京海煤矸石發(fā)電及高摻量粉煤灰水泥的綜合利用

1、京海煤矸石發(fā)電及高摻量粉煤灰水泥的綜合利用摘要：以京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司為例,針對目前國內(nèi)電力消費(fèi)現(xiàn)狀及綜合利用改良方法進(jìn)展了簡單闡述,討論了高摻量粉煤灰水泥的綜合利用方法,為更多的電力消費(fèi)企業(yè)綜合利用灰渣提供參考。關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保；粉煤灰；綜合利用1引言內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司一期建立規(guī)模為2330亞臨界一次再熱雙缸雙排汽直接空冷凝汽、抽汽冷凝式發(fā)電機(jī)組,配置21177t/h亞臨界中間再熱fb鍋爐,出線采用兩回500kv3/2接線。該電廠燃用煤種為70%煤矸石+15%洗中煤(1)+15%洗中煤(2)的混煤,水源為城市中水。同時一期配套一個年產(chǎn)量為60萬t高摻量粉煤灰的水泥廠。內(nèi)蒙

2、古京海煤矸石發(fā)電公司出線采用500kv3/2接線,在電力輸送過程中將大大降低線損,較220kv及以下等級的輸送線路在減少線損方面有著明顯的優(yōu)勢。汽輪機(jī)組采用直接空冷,大大地降低了耗水量,較濕冷機(jī)組有著明顯的節(jié)水優(yōu)勢。汽輪機(jī)采用抽汽冷凝式,既可以為工業(yè)用電做出自身的奉獻(xiàn),又可以為居民集中供暖效勞,實(shí)現(xiàn)了“工業(yè)-民用一體化,較純凝式發(fā)電機(jī)組有著明顯的民生優(yōu)勢。該廠采用循環(huán)流化床鍋爐,流態(tài)化的燃燒,這是一種介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的半懸浮燃燒方式1。通過加石灰石可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫,同時該鍋爐燃用煤種適應(yīng)性較強(qiáng),摻燒煤矸石的比例可到達(dá)70%。該廠水源采用城市中水,這對城市中的工業(yè)廢水、生活

3、污水的回收再利用起著致關(guān)重要的作用,較采用地下水、湖泊、江海等水源的電廠有著無法比較的優(yōu)勢。廠一期配套有一個年產(chǎn)60萬t的水泥廠,直接將燃料燃燒后的灰、渣高摻量綜合利用消費(fèi)水泥,因此又突出表達(dá)了“廢物再利用的優(yōu)勢。2國內(nèi)電力消費(fèi)后的灰、渣處理現(xiàn)狀及改良方法2.1目前國內(nèi)電力消費(fèi)后的灰、渣處理現(xiàn)狀到目前為止,國內(nèi)大局部燃煤發(fā)電機(jī)組,都需要一個灰場,局部鍋爐的灰和渣通過灰漿泵將灰渣輸送至灰場,另外一局部那么需要通過車輛運(yùn)輸?shù)交页闹锌梢钥闯?這種方法處理灰渣既浪費(fèi)土地資源，又浪費(fèi)油料資源,另外假如是通過車輛運(yùn)輸來處理灰渣的話,還需要進(jìn)展修路,因此投資本錢會大大增加。同時灰場本身又是一個大的二次污染

4、源。2.2灰、渣處理的改良方法隨著國家節(jié)能減排力度的加大,目前國內(nèi)少局部電開場對電力消費(fèi)后的灰、渣處理方法在逐步的改良,例如廣東梅縣荷樹園電廠,該電廠將電力消費(fèi)后的灰、渣進(jìn)展制磚。再如內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司,該電廠將電力消費(fèi)后的灰、渣進(jìn)展高摻量粉煤灰水泥制做。下面對高摻量粉煤灰水泥技術(shù)進(jìn)展詳細(xì)介紹。3高摻量粉煤灰水泥技術(shù)分析3.1高摻量粉煤灰水泥技術(shù)來源與開展“高摻量粉煤灰水泥技術(shù)是藍(lán)資公司原創(chuàng)人清華大學(xué)“長江方案特聘教授孫恒虎所創(chuàng)造的新型膠凝材料。它采用全新的科學(xué)理念,工藝簡單、方便。截然不同于傳統(tǒng)水泥的消費(fèi)工藝?！案邠搅糠勖夯宜嗉夹g(shù)是藍(lán)資集團(tuán)創(chuàng)新性技術(shù)。清華大學(xué)與藍(lán)資集團(tuán)結(jié)合建

