循环流化床固硫灰特性及作水泥混合材应用的研究(硕士论文)

中国建筑材料科学研究总院硕士学位论文循环流化床固硫灰特性及作水泥混合材应用的研究朱文尚申请学位级别工学硕士学科专业名称材料学指导教师姓名颜碧兰江丽珍学位授予单位中国建筑材料科学研究总院2011年07月分类号TQ172密级公开UDCUDC31编号849012008009S02中国建筑材料科学研究总院硕士学位论文循环流化床固硫灰特性及作水泥混合材应用的研究StudyonPropertiesandUtilizationasCementAdmixtureofCFBC(CirculatedFluidizedBedCombustion)Ashes朱文尚申请学位级别工学硕士学科专业名称材料学论文提交日期2011.07论文答辩日期2011.08指导教师姓名颜碧兰江丽珍独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国建筑材料科学研究总院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解中国建筑材料科学研究总院有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：摘要I摘要固硫灰是电厂循环流化床锅炉中含硫煤与石灰石等固硫剂在900℃左右燃烧固硫副产物。随着循环流化床燃烧技术迅速发展，固硫灰产量急剧攀升，目前年产生量约8000万吨，主要以堆放为主，资源化迫在眉睫。水泥工业发展对混合材需求量越来越大，固硫灰作水泥混合材是其应用重要方面，资料匮乏，需要进一步研究。本文采用有代表性电厂固硫灰，首先系统分析了固硫灰的特性，与粉煤灰进行对比，其次根据固硫灰SO3含量特点提出活性评定方法，利用XRD、SEM等对活性来源进行分析，最后对固硫灰作水泥混合材对水泥强度、凝结时间和安定性、减水剂相容性和膨胀性等影响进行了初步研究，重点分析SO3形态及含量对水泥性能影响。研究表明，与粉煤灰相比，固硫灰高硫高钙高烧失量，颗粒疏松无定形，其中的SO3以硬石膏Ⅱ-CaSO4形式存在，与天然硬石膏具有相同的结构。根据固硫灰SO3含量特点，活性评定采用“水泥熟料28天抗压强度比”进行，按水泥中SO3含量为3.5%确定是否外掺二水石膏，试验表明固硫灰SO3含量不超过11.6%时活性较高，满足水泥活性混合材用粉煤灰标准要求。固硫灰中硬石膏可以完全取代二水石膏对水泥凝结时间进行调节，且水泥中SO3含量不能超过3.5%，否则会引起SO3安定性不合格。固硫灰SO3含量高，需水量大，单掺作水泥混合材时允许掺量低，且固硫灰中SO3含量增加和固硫灰掺量增加都使得减水剂饱和掺量点提高，水泥初始流动度降低，经时损失率增大，与减水剂相容性差，在实际应用中应与粉煤灰或其它混合材复合，掺量不超过30%，控制水泥中SO3≤3.5%。关键词：固硫灰；特性；活性；强度；凝结时间；减水剂相容性；膨胀中国建筑材料科学研究总院硕士学位论文IIABSTRACTTheCirculatedFluidizedBedCombustion(CFBC)ashesareby-productsfromthepowerplantswithCFBCboilerswhichusesulfurcoalandsulfurcaptureagentsuchaslimestoneburninganddesulfurizingintheboileratabout900℃.AstherapidspreadofCFBCtechnology,theyearlyashoutputisabout80milliontonsandincreasesrapidly;asaresult,theutilizationisurgent.Asthedevelopmentofcementindustry,thecementadmixturedemandismoreandmore.TheCFBCashascementadmixtureisoneofitsimportantusemethods,whichhaslittleinformationandneedsmoreresearch.Inthispaper,theCFBCashsamplesfromdifferentpowerplantswerestudied.TheCFBCashpropertieswereinvestigatedcomparedwiththepulverizedcoal(PC)flyash,amodifiedmethodwasdemonstratedtoevaluatethereactivityofCFBCashesandthereactivityoriginwasanalyzedbyXRD,SEM,andthefeasibilityascementadmixturewasinitiallystudiedoncementstrength,settingtimeandsoundness,compatibilitywithwater-reducingagentandexpansionperformance,whichlaysemphasiesontheinfluenceofSO3morphologyandcontentonthecementperformance.Theresultsshowedthat,comparedtothePCflyash,theCFBCasheshadmorecontentofSO3,f-CaOandlossonignition.TheparticlesofCFBCasheswereirregularandloosetextured.TheSO3existedasanhydriteⅡ-CaSO4,whichhadthesamestructurewithnaturalanhydrite.Amodifiedmethodof“clinker28dcompressivestrengthratio”wasdemonstratedtoevaluatethereactivityofCFBCashesaccordingtotheSO3content,whichshowedthatCFBCashreactivitywashighwhentheCFBCashSO3contentwaslessthan11.6%,satisfingthestandardrequimentsofPCflyashusedascementactiveaddition.TheanhydriteofCFBCashcouldcompletelyreplacegypsumtoretardtheclinkersettingtime,andtheSO3contentshouldlessthan3.5%,otherwise,theSO3soundnesswasunqualified.WithhighSO3contentandwaterrequirementcontent,摘要IIIwhentheCFBCasheswereusedascementadmixture,thepermittedadditionwerelimited,atthesametime,whentheSO3contentandCFBCashadditionincreased,thesaturationofwater-reducingagentincreased,theinitialfluiditydecreased,andthelossrateoffluidityastimeincreased,sothecompatibilityofCFBCashwithwater-reducingagentwasbad.Consequently,whentheCFBCasheswereusedincement,itshouldbettermixwithPCflyashorotheradmixtures,theadmixtureadditionshouldbelessthan30%,andhecementSO3contentwaslessthan3.5%.Keywords：CFBCashes,properties,reactivity,mortarstrength,settingtime,compatibilitywithwater-reducingagent,expansion目录i目录摘要.............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II第1章绪论..................................................................................................................11.1燃煤固硫技术综述..........................................................................................11.2循环流化床燃煤固硫技术..............................................................................21.2.1循环流化床燃煤固硫过程....................................................................21.2.2固硫灰渣概况........................................................................................31.3国内外固硫灰渣研究和利用现状..................................................................41.3.1国外固硫灰渣研究和利用现状....................................................................41.3.2国内固硫灰渣研究和利用现状....................................................................61.4固硫灰渣研究和利用中存在的问题..............................................................81.5本课题的提出...................................................................................................81.6本课题主要研究内容.......................................................................................9第2章原材料及试验方法.........................................................