流化床燃煤固硫技術(shù)是符合節(jié)能環(huán)保發(fā)展方向的先進(jìn)煤燃燒技術(shù),但由于目前對(duì)其副產(chǎn)物,即流化床燃煤固硫灰渣(以下簡(jiǎn)稱固硫灰渣)的特性了解有限,缺乏基礎(chǔ)資料,導(dǎo)致這一技術(shù)的推廣應(yīng)用因固硫灰渣沒有成熟和經(jīng)濟(jì)的綜合利用途徑而受到嚴(yán)重影響。 固硫灰渣本質(zhì)上是燒粘土質(zhì)礦物,用于建材領(lǐng)域是其最重要的資源化利用途徑之一,固硫灰渣中含有大量的固硫礦物——無(wú)水石膏,無(wú)水石膏既可以激發(fā)固硫灰渣的火山灰活性,又會(huì)帶來無(wú)法控制的膨脹,使固硫灰渣具有很多獨(dú)特的性能,阻礙了其建材資源化利用。本論文圍繞固硫灰渣中的無(wú)水石膏展開,利用XRD、SEM和EDS等微觀分析手段系統(tǒng)研究了固硫灰渣中無(wú)水石膏的微觀形貌和分布規(guī)律;利用化學(xué)手段分析了無(wú)水石膏在固硫灰渣水化過程中的作用;在此基礎(chǔ)上,研究了固硫灰渣中的無(wú)水石膏對(duì)其活性及活性行為的影響,提出了基于消除無(wú)水石膏影響的固硫灰渣活性評(píng)價(jià)方法;最后,研究了如何抑制固硫灰渣中無(wú)水石膏的膨脹,提出了建材資源化利用的方向。 本論文有以下研究成果:(1)通過XRD和化學(xué)分析手段證明了固硫灰渣中含硫礦物幾乎都以Ⅱ型無(wú)水石膏形式存在;(2)利用密度分離和篩分方法研究固硫灰渣中無(wú)水石膏的形貌和分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)無(wú)水石膏在固硫灰渣中分布不均勻,易富集在粒徑小、密度大的固硫灰渣顆粒中;(3)通過SEM和EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)固硫灰和固硫渣中都不同程度存在有致密和疏松的兩種類型顆粒。固硫灰致密顆粒表面結(jié)晶較好的突出物主要是無(wú)水石膏及一定含量的粘土礦物,疏松顆粒主要是未燃燒的炭;固硫渣致密顆粒表面結(jié)晶較好的突出物主要是無(wú)水石膏,疏松顆粒表面結(jié)晶較好的柱狀顆粒主要是粘土礦物,還吸附了少量的無(wú)水石膏;(4)通過反應(yīng)速率常數(shù)K和溶解曲線的測(cè)試,表明850℃煅燒2h的無(wú)水石膏與固硫灰渣中的無(wú)水石膏溶解性能和反應(yīng)活性相似,可以外摻入固硫灰渣以研究不同無(wú)水石膏含量對(duì)其性能的影響;(5)通過系統(tǒng)的pH值、鈣礬石和化學(xué)結(jié)合水的定量測(cè)試,證明固硫灰渣中的無(wú)水石膏會(huì)積極參與并影響固硫灰渣中燒粘土礦物的水化,從而影響活性行為和膨脹性能;(6)固硫灰渣中的無(wú)水石膏含量對(duì)其火山灰活性的高低沒有影響,但可以明顯影響其活性行為。當(dāng)無(wú)水石膏在系統(tǒng)中的含量在2~4% (以SO3含量計(jì))范圍內(nèi)時(shí),固硫灰渣的活性行為表現(xiàn)最好,小于這一范圍,無(wú)水石膏對(duì)固硫灰渣的火山灰活性激發(fā)效果差,大于這一范圍,過量的無(wú)水石膏會(huì)在水化后期生成延遲鈣礬石和二水石膏,破壞已經(jīng)形成的強(qiáng)度結(jié)構(gòu),都不利于固硫灰渣的活性行為表現(xiàn);(7)提出的基于消除無(wú)水石膏影響的固硫灰渣活性評(píng)價(jià)方法,即“水泥熟料膠砂28d抗壓強(qiáng)度比方法”,強(qiáng)調(diào)通過控制石膏含量來控制系統(tǒng)SO3含量,通過膠砂流動(dòng)度來控制用水量,可以真實(shí)反映固硫灰渣可應(yīng)用的火山灰活性。該方法要求固硫灰渣含硫量應(yīng)在11.6%(以SO3含量計(jì))以內(nèi),我國(guó)固硫灰渣平均含硫量為7.8%(以SO3含量計(jì)),絕大部分適用于此方法;(8)無(wú)水石膏是導(dǎo)致固硫灰渣水化膨脹的主要因素。試驗(yàn)表明選擇能夠促進(jìn)無(wú)水石膏溶解和水化的外加劑可在一定程度上抑制固硫灰渣中無(wú)水石膏的膨脹,摻入1%的CaCl2或Na2CO3后,可使28d膠砂線性膨脹率降低約19%;控制固硫灰渣摻量和膠凝體系中的SO3含量,固硫灰渣可以作為水泥混凝土的混合材使用,選擇SO3含量在11.6%以下的固硫灰渣,以30%的摻量與水泥熟料組成的膠凝材料自由線性膨脹率不超過基準(zhǔn)水泥,28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)到基準(zhǔn)水泥的90%,且安定性、凝結(jié)時(shí)間、抗凍融、抗碳化等性能均符合要求;(9)熱養(yǎng)護(hù)能消除固硫灰渣中無(wú)水石膏的膨脹,用70%的固硫灰渣和30%的水泥熟料混合,通過蒸壓養(yǎng)護(hù)后,固硫灰渣水泥熟料制品強(qiáng)度是自然養(yǎng)護(hù)條件下試件的2~3倍,28天膠砂抗壓強(qiáng)度達(dá)到25MPa。蒸壓后凈漿水化產(chǎn)物中沒有鈣礬石生成,有托貝莫來石生成,水化產(chǎn)物結(jié)晶更完善,最大線性膨脹率僅為直接水中養(yǎng)護(hù)凈漿的1/7左右,在5×10-4以下,且隨齡期變化很小。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