5、立的清華藍(lán)資高摻量粉煤灰水泥結(jié)合實(shí)驗(yàn)室,集合了企業(yè)資源與高科技資源雙方優(yōu)勢,大大推進(jìn)了高摻量粉煤灰水泥技術(shù)大研發(fā)進(jìn)程。高摻量粉煤灰水泥從根底研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用經(jīng)歷了根底研究配比分析樣品性能研究小試消費(fèi)研究高摻量粉煤灰水泥混凝土性能研究中試消費(fèi)研究高摻量粉煤灰水泥產(chǎn)品中試應(yīng)用研究7步嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲羞^程,形成了一個完善的從根底研究到產(chǎn)業(yè)化推廣的閉路循環(huán)系統(tǒng)開展體系。確保了整個產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過程的嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性。目前,藍(lán)資集團(tuán)已在柳州、通化、燕郊等地新建了5條消費(fèi)線,消費(fèi)才能達(dá)200萬t/年；在鄭州、包頭、永州、青島、赤峰、株洲等地提升改造了12家傳統(tǒng)水泥廠,其總的消費(fèi)才能已到達(dá)320萬t/年以上。高摻量粉煤

6、灰水泥技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程獲得了飛速開展。在此過程中,藍(lán)資集團(tuán)在消費(fèi)控制、質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)那么、包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸與存儲等一系列環(huán)節(jié)中不斷探究自身的操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程。形成了一套完好的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工藝體系和質(zhì)量管理體系。并在河北、吉林、江西、廣西4省區(qū)獲得了省級備案的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.2“高摻量粉煤灰水泥的涵義高摻量粉煤灰水泥技術(shù)是根據(jù)大地成巖理論和自然界相容原理,以主體和配體的二元組分設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)為核心,初步形成的硅鋁基膠凝材料的理論體系與技術(shù)體系。高摻量粉煤灰水泥包括三個含義：高摻量粉煤灰水泥代表一套仿地成巖理論,高摻量粉煤灰水泥是凝結(jié)起來的石頭,具有與大自然相容的組織和堅(jiān)硬、耐久的類巖石性能,是

7、對大地成巖仿真的理論；高摻量粉煤灰水泥又代表一種社會經(jīng)濟(jì)的綠色循環(huán),高摻量粉煤灰水泥可以全面利用固體排放物,可以清潔消費(fèi),可以制備高摻量粉煤灰水泥水泥,高摻量粉煤灰水泥節(jié)省資源、節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài),是資源能源環(huán)境材料領(lǐng)域良性循環(huán)的載體；高摻量粉煤灰水泥還代表一代新的建筑膠凝材料文明,人類建筑文明經(jīng)歷了千年的石灰“三合土?xí)r代、百年的水泥“混凝土?xí)r代,即將迎來可持續(xù)開展的第三代建筑膠凝材料文明。3.3技術(shù)的先進(jìn)性及其優(yōu)勢“高摻量粉煤灰水泥技術(shù)的產(chǎn)生,首先是對水泥制造與利用在科學(xué)理論上的打破。歷經(jīng)180年歷史的波特蘭水泥材料和“兩磨一燒工藝已經(jīng)對世界工業(yè)化產(chǎn)生了宏大的作用,而“高摻量粉煤灰水泥技術(shù)那

