粉煤灰在加气混凝土中应用

1、粉煤灰在加气混凝土中应用 郭月明 大唐太原第二热电厂 030041摘要：加气混凝土的主要原料粉煤灰，是电厂煤粉炉或循环流化床锅炉产出的，因所用燃料、锅炉炉型、燃烧工况、运行参数不同，形成的粉煤灰物理、化学参数变化大，再加上粉煤灰的收集、储存方式不同，粉煤灰可分类为干灰（、级）、湿灰、分选灰、原灰、脱硫灰、非脱硫灰、高铁、高铝、高钙、低钙粉煤灰。其品质相差较大，粉煤灰在加气混凝土中应用时应区分不同类型的粉煤灰，充分考虑粉煤灰在性能上的差异，制定适合的工艺参数以获得优良的加气混凝土制品。关键词：加气混凝土、粉煤灰、形成、分类、应用 随着加气混凝土的快速发展，粉煤灰作为加气混凝土主要原料被广泛应用。

2、粉煤灰是燃煤电站排出的固体废物，根据国家环境保护要求及能源政策的改变，火电厂燃烧技术的改进创新和煤种的变化，炉型的大型化、环保化，所排出的粉煤灰的品种.品质也随之变化，品种多样化，化学成分范围更广，这就给粉煤灰在加气混凝土的应用提出了更高的要求。几年来通过对电站锅炉燃烧机理、粉煤灰的形成、品质及粉煤灰在加气混凝土砌块中的应用研究整理如下，以供参考。一、 粉煤灰的形成过程粉煤灰是燃煤电厂的排放物，是由不同品种的燃料（原煤、低热值煤）在不同的电站锅炉中燃烧形成的粉状固体废物。因此它的品质、化学成分、矿物组成、颜色、物理特性以及潜在的活性均与其煤种、锅炉炉型、燃烧工况、收集、储存方式密切相关。目前火

3、力发电厂的锅炉类型较多，根据燃烧方式可分为火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。目前多数更具代表性的为煤粉炉与循环流化床锅炉。粉煤灰是火室燃烧的一种，循环流化床锅炉是流化床锅炉的一种。1） 煤粉炉粉煤灰的形成煤粉炉首先要把燃煤磨细成微米级煤粉（煤粉的颗粒直径，约0.0050.1mm），然后用空气吹入炉膛燃烧。因煤粉炉内温度较高（13001500），煤粉悬浮在炉膛空中迅速燃烧，停留的时间很短仅有12秒。煤粉燃尽后形成的灰，绝大部分颗粒较细的飞灰被烟气带走，由除尘设备收集冷却形成粉煤灰，即原状粉煤灰，简称原灰。另外一部分颗粒较粗的灰落入炉膛底部冷灰斗内冷却成固体灰渣排出炉体，称

4、炉底渣，简称炉渣。粉煤灰是煤粉进入13001500炉膛后，在悬浮燃烧条件下，在受热面吸热后迅速冷却形成的。由于表面张力的作用，粉煤灰大部分呈球状，表面光滑，微孔，较小。一部分因为在熔融状态下互相碰撞而粘连，形成表面粗糙棱角较多的蜂窝状组合粒子，由于燃烧与冷却的速度快（速烧快冷），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体结构的混合体，其化学成分因煤种、产地、煤层、煤的燃烧工况不同而异。2） 循环流化床锅炉粉煤灰的形成 循环流化床锅炉是通过给煤设备将煤（煤的颗粒直径约010mm）与脱硫剂以一定比例的混合物料送入炉内料床燃烧。炉内温度一般为（850900），高温物料在气流的夹带

