论文总字数：21520字

摘 要

CFB锅炉不仅能够高效率的完成低质量燃料的燃烧，还能减少硫氧化物，氮氧化物的排放，在今后的发电技术中还有很大的发展空间。与此同时，它在固硫过程中排放的大量灰渣急需一种新的处理方式，而不是简单的填埋。本文利用大土河CFB灰渣进行了六组实验制备干粉砂浆，探究了CFB灰渣掺量和水泥掺量对干粉砂浆的需水量，稠度损失，力学性能等的影响，探究了炉渣级配对干粉砂浆的影响。结果表明，CFB灰渣使得干粉砂浆需水量大，稠度损失增大。水泥对于CFB干粉砂浆强度影响比较大，其含量不宜过少。实验最终发现当水泥，CFB粉煤灰，CFB炉渣这三者比例为14:16:70时制备的干粉砂浆工作性良好，其28天强度可达到10.59 MPa。

关键词：干粉砂浆；CFB粉煤灰；CFB炉渣

Abstract

CFB boiler can not only complete the combustion of poor fuel efficiently, but also reduce the emissions of sulfur oxides and nitrogen oxides, which has a great development space in the future power generation technology. At the same time, the large amount of the CFB fly ash and CFB slag discharged in the process of sulfur fixation needs a new treatment rather than a simple landfill. In this paper, six groups of experiments were carried out to prepare dry-mixed mortar with Datuhe CFB fly ash and CFB slag. The effects of CFB fly ash, slag and cement on the water demand, consistency loss and mechanical properties of dry-mixed mortar were explored. The influence of slag level on dry-mixed mortar was also explored. The results show that the water demand of dry-mixed mortar is larger and the consistence loss is increased. Cement has great influence on the strength of CFB dry-mixed mortar, and its content should not be too little. The results show that when the ratio of cement, CFB fly ash and CFB slag is 14:16:70, the dry-mixed mortar has good workability, and its 28-day strength can reach 10.59 MPa.