8、么對傳統(tǒng)“兩磨一燒水泥材料和消費(fèi)工藝帶來革命性的“改頭換面。普通水泥的消費(fèi)由于要以石灰石為主要原料煅燒水泥熟料,引起嚴(yán)重的環(huán)境污染、生態(tài)破壞、能源浪費(fèi)、資源枯竭等一系列問題。高摻量粉煤灰水泥的消費(fèi)與使用過程是火山成巖過程的仿真。高摻量粉煤灰水泥消費(fèi)的能耗缺乏普通硅酸鹽水泥的70%,幾乎不產(chǎn)生污染物,是21世紀(jì)最具開展?jié)摿Φ木G色膠凝材料。高摻量粉煤灰水泥是根據(jù)火山成巖原理,以循環(huán)經(jīng)濟(jì)思想為指導(dǎo),運(yùn)用地球化學(xué)、巖石礦物學(xué)理論、分子設(shè)計(jì)理論以及材料仿地設(shè)計(jì)原那么等手段,對工業(yè)固體排放物(如煤矸石、尾砂、粉煤灰以及冶金渣等)進(jìn)展匹配設(shè)計(jì),所獲得的可以在常溫常壓下聚合成類天然巖石的生態(tài)膠凝材料。“高摻量

9、粉煤灰水泥原料可來自鋼鐵廠、火力發(fā)電廠、化工廠等的廢渣,產(chǎn)品中廢棄物原料含量可到達(dá)70%以上(最高時可超過90%)。高摻量粉煤灰水泥技術(shù)所制備的高摻量粉煤灰水泥不僅符合gb1751999國家標(biāo)準(zhǔn)對普通硅酸鹽水泥所規(guī)定的各項(xiàng)性能指標(biāo),它本身還有許多特殊的性能,如在耐酸性、抗凍融、抗?jié)B性、固結(jié)重金屬和有機(jī)毒物的才能都比傳統(tǒng)水泥才能更強(qiáng)。高摻量粉煤灰水泥的體積穩(wěn)定性也很好,經(jīng)測試7d的線收縮率只有普通水泥的1/51/7,28d的那么只有1/81/9。高摻量粉煤灰水泥技術(shù)較之傳統(tǒng)的水泥消費(fèi)方法,有幾大優(yōu)勢，包括投資少,以一個年產(chǎn)百萬噸產(chǎn)品的工廠為例,建水泥廠需要2.53.5億元,而“高摻量粉煤灰水泥只

10、需要0.61.2億元；消費(fèi)過程簡化,無須燒制,用“一磨取代原來的“兩磨一燒;環(huán)保,無煙、無粉塵、無廢水排放；能耗低,綜合能耗比水泥低30%以上；節(jié)約原材料,無需開山炸石,工業(yè)廢料摻量最高可達(dá)90%以上。消費(fèi)本錢較傳統(tǒng)水泥產(chǎn)品低20%以上；性能優(yōu)異,技術(shù)上不僅到達(dá)了普通硅酸鹽水泥的國家標(biāo)準(zhǔn),而且具備許多超越水泥的特殊性能,具備更強(qiáng)的競爭力,開展前景廣闊。3.4高摻量粉煤灰水泥技術(shù)特征3.4.1優(yōu)異的結(jié)合性及高強(qiáng)度特征高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料與一般硅酸鹽類和碳酸鹽類粗細(xì)骨料都會發(fā)生界面反響,但仍保持好的體積穩(wěn)定性。這種界面反響的結(jié)果是形成梯度界面,再加上膠凝材料硬化體本身是以共價(jià)鍵為主的三維網(wǎng)絡(luò)

11、體,從而形成包括各種骨料在內(nèi)的從里到外的共價(jià)鍵結(jié)合的整體。而普通水泥類膠凝材料一般認(rèn)為是范德華力和外表作用為主與骨料結(jié)合的。因此高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料可以容易地制成高強(qiáng)度的制品,并有充足的強(qiáng)度后期開展余量。目前高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料的硬化最高強(qiáng)度可以到達(dá)300pa。3.4.2良好的耐久性和體積穩(wěn)定性3.4.3高的耐酸堿侵蝕才能高摻量粉煤灰水泥具有良好的耐酸堿侵蝕性,在5%硫酸鹽溶液中的分解率只有硅酸鹽水泥的1/13；在5%鹽酸鹽溶液中的分解率只有硅酸鹽水泥的1/12；使用高摻量粉煤灰水泥作為膠凝材料制成的塊狀用品其耐酸性到達(dá)99.9t%,到達(dá)商品耐酸磚的國家標(biāo)準(zhǔn)(gb8488-87)。