5、下进入物料收集器（分离器），被收集下来的粗颗粒物料进入返料器，再经返料器送回炉内，进行多次循环燃烧，而未捕捉分离下来的细小颗粒被烟气带走，由除尘设备收集冷却形成粉煤灰。燃烧时燃烧物料掺入脱硫剂的叫脱硫灰，未掺入脱硫剂的称原灰。另外返回炉内的粗颗粒经反复烧尽后从炉底由冷渣器排出炉外称炉渣。循环流化床粉煤灰是可燃物料进入850炉内通过循环系统反复燃烧，使燃料颗粒在炉内的停留时间增长。锅炉燃烧温度在850900，多数矿物只会软化而不会熔融进一步发生化学反应，从而很难形成微珠，大部分形成不规则颗粒，包含未燃尽炭粒、硬石膏和方解石。由于燃烧温度低于1000，炭的燃烧速率低于煤粉炉，锅炉运行参数一般选用煤

6、粉平均粒径的平均流化速度的1.52倍，致使部分质轻的煤炭粒子进入流化床后未经充分的燃烧很快就随烟气带走，形成的粉煤灰含碳量高。同时由于燃料中加入脱硫剂石灰石或白云石脱硫，粉煤灰中CaO与石膏含量明显高于普通粉煤灰。 循环流化床锅炉装有分离器，飞灰中的粗颗粒大部分被分离故产出的粉煤灰细度细。由于循环流化床锅炉燃料广泛，立足燃烧劣质煤（煤矸石、煤泥）等低热值煤种，供煤质量不稳定，化学成份分布范围大且粉煤灰的品质波动较大。应用时应区分处理。二、 粉煤灰的分类、收储国标GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准分级，标准从细度、需水量比、烧失量由级逐渐过渡到级同时规定三氧化硫含量小于3%

7、，含水量不大于1.0%，在加气混凝土中使用的粉煤灰大家更注重的是粉煤灰的化学成份、活性、细度分布及锅炉的类型及收储方式。2.）煤粉炉产出的粉煤灰分类、收储煤粉炉产出的的粉煤灰一般按除尘方式分为干除尘与湿除尘；按收储方式为干法或湿法。干法由电除尘回收后按分级方式可分为原灰或分选灰（、级）然后分别存入粉煤灰库内,区别应用。干法储存的粉煤灰，尤其是级粉煤灰，由于其活性较高，广泛用于配制高性能混凝土及制品，利用率达100%。原灰与级灰又多应用于加气混凝土制品。湿法由湿式除尘装置（水膜除尘器、文丘里洗涤器等）回收的粉煤灰水浆或电除尘回收的干灰通过管道用水冲到一个大型灰浆池后外排到指定的储灰场池。湿法储存

8、的粉煤灰多为老电厂或中小电厂采用，粉煤灰不分级，甚至灰渣混合，细度较粗，且锅炉燃烧工况较差，粉煤灰含碳量高，配置高性能混凝土制品受到限制。但由于长期浸泡水中或潮湿环境，由于水溶及陈化好，用于加气混凝土制品也不失为一综合利用的途径。炉底渣收储也分干、湿两种。干法一般为冷渣机冷却后储存，湿法为固体灰渣加水冷却由捞渣机收集后储存。干法渣一般被水泥厂利用，湿法一般经脱水后外储或与湿排粉煤灰混储。炉底渣颗粒粗大且含碳高，不宜直接用于加气混凝土制品，如若使用在加气混凝土一般将其磨细加工，筛余达到级灰细度即可。2.）循环流化床锅炉生产的粉煤灰分类、收储循环流化床锅炉生产的粉煤灰，一般收储方式与煤粉炉的方式基

9、本相同，但由于其锅炉的特点，粉煤灰烧失量高，很难达到国家级粉煤灰标准。国家标准也未规定此类粉煤灰如何应用，故在混凝土及制品中应用较少。由于燃烧时加入或不加入脱硫剂又可分为脱硫灰与非脱硫灰，大多数脱硫灰中CaO 、 SO3及游离氧化钙含量均高于非脱硫灰，其余成份SiO2、Al2O3含量相对低一些。脱硫灰具有自硬性，脱硫灰中CaO和SO3含量较高，自硬性强度较高。脱硫灰在储存和运输过程中容易结块，特别是管道输送容易造成堵管现象。非脱硫灰一半是未加脱硫剂或采用烟气湿法脱硫后产出的，含CaO与SO3均低。循环流化床锅炉燃料适应广泛，煤种的化学成分变动较大，粉煤灰又可分为高铁、高钙、低钙、高铝粉煤灰。高