圖 1.1 循環(huán)流化床鍋爐工藝流程圖Fig.1.1 Technical flow chart of CFBC boiler1.2.3 循環(huán)流化床鍋爐主要優(yōu)點(diǎn)[6–10]①燃料適應(yīng)性廣且燃燒效率高循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以燃燒所有煤(如泥煤、褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤、洗煤廠的煤泥)，以及煤矸石、焦炭、油頁(yè)巖等，并能達(dá)到很高的燃燒效率，均可達(dá) 98~99%以上，燃用較好煤種時(shí)燃燒效率與煤粉爐相同，燃用劣質(zhì)煤時(shí)燃燒效率高于煤粉爐。它的這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。②有利于環(huán)境保護(hù)循環(huán)流化床鍋爐在燃料燃燒過程中能有效的控制 SO2和 NOx 的生成和排放，是一種相對(duì)清潔的燃燒方式。層燃和煤粉燃燒技術(shù)中產(chǎn)生的 SO2存在于煙氣中，會(huì)對(duì)鍋爐尾部受熱面形成低溫腐蝕和對(duì)大氣造成環(huán)境污染。向循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)加入石灰石、白云石等固硫劑，可達(dá)到 90%以上的固硫效率。另外，當(dāng)固硫效率達(dá)90%時(shí)，鼓泡流化床鍋爐所需鈣硫比值在3～5之間，而循環(huán)流化床鍋爐只有 2～

內(nèi)傳熱能力強(qiáng)循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱主要是上升的煙氣和流動(dòng)的物料與受熱面的對(duì)流傳傳熱，爐膛內(nèi)氣固兩相混和物對(duì)水冷壁的傳熱系數(shù)比煤粉爐爐膛的傳熱多，一般在 50～450 W/(m2·k)。如果床內(nèi)(爐膛內(nèi)或爐膛外)布置有埋管，度地節(jié)省受熱面金屬耗量(埋管傳熱系數(shù)可達(dá) 233～326 W/(m2·k))，為循鍋爐大型化提供了可能。4 流化床燃煤固硫過程簡(jiǎn)介煤在流化床鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)，與固硫相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)主要有 3 個(gè)，即石灰解、煤中硫化物氧化、氧化鈣吸收 SO2，可以表達(dá)如下式所示：CaCO3→CaO+CO2(式硫化物→SO2(式CaO+SO2+1/2O2→CaSO4(式又可形象地表示如圖 1.2 所示[11]：

固硫灰渣XRD衍射圖譜
【引證文獻(xiàn)】

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1 何順愛;朱曉燕;安磊;;不同粉磨制度對(duì)粉煤灰粉體流動(dòng)性的影響[J];粉煤灰;2012年02期

2 石巖;陳海焱;馮啟明;黃陽(yáng);郭錚;;固硫灰超細(xì)粉對(duì)水泥膠凝性能的影響[J];非金屬礦;2014年04期

3 陳雪梅;嚴(yán)云;胡志華;;固硫灰泡沫混凝土的基材研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

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3 張克;流化床固硫灰渣配制的水泥與混凝土性能研究[D];重慶大學(xué);2012年

4 范曉玲;固硫灰特性及其在水泥基自流平砂漿中的應(yīng)用研究[D];西南科技大學(xué);2012年

5 姚妮娜;超細(xì)固硫灰在聚丙烯和三元乙丙橡膠中的應(yīng)用研究[D];西南科技大學(xué);2013年

6 王允;淮北礦區(qū)電廠超臨界流化床燃煤灰渣與水泥協(xié)同效應(yīng)的研究[D];安徽建筑大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2861570