中电投西宁2×600MW级火电厂灰渣综合利用.doc
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1、中电投西宁2600MW级火电厂灰渣综合利用 摘 要:本调研的投资方为青海黄河上游水电开发有限责任公司。青海黄河上游水电开发有限责任公司以【2011】94号“关于委托编制中电投西宁2600MW级火电厂灰渣综合利用调研报告的函”形式该公司同意委托我院进行灰渣综合利用调研工作。 关键词:火电厂;灰渣综合利用;技术要求 Abstract: The research of investment for Qinghai the Yellow River Upstream Hydropower Development Co. ltd. Qinghai the Yellow River Upstream Hy
2、dropower Development Co., Ltd. to 2011 No. 94 on the commissioned the preparation of the CLP Xining 2 * 600MW Thermal Power Plant Ash Comprehensive Utilization Research Report letter form the company agreed to entrust our hospital for research work of comprehensive utilization of ash and slag. Keywo
3、rds: thermal power plant; ash comprehensive utilization; technical requirements 中图分类号:TM628 1、概述 中电投西宁2600MW级火电厂拟选厂址位于青海甘河滩工业园区。 青海甘河工业园区是省政府确定的省级经济开发区,是全省重点建设的四个“园区”之一。工业区规划控制面积为10平方公里,首期规划面积4平方公里。区内企业有西部矿业有限责任公司下属的百合铝业公司、青海锌冶炼分公司、西部化肥有限责任公司、西部锌业公司、西部铝业公司、西部钢厂、湟水水泥和县属金塔酒业等17家具有一定规模的生产企业,已初步形成了冶金、化工
4、、建材为支柱的三大工业体系。 “十五”及“十一五”以来,青海省电力建设进入了快速发展时期,火电已成为青海省的支柱产业,火电建设取得了长足发展,骨干电网相继建成,电力供应范围不断扩大。但由于青海省工业用电增幅较大,电力需求呈剧增态势,电力供应在今后一个时期将出现缺口。因此,在大力发展水电的基础上,把火电作为青海省电力建设的必要补充,改善水火电结构,解决季节性缺电的矛盾显得十分重要。 1.1调研目的:中电投西宁2600MW级火电厂进行灰渣综合利用调研以实施“绿色工程”,用发展的眼光,通过规范化管理,对灰渣的综合利用进行科学地论证和分析。 1.2编制依据:可行性研究工作的设计委托书。用于水泥和砼中粉
5、煤灰(GB/T1596-2005)、粉煤灰混凝土应用技术规范(GBJ146-90)、高强高性能混凝土矿物外加剂(GB/T18736-2002)和硅酸盐建筑制品用粉煤灰(JC/T409-2001)、通用硅酸盐水泥(GBl752007)、高性能混凝土应用技术规程(CECS207:2006)、轻集料及其试验方法(GB/T17431.1-1998)、建筑石膏(GB9776-2008)等国家、行业以及其它标准、规程、规范、技术条例。收集的各种资料及文件。中电投西宁2600MW级火电厂可行性研究报告。初可审查意见。 1.3主要调研原则:目前灰渣在建筑市场的主要用途;西宁及周边地区灰渣的产量;目前灰渣在西宁
6、及周边地区需求量,主要集中的产品及生产企业;灰渣的现有量是否满足市场的需要,对于将来市场的预计。 2、调研内容 2.1 目前灰渣在建筑市场的主要用途:我国是个产煤大国,以煤炭为火电生产基本燃料。近年来,我国的能源工业稳步发展,发电能力年增长率为7.3%,电力工业的迅速发展,带来了灰渣排放量的急剧增加。灰渣的综合利用,变废为宝、变害为利,已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策,是解决我国火电生产环境污染,资源缺乏之间矛盾的重要手段,也是火电生产所面临解决的任务之一。经过开发,灰渣在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。20世纪70年代,世界性能源危机,环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发
7、了灰渣利用的研究和开发。灰渣已成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉,兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料。 电厂灰渣主要有粉煤灰、脱硫石膏、炉渣。 2.1.1粉煤灰的现状:目前,对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究,特别是着重资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加,技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较,发生了重大的变化,主要表现为:粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用:粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺合料、土壤改造等方面的应用外,发展到目前的在水泥原料、水泥混合材料、建筑制品、大型水利枢纽工程、泵送