10、铁粉煤灰一般燃料为煤矸石燃烧而成，其含铁量高于20%，粉煤灰为黑红色。高钙粉煤灰一般属于增钙粉煤灰，其含钙量高于15%，多数由液态排渣锅炉产出。由于高钙粉煤灰含有大量硅铝酸盐玻璃球活性较高，大多数被水泥厂应用。低钙粉煤灰其含钙量多数低于10%，煤粉炉与循环流化床锅炉产出的粉煤灰大部分属于低钙粉煤灰。高铝粉煤灰其含铝量高于40%，高铝粉煤灰一般只有部分地区煤种燃烧后形成。粉煤灰的主要活性来自于SiO2、Al2O3，故高铝粉煤灰在混凝土中被广泛使用。几种粉煤灰化学物理指标见附表一粉煤灰参数表 表一锅炉煤种SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3细度烧失需水比硫化床煤矸石41.9127.272

11、4.384.480.120.831.110.92硫化床燃煤47.2938.404.091.860.851.218.15.8697硫化床煤泥等47.4926.663.982.020.720.622.2616.25煤粉炉动力煤50.5233.467.961.720.390.2410.252.8煤粉炉动力煤46.7430.613.832.20.480.20122.8394液态炉燃煤40.2025.514.9023.110.652.855.92.1三、 不用类型的粉煤灰在加气砌块中的应用加气混凝土制品中粉煤灰的用量约60%70%，粉煤灰的品质直接影响加气混凝土制品生产工艺参数的设定及产品质量。粉煤灰的

12、细度、烧失量、玻璃体含量、化学成分对加气混凝土影响较大，故在生产时应对粉煤灰认真分析研究。针对不同品质的粉煤灰制定对应的工艺参数，以获得合格的加气混凝土制品。1、 ）煤粉炉产出的粉煤灰在加气混凝土中的应用煤粉炉产出的粉煤灰因含大量的玻璃体活性高、烧失量低，是加气混凝土的理想原料。用于加气混凝土的粉煤灰原料一般要求其化学成分及物理指标控制在一定范围，如用于加气混凝土粉煤灰的SiO2含量不小于40%；Al2O3含量大于15%；SiO2和Al2O3含量一共大于70%；Fe2O3的含量不大于35%；CaO含量不大于10%；SO3含量不大于3%；烧失量不大于12%；细度在10%25%（0.045mm方孔

13、筛筛余）；湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。1.1干粉煤灰煤粉炉产出的粉煤灰原灰物理指标、化学成分均符合加气混凝土对粉煤灰原料的要求。一般用量控制在60%70%，视粉煤灰的品质活性而定，玻璃微珠多者取大者，反之取小值，一般取65%。水料比0.650.55%，粉煤灰筛余量小时取大值，筛余量大时取小值。为保证满足浇注成型的稳定性，假设在同等水料比的前提下，越细的粉煤灰稠化过程越快。为使料浆稠化过程中发气顺畅，浇注稳定，细粉煤灰取大值。粉煤灰粗是易泌水、集料作用大，但粘性差，易造成塌模，粗粉煤灰取小值。从而使加气混凝土获得良好的气孔结构及制品强度。干粉煤灰在加气混凝土中一般选用原灰。如为分选灰一般选用