12、耐堿性為99.92t%,到達(dá)玻璃馬賽克的耐堿性國家標(biāo)準(zhǔn)(gb7697-89)。3.4.4極好的耐高溫性高摻量粉煤灰水泥與普通水泥相比,具有極好的高溫體積穩(wěn)定性,其400下的線收縮率為0.2%1%,800下的線收縮率為0.2%2%,可以保持60%以上的原始程度,是制備耐熱混凝土的優(yōu)良材料。3.4.5凝結(jié)硬化理論具有靈敏的可調(diào)性緩凝性的高摻量粉煤灰水泥膠凝材料具有比普通水泥更長的初凝時間,而速凝快硬型高摻量粉煤灰水泥膠凝材料可實(shí)現(xiàn)10in終凝,1h抗壓強(qiáng)度可到達(dá)15pa以上,24h抗壓強(qiáng)度可到達(dá)50pa以上。3.4.6超強(qiáng)的固土才能所有高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料都能與粘土和細(xì)沙形成良好的結(jié)合。專門

13、用于固土的土工高摻量粉煤灰水泥其固土才能是同標(biāo)號水泥的3倍以上。3.4.7極低的水化熱高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料的水化硬化過程與普通水泥膠凝材料不同,是以硅酸鹽類礦物(或玻璃體)的溶解再聚合為主要形式,從理論上說,解聚過程所需要的能量與再聚合過程中所放出的能量根本相等,因此體系的宏觀水化熱接近于零。大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。3.4.8好的固結(jié)性能高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料用于固結(jié)重金屬離子、放射性元素等有毒有害物質(zhì),其在各種條件下的抗溶出才能是水泥硬化的510倍。高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料可用海水直接拌合,其硬化體具有優(yōu)異的抗海水侵蝕性。3.5高摻量粉煤灰水泥應(yīng)用領(lǐng)域3.5.1建筑領(lǐng)域建筑

14、高摻量粉煤灰水泥除了具有普通水泥所不具有的一些特殊優(yōu)異性能外,完全滿足目前建筑常用水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo),因此技術(shù)上可替代水泥應(yīng)用于所有的建筑領(lǐng)域,如混凝土、預(yù)制件、砌筑、抹面、地基處理,以及適用于普通水泥的所有墻體材料和屋面材料。3.5.2交通領(lǐng)域道路高摻量粉煤灰水泥與目前常用的道路水泥相對應(yīng),特別合適于制備高摻量粉煤灰水泥混凝土路面。道路高摻量粉煤灰水泥除了具備道路水泥的全部性能外,還具有明顯的高抗折強(qiáng)度、高耐磨性、快干早硬和充足的后期強(qiáng)度增長空間。土工高摻量粉煤灰水泥與各類粘土顆粒、各類沙礫及巖石都具有天然的親和性,將土工高摻量粉煤灰水泥用于軟地基土層的處理(gbjt-89),當(dāng)參加量為6%

15、時,其7d抗壓強(qiáng)度可達(dá)810pa,因此可用于路基處理。高摻量粉煤灰水泥特有的遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通水泥制品的耐久性,抗堿、酸、鹽及其它環(huán)境污染物侵蝕的才能使得高摻量粉煤灰水泥特別合適于制備超交通負(fù)荷條件下的混凝土橋梁及其它交通設(shè)施。3.5.3巖土工程領(lǐng)域基于高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料的高粘結(jié)性、高強(qiáng)度和速凝快硬等特點(diǎn),是高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料比水泥類膠凝材料更合適于巖土工程領(lǐng)域用于高強(qiáng)度錨固灌漿。利用高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料優(yōu)良的固土性能可將高摻量粉煤灰水泥用于各種樁基工程、路基加固、深基坑處理、塌方的防治,以及地下溶洞的充填等。3.5.4礦業(yè)工程領(lǐng)域高摻量粉煤灰水泥在礦業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用是本材料最

