[發明專利]一種快速預測循環流化床鍋爐脫硫灰渣膨脹量的方法

有效

• 申請號: 202110210573.7
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112881460B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 喬秀臣;郝海俊;韋連梅;申海文;張瑞峰;張克英
• 申請（專利權）人: 華東理工常熟研究院有限公司;山西國峰煤電有限責任公司
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明涉及一種循環流化床鍋爐脫硫灰渣在應用過程中快速預測極限膨脹量的方法，屬于建材、公路、電力和固體廢物資源化利用領域。本發明以CFB鍋爐脫硫灰渣中的總SO₃、活性CaO、活性Al₂O₃質量百分比作為判據，結合鈣礬石在水灰比0.2?0.5體系中的膨脹規律，以實驗數據為基礎，通過回歸膨脹數據，得出一種快速預測養護溫度20?60℃范圍內CFB鍋爐脫硫灰渣極限膨脹量的方法。本發明解決目前現有技術中CFB鍋爐脫硫灰渣在應用過程中存在延遲形成鈣礬石的風險，無法快速準確地評價其膨脹風險的現狀。

技術領域

本發明涉及一種循環流化床鍋爐脫硫灰渣在應用過程中快速預測膨脹量的方法，屬于建材、公路、電力和固體廢物資源化利用領域。

背景技術

在我國，循環流化床(CFB)鍋爐脫硫灰渣約占全國粉煤灰總量的40％，但是由于其含有較高的SO₃以及其它一些原因，被2018年 6月1日起正式實施的《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 (GB/T1596-2017)明確排除在外。循環流化床鍋爐灰渣循環流化床鍋爐燃煤電廠，鍋爐煙道氣體經除塵收集的粉末稱為飛灰，從鍋爐底部排放的渣稱為底渣，統稱循環流化床鍋爐灰渣，簡稱灰渣。CFB 鍋爐脫硫灰渣SO₃主要以硬石膏形式存在，在用作混合材或填筑料等過程中，其中的硬石膏會與來自本身或外部的可溶性鈣源、水化鋁酸鈣反應形成鈣礬石，如果在樣品硬化后繼續形成鈣礬石，則會引起體積膨脹，導致樣品破壞。鈣礬石生成機理分為“溶解沉淀”和“固相反應”兩種方式。通過“溶解沉淀”方式形成的鈣礬石，由于發生于反應初期，漿體尚未硬化，此時鈣礬石的生成不會引起樣品體積膨脹；當樣品已經硬化，通過“固相反應”生成的延遲性鈣礬石，其實也屬于溶解沉淀，這是鈣礬石的形成位置在含鋁相的固相表面或其附近，即溶質通過擴散遷移到固體表面，在此環境中，鈣礬石的生長受到周圍其他固相顆粒的限制，其體積膨脹能夠增加為原來的2.22倍，對周圍產生巨大的壓應力，進而導致樣品破裂。

通常學術界普遍認為鈣礬石在超過60℃后就開始分解，故而無法通過升溫來促進反應速率；而且鈣礬石膨脹的破壞發生在樣品硬化以后，所以對于CFB鍋爐脫硫灰渣在應用過程中的膨脹，目前主要采用實驗方法進行測量，即根據配比混合好物料，然后在一定條件下養護不同齡期，利用比長儀進行測量，由此來判斷膨脹結果。但是這些方法，一方面結論滯后，無法及時指導生產應用，另一方面，由于 CFB鍋爐脫硫灰渣中的部分硬石膏在常溫下需要若干年才可以溶解，從而導致實驗檢驗的可行性較低。

鈣礬石的形成過程中，SO₃、CaO和Al₂O₃缺一不可(為了方便以元素氧化物表示)，CFB鍋爐脫硫灰渣中的SO₃、CaO和Al₂O₃分別來源于硬石膏(少量半水石膏)、氫氧化鈣(或部分碳酸鈣)和燒高嶺。在研究過程中，我們發現CFB鍋爐脫硫灰渣中的硬石膏在與水接觸的10個小時內，溶解度遠遠低于二水石膏，此階段可以認為基本無鈣礬石形成，但是隨著時間延長，特別是超過24小時后，CFB 鍋爐脫硫灰渣中的硬石膏快速溶解，而且溶解度遠大于二水石膏； CFB鍋爐脫硫灰渣中的CaO隨著燃料中硫含量的不同而不同，波動較大；CFB鍋爐脫硫灰渣中可以溶出的Al₂O₃也隨燃料種類、燃燒工況而變，同時在反應體系的溶出是個受溶解和擴散控制的慢過程，但是通過優化堿性條件，可以通過實驗快速得出Al₂O₃的最大溶出量。此外，由于CFB鍋爐脫硫灰渣中的硬石膏的溶解度具有滯后性和爆發性，加之CaO和Al₂O₃的溶出特點，體系中鈣礬石的形成存在3 種途徑：1)長期穩定形成鈣礬石，具有較大膨脹性，2)初期形成鈣礬石，后期轉變成AFm，膨脹性小，3)初期形成鈣礬石，期間轉變成AFm，隨著時間延長又形成鈣礬石，具有很大膨脹性。鈣礬石的形成途徑主要受可溶性的SO₃、CaO和Al₂O₃中含量最低的相控制。