电厂煤粉炉直接联产高硅硫铝酸盐水泥熟料的试验研究

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1、浙江大学博士学位论文电厂煤粉炉直接联产高硅硫铝酸盐水泥熟料的试验研究姓名：王文龙申请学位级别：博士专业：工程热物理指导教师：骆仲泱;倪明江20040401摘要成分。从样品的矿物组成看，它接近于硫铝酸盐系列的水泥，而又与现有工业产品的成分含量有差别，因此，根据其特点可以定义为“高硅硫铝酸盐水泥熟料”。对于高硅硫铝酸盐水泥熟料，通过净浆强度试验和砂浆强度试验，发现其具有早期强度偏低但后期强度发展潜力大的特点，在掺加上30％的硅酸盐水泥熟料后，强度可以达到32．5强度等级的硅酸盐水泥的国家标准。因此这就为高硅硫铝酸盐水泥熟料的实际应用指明了途径：对前期强

2、度性能要求不是很高的一般性工程可以直接使用高硅硫铝酸盐水泥；而对前期和后期强度性能要求都较高的工程则可以将高硅硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥混合使用，其效果甚至比单独使用硅酸盐水泥更好。本文还对高硅硫铝酸盐水泥熟料的水化机理进行了研究，建立了初步的水化化学。其水化过程中主要的水化产物是高硫型水化硫铝酸钙(AFt)和水化硅酸钙(CaO—Si02一H20)，这两者也是其强度的主要来源。本文还通过理论模型的建立，阐述了高硅硫铝酸盐水泥熟料的形成机理，建立了在超快速升温煅烧条件下的矿物形成化学，从而为燃煤电厂锅炉联产水泥技术奠定了初步的理论基础。物料颗粒在130

3、0"C悬浮燃烧时的升温速率可高达105～106'C／s，因此，可以说物料颗粒几乎瞬间就达到了环境温度，从而使物料颗粒的燃烧、灰化和固相反应过程也几乎是同时发生。在煤的燃烧和灰化过程中，原煤中的矿物质主要是粘土矿物完成脱水和分解，形成氧化物形式的Si02、Ah03、Fe203；同时，大部分的有机硫和无机硫都氧化形成S02，然后S02进一步与CaO进行气固反应，形成CaS04。继而，由于新生态的Si02、A1203、Fe203和CaSO。等物质都具有很高的活性，它们与CaO之间的固相反应得以迅速进行。本文通过相图分析、热力学分析、固硫机理分析和动力学分

4、析等多种手段，最终确定了煤与CaO的混合物料悬浮燃烧条件下的主要固相反应，固相反应的结果是形成以2CaO·Si02、3CaO·3A1203·CaS04和2ca。·A1203·Si02为主要组分的高硅硫铝酸盐水泥熟料。本文还对煤粉锅炉直接联产高硅硫铝酸盐水泥熟料这一技术进行了初步的效益分析和评估。通过这项技术，不仅可以实现煤粉炉固体废弃物的零排放，同时也能取得较高的炉内脱硫效率，还能减少电力生产和水泥工业所排放的C02总量，从而可以大大降低工业生产给生态环境造成的压力。通过这项技术，把两个一次能源消耗大户合而为一。可以降低工业生产的能耗，为人类节省资

5、源和能源。这一技术不仅能够带来众多的社会效益，也能给技术的使用方即燃煤电厂和水泥厂带来不菲的经济效益，对此本文进行了估计计算。在煤粉锅炉里直接联产水泥熟料，实现燃煤电力工业和水泥工业的融合，具有重大的经济价值和社会意义，非常值得进行深入研究和推广应用。但目前本文的研究还仅局限于实验条件下，要真正转化为成熟的技术，需要在实际电厂的煤粉炉中进行扩大性试验，期间可能会遇到各种问题，还有许多工作待做。关键词：灰渣利用煤粉炉水泥烧成联产同相反应ⅡABSTRACTCoalisthemostimportantenergysourceinChina．Todate，

6、over70percentofenergyconsumptionstillstemsfromcoalcombustion．Therefore，largeamountsofsolidwastesaregeneratedfromthermalpowerplantseveryyear．In2001，forinstance，thenewlygeneratedashesamountedto160milliontons，Althoughresearchershavestudiedthecomprehensiveutilizationofashesfordeca

7、desandhavefoundmanywaystousethesesolidwastes，itisaproblemthattherearestillalotofashesleftwhichcannotbeusedandmustbeputintolandfills，whichrequirelargeareaoflandandmaypollutethesurroundings．ThedifficultyisthattheamountofashesgeneratedinthermalpowerplantsiStoolargetobecompletelyu

8、tilized，InChina，forexample，theashesthatCanbeutilizedarelessth