16、具挑戰(zhàn)性也最具成熟經(jīng)歷的應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)合充填采礦方法將其應(yīng)用于有色、黃金、煤田及其它礦種的高效可持續(xù)開采及“三下開采。可以大幅度降低充填本錢(與使用普通水泥相比),同時有助于解決開采、運(yùn)輸技術(shù)上的的許多難題。3.5.5水利工程及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域高摻量粉煤灰水泥材料特有的接近于零的水化熱、超強(qiáng)的抗溶出才能及其固土化優(yōu)良的體積穩(wěn)定性使得高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料特別合適于建立超大體積的混凝土大壩及其它水利工程和農(nóng)業(yè)根本設(shè)施。利用高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料速凝快硬的特點(diǎn)可應(yīng)用于抗洪搶險(xiǎn)工程。3.5.6工業(yè)建立安裝領(lǐng)域高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料所具有的耐酸、耐堿、耐高溫、快干早硬、高強(qiáng)等綜合性能,使其特別合適于

17、各類工業(yè)安裝工程。如可用于各種設(shè)備根底的快速澆注、快速安裝,特別合適各種高溫設(shè)備的耐熱混凝土根底工程。在電力行業(yè),60萬k大型機(jī)組所配套的鍋爐煙囪,每根造價(jià)約3000萬元,其中花在防酸耐熱工程局部的費(fèi)用就占整體造價(jià)的50%以上,假如用高摻量粉煤灰水泥作為膠凝材料直接澆筑耐酸混凝土,不但整體造價(jià)可下降50%以上,還能大幅度縮短工期,延長使用壽命。耐酸高摻量粉煤灰水泥可用于工業(yè)領(lǐng)域各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的容器及管道建立。3.5.7海洋工程領(lǐng)域用高摻量粉煤灰水泥類膠凝材料制備海洋工程混凝土要比現(xiàn)有的水泥混凝土具有更好的耐久性,并可直接用于海水?dāng)嚭稀?.6高摻量粉煤灰水泥替代水泥的可能性高摻量粉煤灰水泥技術(shù)是

18、以各種工業(yè)廢棄物(如冶金渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥及其它工業(yè)煤渣等),在常溫常壓下消費(fèi)高性能新型建材和硅鋁基水泥產(chǎn)品。該技術(shù)不僅利用廢灰渣、變廢為寶、節(jié)約大量資源和能源,從根本上減少傳統(tǒng)工業(yè)造成的污染,創(chuàng)造了清潔消費(fèi)、可持續(xù)開展的新型建材工業(yè)形式,而且由于高摻量粉煤灰水泥系列產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高致密度、高耐腐蝕性及綠色化和生態(tài)化等優(yōu)點(diǎn),使高摻量粉煤灰水泥產(chǎn)品可廣泛用于水利工程、道路工程、礦業(yè)工程、固土固沙工程、建筑工程以及軍事工程等領(lǐng)域。高摻量粉煤灰水泥在很多用處上可以替代傳統(tǒng)水泥產(chǎn)品,而且具有比傳統(tǒng)水泥產(chǎn)品更優(yōu)越的性能。隨著高摻量粉煤灰水泥產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步開展,高摻量粉煤灰水泥產(chǎn)品替代水泥產(chǎn)品也越

19、來越具備可能性。(1)長期以來,水泥消費(fèi)污染嚴(yán)重。我國2022年水泥總產(chǎn)量10.6億t,位居世界第一,而10億t水泥要消耗11億t的石灰石資源、排放約8億t的二氧化碳(2)、80萬t的三氧化硫(s3)、160萬t的氮氧化合物和800萬t的粉塵。而高摻量粉煤灰水泥消費(fèi)的污染物排放可接近于零,因此它的推廣可以使水泥工業(yè)的污染大幅度降低,直至全部消除。(2)水泥原材料資源有限,社會呼喚新型替代產(chǎn)品。根據(jù)中國建材工業(yè)協(xié)會的報(bào)告,我國適宜燒制水泥的石灰石儲量為450億t,其中可開采儲量為250億t,按2022年的水泥產(chǎn)量計(jì)算,再過30年我國水泥的原材料資源就面臨枯竭。因此,實(shí)現(xiàn)資源的高效、循環(huán)利用就成為當(dāng)務(wù)之急。顯然,高摻量粉煤灰水泥技術(shù)為完成這一