8、混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。 2.1.2粉煤灰的特性:粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收集下来的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一,随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理,就会产生扬尘,污染大气;若排入水系会造成河流淤塞,而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。 粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的,比较复杂。在显微镜下观察,粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。混合体中
9、这三者的比 例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁 铁矿等;玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃体球等;未燃炭多呈疏松多孔形式。 粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等,这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大,这就决定了其物理性质的差异也很大。粉煤灰的物理性质中,细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质,粉煤灰越细,细粉占的比重越大,其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应,而化学成分影响后期的反应。 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料,它
10、本身略有或没有水硬胶凝性能,但当以粉状和水存在时,能在常温,特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下,与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,成为一种增加强度和耐久性的材料。 2.1.3粉煤灰的主要用途:目前主要用途大概有以下几种:一是水泥制品,在水泥生产过程中添加,用量大且稳定;二是混凝土搅拌站作掺合料;三是生产建筑制品等。 2.1.3.1粉煤灰在混凝土中的应用:粉煤灰可作为混凝土的掺合料。在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料,减少了用水量,改善了混凝土拌和物的和易性,增强混凝土的可泵性,减少了混凝土的徐变,减少水化热、热能膨胀性,提高混凝土抗渗能力,增
11、加混凝土的修饰性。 2.1.3.2粉煤灰在水泥工业中的应用:作为水泥原料配料即用粉煤灰黏土配料,代替或部分代替黏土原料。粉煤灰与水泥厂常用黏土的成分相比较,有一定近似性。一般说,粉煤灰中的铝、铁含量偏高,而含硅量偏低。通过配料计算和辅助原料的掺配,可满足熟料烧成的要求。粉煤灰中的烧失量(未燃尽炭)、能强化烧成,降低煤耗,节约能源。 在回转窑干法或湿法生产中,可直接通过配料计算,确定粉煤灰掺量。在立窑生产中,由于粉煤灰的颗粒一般较粗,粉配料时除通过计算、试烧外,还需测试其成球性能。必要时填加塑性黏土(如河泥、淤泥、黏性土等)或采用较细粉煤灰。 粉煤灰是一种火山灰质材料,即具有能与石灰反应形成水化
12、硅酸盐的性能。在水泥中,粉煤灰能参与水泥的水化、硬化。粉煤灰在水泥生产中的利用已纳入国标GBl75标准中。 2.1.3.3粉煤灰在建筑制品中的应用:利用粉煤灰制作的墙体材料种类很多,包括:粉煤灰混凝土空心砌块、粉煤灰粘土烧结砖、粉煤灰高压蒸养砖和粉煤灰双免砖等几类。 粉煤灰空心砌块:该工艺采用粉煤灰加一定量的水泥和骨料(河沙、矿渣或碎石)在常温下脱模成型,自然养护达到预期标号。其优点是设备投资少,已完全不需粘土和烧结。 粉煤灰粘土烧结砖:将一定量粉煤灰掺入粘土中制成砖坯,然后烧结成型。其优点是利用一定量的粉煤灰和粉煤灰中的剩余可燃物;其缺点是砖的主要成分还需大量粘土,同时仍要用煤炭进行烧结。
13、粉煤灰高压蒸养砖:该种工艺较前两种有根本性的突破。其原理为:对粉煤灰加粘合剂,压制成型后在高温高压下进行蒸养,使之发生理化反应,从而形成建筑用砖。本工艺机械化程度高,生产速度快,养护周期短。 粉煤灰双免(即免烧免蒸)砖:这是近几年出现的一种新的粉煤灰砖的制造方法。一般是由粉煤灰、外加剂、骨料等原材料经过高压(大于60T的成型压力)在半干(适当控制水分)情况下生产成的,其粉煤灰掺量可达65%以上,节能用废技术较简单,投资也不大。 2.1.4炉渣、脱硫石膏在建筑市场中的主要用途 炉渣呈黑褐,风干后为灰色。通常为不规则、带棱角的蜂窝颗粒状,表面大多为玻璃质,主要是不可燃的无机物和部分未完全燃烧的可燃