14、级粉煤灰。干粉煤灰使用时一定要粉煤灰的细度级配合理，要保持料浆足够的陈化、均化时间。成品浆存在时间一般要超过两小时以上再用。级粉煤灰过细，若筛余小于8%，除了增大水料比外必要时减少料浆用量，提高钙硅比并提高烧注温度，控制料浆的稠化和坯体的硬化速度。级粉煤灰工艺参数则反之，但级粉煤灰在使用时一般采用粉磨加工后使用，以达到最佳效果。1.2湿粉煤灰 电厂排出的粉煤灰悬浮液浓度一般较低，不宜直接使用，必须把过多的水分除掉。脱水后粉煤灰的浓度应按水料比的多少来确定允许的含水率。其水料比的确定视粉煤灰的细度定。电厂已排到储灰场的湿粉灰一般应等待其自然沉降、澄干后再行利用。从储灰场运回的粉煤灰，一般为灰渣混

15、排，灰场距灰管道出口处越远粉煤灰约细，越近则越粗，应即时分析。湿粉煤灰除含水率比干粉煤灰高外，其他指标与干粉煤灰基本相同设计加气混凝土参数时参照干粉煤灰工艺执行。2、 循环流化床锅炉粉煤灰在加气混凝土中的应用循环流化床产出的粉煤灰因玻璃微珠少、活性低、含碳量高、细度细、化学成分含量视燃料成分而波动，因此有一些循环流化床产出的粉煤灰不具备生产加气混凝土或因生产成本太高而不被利用。2.1非脱硫灰 第一、其筛余量小，细度细，设计工艺参数时一般采用较大的水料比，以保证料浆稠化过程发气顺畅；第二，因微珠含量极少，虽然化学含量相同，但活性相差较大，再加含碳量高致使加气混凝土产品强度低，一般采用加大钙硅比，

16、提高水泥用量比例812%，以达到提高加气混凝土产品强度的目的。2.2脱硫灰 脱硫灰CaO、SO3含量远高于非脱硫粉煤灰，工艺参数应视其含量而定，由于灰中CaO的存在，在灰浆制备、储存、输送过程中易沉澄、板结形成堵塞。与此相关设备应定期清理，输送管道的布置应尽量有一定斜度以防管道堵塞。SO3含量高时一般说明灰中石膏CaSO4成分多，在配置过程中应充分考虑此因素，若掺入过多的石膏，料浆在静停时难以稠化及硬化，坯体难以形成多孔结构或气孔不均匀，使坯体在蒸压过程中产生裂纹，产品破坏。2.3高铁粉煤灰 循环流化床锅炉燃烧煤矸石时排放的粉煤灰一般为高铁粉煤灰。煤矸石电厂原状粉煤灰其颜色多为红棕色或里红色，

17、且细度细，Fe2O3的含量大于20%，。在设计加气混凝土工艺参数时，除按前文非脱硫灰考虑后，应考虑Fe2O3对化学活性有不利影响，一般应加入适量的高效活性组分或加大水泥用量，以提高制品的强度。2.4其他品种粉煤灰a、高钙粉煤灰，由于其含钙量高一般大于20%，活性好，作为商业用粉煤灰用于水泥行业，加气混凝土行业如使用经济效益略差，一般不采用。b、低钙粉煤灰，含钙量低于10%，可以参照煤粉炉和循环流化床产出的粉煤灰在加气混凝土中的工艺参数执行。c、高铝粉煤灰，在内蒙中西部和山西北部的部分高铝煤田，煤燃烧后产生高铝粉煤灰，其含量大多在40%以上。氧化铝含量的高低只与煤种有关，与锅炉炉型无关。Al2O3与SiO2是混凝土中活性的有利成分，但Al2O3过高虽然从理论上能提高制品强度，但是从实际生产过程中因Al2O3含量高导致加气混凝土坯体在蒸压养护过程中产生化学反应不完全，而导致产品强度降低产生废品。在工艺参数的设计时应考虑加大坯体的气孔结构或掺配一部分低铝粉煤灰再行生产。 结束语： 粉煤灰由于其燃料品种、电厂锅炉型号、燃烧工况以及粉煤灰的形成、收集、储存方式不同，其品质千差万别，在加气混凝土中应用时一定要认真分析，区别对待，及时掌握其变化情况。原则上，在制定工艺参数时要做到：一看，观察颜色；二摸，手感粗细；三了解，进一步了解粉