淮北矿区电厂超临界流化床燃煤灰渣与水泥协同效应的研究

摘要

超临界循环流化床锅炉在近年来有了快速的发展，它是兼具超临界蒸汽循环及循环流化床燃烧的一种高效率洁净煤发电技术。随着我国超临界循环流化床锅炉发电装置陆续投产，每年产生数亿吨的固硫灰和固硫渣。但由于对其特性研究较少，导致巨量灰渣大多只能以堆放填埋的方式处理，从而严重影响了人类的生存环境。　　本文以淮北矿区电厂超临界流化床燃煤的4种固硫灰和2种固硫渣为研究对象，比较系统的分析了固硫灰和固硫渣的特性：用化学分析方法和EDS、ICP-MS微观测试技术分析了固硫灰和固硫渣的化学成分；用XRD测试技术分析了固硫灰和固硫灰渣的矿物组成；用SEM技术观察了固硫灰和固硫渣的表面形貌和微观结构。与此同时，采用活性率快速评价法，研究了固硫灰和固硫渣的火山灰活性，考察了温度和龄期对固硫灰和固硫渣活性发挥的影响。重点研究了固硫灰和固硫渣替代部分水泥时，对系统强度的影响：考察不同的替代量、不同的水灰比和不同的品种的固硫灰和固硫渣对系统强度的影响。　　本文对淮北矿区电厂超临界流化床燃煤的固硫灰和固硫渣特性研究结果表明：（1）固硫灰和固硫渣中所含的主要元素为Si、Al、Ca、S、K、Fe、Mg、Na、Ti，同时存在对环境有害的重金属元素Cd、Cu、Cr、Pb、As(类金属)，化学成分中硅铝质氧化物含量在70％以上，远远超过水泥中硅铝质氧化物的含量，硫的含量均高于水泥中硫的含量，通过烧失量分析，A1、A2、A3和S2属于一级灰渣，A4和S1属于二级灰渣。（2）固硫灰和固硫渣的矿物成分主要有：石英、硬石膏、方解石、赤铁矿、游离氧化钙以及以偏高岭石为代表的非晶态煅烧粘土矿物。（3）固硫灰的粒径明显比固硫的渣小，固硫渣需要磨细后使用。固硫灰的颗粒尺寸基本都在10μm以下，而固硫渣的颗粒尺寸在10-50μm，颗粒形状不规则，结构疏松，另外，固硫灰和固硫渣上有许多微气孔，尺寸大概在几十纳米。（4）固硫灰和固硫渣的活性率随温度升高而增大；固硫灰和固硫渣的活性率随龄期的增长而增大。　　本文以淮北矿区电厂超临界流化床燃煤的固硫灰或固硫渣替代部分水泥时，对系统强度的影响研究结果表明：（1）龄期在7d时，随固硫灰掺量的增加，抗折强度和抗压强度呈现先增长后下降的趋势；28d时，复合体系的抗折强度和抗压强度随固硫灰掺量的增加而下降。（2）随着水灰比的增大，各体系的抗折强度和抗折强度均呈下降的趋势。（3）在相同水灰比条件下，龄期在28d时，掺固硫灰和固硫渣的复合浆体强度均高于纯水泥体系的强度。（4）活性率与抗压强度存在一定的关联性，用活性率来评价固硫灰和固硫渣的活性具有一定的科学性。（5）体系宏观强度与微观体系结构和组成存在必然联系。（6）单纯从强度来考虑，认为固硫渣比固硫灰更适合作为水泥的掺合料，固硫渣与水泥有更好的协同效应。

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引言

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外超临界循环流化床锅炉研究现状

1.3 电厂燃煤灰渣活性效应研究现状

1.3.1 电厂燃煤灰渣活性来源

1.3.2 电厂燃煤灰渣活性评价方法

1.3.3 电厂燃煤灰渣活性激发技术

1.3.4 论文研究的主要内容

第二章 淮北矿区电厂超临界流化床燃煤固硫灰渣的特性研究

2.1 实验原料及其特性分析

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验原料的化学成分分析

2.1.3 固硫灰渣的矿物成分分析

2.1.4 固硫灰渣的颗粒形貌

2.2 本章小结

第三章 淮北矿区电厂超临界流化床燃煤固硫灰渣火山灰活性研究

3.1 试验设计

3.1.1 试验方法

3.1.2 试验设计方案

3.1.3 试验结果

3.2 固硫灰渣活性影响因素分析

3.2.1 反应温度对活性率Ka值的影响

3.2.2 反应时间对活性率Ka值的影响

3.3本章小结

第四章 淮北矿区电厂超临界流化床燃煤固硫灰渣-水泥二元体系协同效应研究

4.1 固硫灰渣资源化利用研究现状

4.2 固硫灰渣-水泥二元体系力学性能分析

4.2.1 试验方法

4.2.2 固硫灰和固硫渣的掺量对复合体系力学性能的影响

4.2.3不同掺量时体系的微观结构扫描电镜（SEM）分析

4.2.4不同掺量时体系水化产物的X-射线衍射（XRD）分析

4.2.5 复合体系的水灰比对其力学性能的影响

4.2.6不同水灰比体系微观结构的扫描电镜（SEM）分析

4.2.7不同水灰比体系水化产物的X-射线衍射（XRD）表征

4.2.8 不同品种的固硫灰渣对复合体系力学性能的影响

4.3 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果