14、有机物组成。炉渣目前主要用于墙体材料、轻质混凝土、铺路等。 脱硫石膏作为石膏的一种,其主要成分和天然石膏一样,都是二水硫酸钙,化学性质和天然石膏非常相近。但作为工业副产品的化学合成石膏,同时又具有同其它化学石膏一样的特性:具有较高的游离水、松散的细小颗粒、具有多种杂质成分。但由于脱硫石膏的生产工艺,其中所含的杂质成分多为无机、难溶的矿物类杂质,大多均对石膏的加工及应用没有较大影响。在脱硫现场,为提高烟气脱硫效率,技术上对用于脱硫的石灰石粉、氧化钙含量和细度要求较高,这些要求客观上保证了脱硫石膏化学成分的稳定。 脱硫石膏主要用于水泥的缓凝剂和建筑石膏制品,石膏在水泥行业的需求比例是4%5%,如果
15、全部用脱硫石膏代替天然石膏作为缓凝剂将大幅度降低水泥厂的成本,并解决目前脱硫石膏的利用问题。由于脱硫石膏其自身的品位较高,作为制作建筑石膏粉的原材料非常合适,所得到的石膏产制品也均具有较高的性能。具有质轻、防火、隔热、加工性能好、尺寸稳定以及特有的“呼吸作用”等优点,但是,由于材料本身特点及生产工艺不当等原因,也存在强度低、耐水性能差等弊端,致使其应用范围受到一定的局限。 2.2建筑用灰渣的技术要求 2.2.1建筑用粉煤灰的技术要求 2.2.1.1粉煤灰在水泥制品中应用的技术要求:凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥),代号PF。水泥
16、中粉煤灰掺加量按重量百分比计为20%40%。粉煤灰是从燃煤发电厂的烟道气体中收集的粉末,堆积密度大概900kg/m3。它以Al2O3、SiO2为主要成分,含有少量CaO,具有火山灰性,其活性主要取决于玻璃体的含量以及无定形Al2O3和SiO2含量,同时颗粒形状及大小对其活性也有较大的影响,细小球形玻璃体含量越高,粉煤灰的活性越高。 掺入粉煤灰后,首先是水泥熟料水化,之后是水泥熟料的水化产物Ca(OH)2与粉煤灰中的活性SiO2和活性Al2O3发生水化反应(亦称二次反应)生成水化产物,由此过程可知,掺入粉煤灰的硅酸盐系水泥的水化速度较慢,故早期强度较低,而由于水泥中熟料含量相对减少,故水化热较低
17、。国标通用硅酸盐水泥(GB1752007)规定的技术要求如下: 氧化镁:熟料中氧化镁的含量不超过5.0%,如果水泥经压蒸安定性试验合格,则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。熟料中氧化镁的含量为5.0%6.0%时。 三氧化硫:矿渣水泥中不得超过4.0%。火山灰水泥、粉煤灰水泥中不得超过3.5%。 细度:80m方孔筛筛余不得超过10.0%。 凝结时间:初凝不得早于45min,终凝不得迟于10h。 安定性:用沸煮法检验必须合格。 强度:水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分。三种水泥各强度等级、各龄期强度不得低于表1数值。 碱含量:水泥中碱含量按NaO+0.658K2O计算值来表示,若使
18、用活性骨料需限制水泥中碱含量时由供需双方商定。 表1矿渣、火山灰、粉煤灰和复合硅酸盐水泥各强度等级、各龄期强度值 掺入粉煤灰后,使得水泥具有某些特性: 1)早期强度低、后期强度增长较大。粉煤灰的掺量越多,早期强度越低,但后期强度增长越多。不适合用于早期强度要求高的混凝土工程,如冬季施工现浇工程等。 2)对温度敏感,适合高温养护。采用高温养护可大大加速粉煤灰的水化,并可加速熟料的水化,故可大大提高早期强度,且不影响常温下后期强度的发展。 3)耐腐蚀性好。水泥的熟料数量相对较少,水化硬化后水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙的数量少,且粉煤灰的二次水化反应使水泥石中氢氧化钙的数量进一步降低,因此耐腐蚀性
19、好。但当侵蚀介质的浓度较高或耐腐蚀性要求高时,仍不宜使用。 4)水化热小。水泥中的熟料含量少,水化放热量少,放热速度慢,适合用于大体积混凝土工程。 5)抗冻性较差。粉煤灰易泌水形成连通孔隙,故水泥的抗冻性较差。 6)抗碳化性较差。由于水泥在水化硬化后水泥石中的氢氧化钙的数量少,抵抗碳化的能力差。 2.2.1.2粉煤灰在混凝土中应用的技术要求 粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。粉煤灰在混凝土中的主要功能是利用其火山灰活性、玻璃微珠改善和易性及粉末效应。根据粉煤灰混凝土应用技术规程和用于水泥和混凝土中的粉煤灰,粉煤灰按其品质指标分为三级,见表2。 级灰的品质较高,具有一定
20、减水作用,强度活性也较高,可用于普通钢筋混凝土,高强高性能混凝土和后张法预应力混凝土。级灰一般不具有减水作用,主要用于普通 钢筋混凝土。级灰品质较低,也较粗,活性较差。 表2 粉煤灰质量指标的分级 粉煤灰取代水泥的最大限量:混凝土中掺入粉煤灰后,可以改善混凝土的性能(降低水化热、提高抗侵蚀性、密实度和抗渗性等),但由于粉煤灰的水化消耗Ca(OH)2, 降低混凝土的碱度,因而影响了混凝土的抗碳化性能,减弱了混凝土对钢筋锈蚀的保护作用。为了保证混凝土结构的耐久性, 国标粉煤灰混凝土应用技术规范规定了粉煤灰的最大限量,见表3。 表3粉煤灰的最大限量 粉煤灰混凝土的主要技术性质: 粉煤灰混凝土的施工和
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