粉表面的吸附水后发生水解，如，当在煤粉表面生成的Ca(OH)2遇到空气中或其他形式的CO2时，生成CaCO3和H2O，如新生成的水分子将进一步与吸附在煤粉表面的CaO微粒发生水解作用，生成的CaCO3在煤粉表面沉淀，由于上述过程在煤粉表面不断重复扩散，最终将在煤粉表面生成薄薄的CaCO3外壳。在煤粉表面生成的CaCO3外壳或吸附在煤粉表面的CaO微粒，对煤粉颗粒在高温(1300-1500℃)的燃烧室或硫化床上充分燃烧影响很小，CaCO3在530℃时开始分解，910℃时沸腾。(如CaCO3在大于或等于530℃时开始分解成CaO和CO2气体)由于有CaCO3沉淀现象的存在，这使CaO微粉与煤粉间粘附强度增加，将增加CaO微粉与煤粉或烧余物的接触和矿物重组的几率，对粉煤灰改性有益，在1300-1500℃高温环境中，CaO微粒对煤粉的燃烧有一定的催化作用，表现如下；；
使煤粉的燃烧速度加快，燃烧更充分。
二、在电力生产中对生产性排渣一粉煤灰的改性，经济上可行1、在电力生产过程中，对排渣进行改性，不需要增添新设备，及对原系统的生产操作程序影响很小。
2、改性后得到的粉煤灰，相对于水泥熟料生产，减少了生料的开采、破碎、烧结所需要消耗的能量，按目前水泥行业生产水泥熟料耗能3000KJ/Kg(标煤热值5700卡/g)动力消耗100KW/T计算，改性后粉煤灰替代水泥熟料，每吨粉煤灰(改性)将减少耗热3000KJ/Kg＝126Kg标煤/T，动力50KW/T。例一台30万KW机组，日耗煤180T/h×24＝4320T≈4300T，产渣4300T×25Kg/T＝107.5T，即一台30万KW机组，日产改性粉煤灰替代水泥熟料生产水泥，将减少耗热折标煤107.5T/d×126Kg/T＝13.5T/d，减少耗电(动力)107.5T/d×50KW/d＝5375KW/d，用改性后的粉煤灰生产国标水泥，具有广泛的市场和强有力的市场竞争力，为电力生产企业在当今高煤价时代提供一个新的利润支点。
3、为电力生产企业减少了生产中排渣、堆放、管理及排污费用支出，减少了企业在烟尘脱硫排放时所需CaO的使用量或不需要脱硫用CaO，因为在改性后的烟尘中，CaO含量(微粒)较改性前高很多倍，只需在原烟尘脱硫操作中，适当增强水雾，捕捉烟尘中CaO微粒，生成液滴，再由这些Ca(OH)2液滴捕捉烟尘中的SO2、SO3及其它粉尘颗粒，如；
亚硫酸钙经进一步氧化生成硫酸钙在沉淀池中沉淀。在脱硫除尘沉淀池中，沉淀物主要是碳酸钙、硫酸钙等，将这些沉淀矿物经高温脱水，可做为生产水泥的硫酸钙配料使用。
三、在电力生产中对生产性排渣-粉煤灰改性的社会效益废渣利用，减少排放，减少污染，使企业实现清洁生产。通过在电力生产过程中对生产性排渣--粉煤灰改性，使改性后的电力生产排渣粉煤灰，能够替代水泥熟料生产国标水泥，或替代高铝粉煤灰烧结基料以便用烧碱液浸取Al2O3，使火电生产企业的粉煤灰处理问题得到了很好的解决，并为企业创造了可观的效益，同时也为一些经济效益不好，为追求社会效益，利用矿山开采中废弃的煤矸石、油页岩、煤泥及城市垃圾发电，供热等环保型企业提供了一个非常好的利润支撑点，同时也为这些“环保”型企业的生产性排渣找到了一个“环保”出口。
具体实施例方式
一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，其特征在于在电力生产的过程中，创造一个使煤粉在过饱和CaO微粉环境中的1300-1500℃高温燃烧环境，即煤粉在1300-1500℃高温燃烧室内或硫化床上燃烧的过程中，有足量的CaO直接参加煤粉烧余物的矿物重组，以激活煤粉烧余物粉煤灰—铝硅酸氧化物固熔体的理化活性，使生成的铝硅酸盐矿物主要有C3S、C2S、C3A、C4AF，经以上改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥，或替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取Al2O3，；其工艺过程