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灰渣资源化综合利用试验研究

作　者: 周宛谕
导　师: 施正伦；骆仲泱
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 提钒残渣气化灰渣生料配方水泥熟料水泥混合材综合利用
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

煤炭资源作为中国能源消费结构的主体,分布集中,北多南少,且灰分偏高,这就导致大量灰渣的排放。我国原煤资源相对贫乏的南方地区,却具有较为丰富的低碳低热值的石煤资源。但无论采用哪种工艺,石煤提钒后都会产生巨量的残渣,大部分将堆放灰渣场,既占用土地,又污染环境。一方面,在水泥生产中,硅铝质材料通常用粘土,但粘土反应活化能较高,导致水泥生产能耗很高,而且开采破坏植被,毁坏田地,导致许多发达国家已禁止使用粘土烧水泥。另一方面,水泥生产可以消耗大量的灰渣,因此,灰渣用于水泥生产既可以节约资源,又能改善环境条件,这是符合可持续发展战略思想的。为避免传统石煤提钒工艺存在的钒回收率低、污染环境、规模小等问题,本文采用循环流化床钙法焙烧工艺,以钙基原料为添加剂的敦煌石煤料球为焙烧原料,在热输入功率为1MW循环流化床燃烧试验台上进行含钒石煤料球循环流化床焙烧提钒试验研究,对燃烧后灰渣特性和灰渣钒浸出特性进行分析。试验结果表明,循环流化床对石煤中的钒矿物具有良好的焙烧氧化作用：焙烧产物以飞灰为主,占70%左右且V2O5的含量为1.38%,比石煤原样提高了23.2%；在液固比2,硫酸浓度15%,浸出温度90℃条件下,灰渣的V205浸出率接近70%。可以预见,敦煌石煤料球在实际循环流化床锅炉中焙烧,氧化效果将会更好,能使灰渣的钒浸出率进一步提高。对提钒残渣和气化灰渣进行物化特性分析。分析表明,提钒残渣和气化灰渣的化学成分以及矿物组成都与水泥生产中的粘土质原料极为相近,而且含有大量的富氧矿物和微量元素,活性很好,用来作生料配料可以促进熟料的烧成；用来作水泥混合材,也有利于水泥的水化作用,对抗压抗折强度的提高大有裨益。此外,气化飞灰含碳量29.53%,发热量可以达到8967kJ/kg,可以作为劣质煤来提供热量,应用立窑水泥的配料,达到节约能耗的目的。参考新型干法回转窑水泥煅烧工艺,对中间盐法酸浸提钒残渣进行生料配方设计,按照递减试凑法配制了15个生料配方,然后分别在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃和1450℃五个温度下进行煅烧。通过对熟料进行游离氧化钙、XRD、SEM扫描电镜的分析和静浆抗压强度试验分析,并与厂熟料进行对比,可以看到提钒残渣和含钒石煤灰渣作水泥生料,熟料烧成温度降低50℃,减少煅烧时间,降低水泥煅烧能耗,提高生料的易烧性,提高熟料质量,所以使用提钒残渣和含钒石煤灰渣配制水泥生料煅烧熟料完全可行,而且很有意义。参考立窑水泥煅烧工艺,对灰熔聚气化炉飞灰作水泥生料进行配方设计。设定熟料率值KH=0.93～0.95,SM=1.8～2.2,IM=1.1～1.5,根据飞灰与无烟煤的不同配比,以飞灰代粘土的不同替代率,按照解方程法配制了91个生料配方,这表明气化飞灰可在一定生料率值范围内配制立窑水泥熟料煅烧工艺生料,且可较大幅度减少外配无烟煤,达到节能效果。对中间盐法酸浸提钒残渣作混合材进行了试验研究。分别按10%、15%、25%、30%、35%、40%和45%的质量比,将提钒残渣和厂石煤渣分别进行单掺和对掺,对不同配料的水泥试验样品进行物理检验,结果表明：提钒残渣是活性很好的水泥混合材材料,不论单掺还是和水泥厂石煤渣对掺,水泥安定性、凝结时间等性能指标均符合复合硅酸盐水泥要求,其强度均满足32.5等级水泥强度要求,水泥性能指标全部满足GB175-2007之规定。而且提钒残渣28d抗压抗折强度均高出水泥厂石煤渣很多,使其有可能成为一种特殊的水泥混合材产品出售,这将大大提高其身价,从而大幅度提高石煤多联产综合利用的经济效益和环境效益。对二次焙烧残渣作混合材进行了试验研究。分别按10%、20%、30%和40%的质量比,将提钒残渣2和厂石煤渣分别进行单掺和对掺,对不同配料的水泥试验样品进行物理检验,发现其水泥强度均满足32.5R强度等级水泥要求,水泥性能指标全部满足GB175-2007之规定。R28的测定表明它是活性很好的水泥混合材材料。当残渣掺入量达到40%时,残渣中的石膏成分足以代替外加石膏,不仅使残渣得到完全利用,还将降低水泥的石膏成本。最后,对灰熔聚气化炉排渣经循环流化床锅炉燃烧后的底渣作混合材进行了试验研究。分别按10%、15%、25%、30%、35%、40%和45%的质量比,将底渣和厂石煤渣2分别进行单掺和对掺,对不同配料的水泥试验样品进行物理检验,发现其抗折、抗压强度都至少满足32.5R等级水泥强度要求,绝大多数都达到42.5R等级水泥强度要求。R28的测定表明底渣是活性很好的水泥混合材材料。

灰渣资源化综合利用试验研究

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