如下①在煤进行粉磨加工时，加入足量的CaO微粉或硬度为4.5的块状熟石灰CaO与煤一起粉磨过筛，所说的饱和CaO需用量为煤的3-5％，在按煤粉磨要求粉磨后，加入的熟石灰已经均匀的混入煤粉中，以分子间力相互吸附；②通过送风通道，将足量的微米级CaO粉随空气均匀的送入煤粉燃烧室，为煤粉在燃烧的过程中创造CaO过饱和环境，煤粉在过饱和CaO微粉、(1300-1500℃)的高温燃烧室沸腾或悬浮燃烧时，使煤粉及煤粉烧余物与过饱和的CaO微粉能够充分接触熔合，因为CaO在高温(1300-1500℃)环境中，对烧余物-铝硅酸氧化物有助熔的作用，使CaO直接参加了铝硅氧化物的生成及矿物结构重组；③经冷却生成以铝硅酸钙氧化矿物为主的固熔体微粒或烧结多孔松散炉渣，其矿物组成主要有C3S、C2S、C3A、C4AF经改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料和高铝粉煤灰烧结基料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥和替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取Al2O3。
权利要求
1.一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，其特征在于在电力生产的过程中，创造一个使煤粉在过饱和CaO微粉环境中的高温1300-1500℃燃烧环境，即煤粉在1300-1500℃高温燃烧室内或硫化床上燃烧的过程中，有足量的CaO直接参加煤粉烧余物的矿物重组，以激活煤粉烧余物粉煤灰-铝硅酸氧化物固熔体的理化活性，使生成的铝硅酸盐矿物主要有C3S、C2S、C3A、C4AF，经以上改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料或高铝粉煤灰烧结基料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥或替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取Al2O3；其工艺过程如下①.在煤进行粉磨加工时，加入足量的CaO微粉或硬度为4.5的块状熟石灰(CaO)与煤一起磨粉过筛，在按煤粉磨要求粉磨后，加入的熟石灰(CaO)已经均匀的混入煤粉中，以分子间力相互吸附；②.通过送风通道，将足量的微米级CaO粉随空气均匀的送入煤粉燃烧室，为煤粉在燃烧的过程中创造CaO过饱和环境，煤粉在有过饱和CaO微粉存在的高温1300-1500℃燃烧室沸腾或悬浮燃烧时，使煤粉及煤粉烧余物与过饱和的CaO微粉能够充分接触熔合，因为CaO在高温环境中，对烧余物-铝硅酸氧化物有助熔的作用，使CaO直接参加了铝硅氧化物的生成及矿物结构重组；③.经冷却生成的以铝硅酸钙氧化矿物为主的固熔体微粒或烧结多孔松散炉渣，其矿物组成主要有C3S、C2S、C3A、C4AF经改性后生成的粉煤灰，具备了水泥熟料具备的理化特性，可以替代水泥熟料生产国标水泥。或替代高铝粉煤灰烧结基料以便烧碱液浸取氧化铝。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，其特征在于所说的饱和CaO需用量为煤的3-5％。
全文摘要
本发明公开了一种粉煤灰改性替代水泥熟料的生产方法，在电力生产过程中创造一个使煤粉在过饱和CaO微粉环境中的高温燃烧环境，即煤粉在1300－1500℃高温燃烧室内或硫化床上燃烧的过程中，有足量的CaO直接参加煤粉烧余物的矿物重组，以激活煤粉烧余物粉煤灰—铝硅酸氧化物固熔体的理化活性，使生成的铝硅酸盐矿物主要有C
文档编号C04B20/04GK1887769SQ20061010659
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月16日 优先权日2006年7月16日
发明者葛东海, 葛拥军 申请人:葛东海