Key Words: dry-mixed mortar; CFB fly ash; CFB slag

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景、目的及意义 1

1.2国外CFB灰渣干粉砂浆的研究和应用现状 2

1.3国内CFB灰渣干粉砂浆的研究和应用现状 3

1.4研究目标、内容及技术路线 5

1.4.1研究目标 5

1.4.2研究内容 5

1.4.3技术路线 6

第2章 原材料及实验方法 7

2.1主要原材料 7

2.1.1水泥 7

2.1.2 CFB粉煤灰 7

2.1.3 CFB炉渣 8

2.1.4水 8

2.2实验方法 8

2.2.1基本特性 8

2.2.2筛分实验 8

2.2.2稠度损失实验 9

2.2.3砂浆抗压强度实验 9

第3章 配合比对CFB干粉砂浆的影响 10

3.1水泥掺量对CFB干粉砂浆的影响 11

3.1.1水泥掺量对CFB干粉砂浆工作性的影响 11

3.1.2水泥掺量对CFB干粉砂浆强度的影响 12

3.2 CFB粉煤灰对干粉砂浆的影响 13

3.2.1 CFB粉煤灰对干粉砂浆工作性的影响 13

3.2.1.1 CFB粉煤灰掺入量对砂浆水分的影响 13

3.2.1.2 CFB粉煤灰掺入量对砂浆稠度损失的影响 13

3.2.1.3 CFB粉煤灰掺入量对砂浆施工性能的影响 14

3.2.2 CFB粉煤灰掺入量对砂浆强度的影响 14

3.3 CFB炉渣掺量对干粉砂浆的影响 15

3.3.1 CFB炉渣掺量对干粉砂浆工作性的影响 15

3.3.2 CFB炉渣掺量对干粉砂浆强度的影响 15

3.4本章小结 16

第4章 炉渣级配对CFB干粉砂浆的影响 17

4.1炉渣级配对CFB干粉砂浆工作性的影响 18

4.1.1炉渣级配对CFB干粉砂浆水分的影响 18

4.1.2炉渣级配对CFB干粉砂浆稠度损失的影响 19

4.2炉渣级配对CFB干粉砂浆强度的影响 20

4.3本章小结 21

第5章 结论与建议 22

5.1结论 22

5.2建议 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1研究背景、目的及意义

火力发电仍然是我国目前主要的发电方式，而伴随煤炭开采一系列活动会产生大量的固体废弃物如煤矸石等等，仅煤矸石的产量就占据煤炭开采量的10%^[1]。针对这些低热值的劣质燃料，采用CFB（循环流化床）燃烧技术处理，可以充分利用其可燃物的热量发电。相比于传统的燃煤锅炉，循环流化床锅炉燃烧强度大，能有效煅烧劣质燃料，燃烧后不可燃物从烟道中排出，经过收尘器收集起来的称为“CFB粉煤灰”，从炉底排出收集的称为“CFB炉渣”，这二者合称为“CFB灰渣”。为了达到排放标准，往往需要在CFB锅炉中加入过量的石灰石来进行脱硫处理，所以CFB粉煤灰也被称为固硫灰。由于低热值的燃料可燃成分少，在以煤矸石等为主要燃料的燃煤发电厂经CFB锅炉燃烧后产生的灰渣量巨大，加上CFB锅炉脱硫过程中需要加入大量的石灰石与硫发生反应，使得CFB灰渣产量是普通燃煤电厂的1.5倍^[2]。简单的回填堆积处理不仅消耗土地资源，还会使企业成本上升，经过长时间的风雨侵蚀，还会污染环境，侵蚀地下水源。针对CFB灰渣的处理方式急需研究。

在城市化进程不断加快的步伐中，人们也越来越注意到对生活环境的保护。环保要求在不断提高，不少城市对施工扬尘标准做了严格规范，以此限制现场砂浆搅拌，加快推进了干粉砂浆的市场应用。传统的砂浆搅拌现场，原材料堆积造成流失，品质下降，计量不准确，现场灰尘大，危及施工人员以及周边居民身体健康。干粉砂浆（亦称为干混砂浆等）是指由专业生产厂家生产的，经干燥筛分处理的细集料与无机胶结料、矿物掺合料、保水增稠材料和添加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物^[3]，以散装或袋装的形式运送至工地，加水拌和后即可直接使用的物料。与传统的建筑砂浆相比，干粉砂浆具有可储存、多样性、灵活性、适应性强、经济环保等优势,可满足不同工程用户需要，在建材领域还有巨大的发展空间。除此之外，因干粉砂浆具有集中生产与统一供应等特点，且有利于采用新技术与新材料，实行严格质量控制，改进施工方法，保证工程质量等，因此其在优质、高效、节能、省料和环保等方面的优越性远超传统的建筑砂浆^[4]。

在日新月异的今天，建材行业每天都需要使用大量的建筑材料，如果能将CFB灰渣配制成干粉砂浆，运用到建筑工程上，无疑能大量消耗这种废弃物。这将实现变废为宝，节约建材资源，符合可持续发展战略。本课题将探索综合利用CFB灰渣制备干粉砂浆，开展相关研究，实现固体废弃物的资源化利用，给干粉砂浆制备提供一种新配方，进一步深化利用CFB灰渣制备干粉砂浆的认识，拓宽CFB灰渣应用领域。

1.2国外CFB灰渣干粉砂浆的研究和应用现状

关于CFB灰渣干粉砂浆的应用研究还比较少，尚未在工业上得到广泛应用，多数研究都是针对CFB粉煤灰的应用研究。CFB锅炉的广泛使用，导致CFB灰渣的产量剧增。波兰仅CFB粉煤灰就从1998年的约75万吨增加到2015年的约200万吨。在欧盟这种粉煤灰主要应用于现场修复，作为水泥的添加剂，作为淬火介质或道路基础。在美国，它主要用于道路和路堤施工以及地面稳定，美国也有针对在路面基层应用CFB灰渣的研究，取得了不错的效果。为了将CFB锅炉中排放的烟气达到脱硫标准，往往需要使用过量的石灰石，然而，只有大约30％的石灰石发生固硫反应，因此，CFB灰渣中还含有许多石灰石衍生产物和脱硫产物如硬石膏等等。这些产物中含有大量的SiO₂和Al₂O₃。波兰克拉科夫理工大学的研究人员通过碱转化法将CFB粉煤灰转化为沸石材料。CFB粉煤灰合成沸石材料最关键的因素之一就是粉煤灰的化学组成，尤其是氧化硅和氧化铝的含量比^[5]。菲律宾迪利曼大学学者将循环流化床粉煤灰作为热固性复合材料的填料，采用有限元法和回归分析方法，建立了CFB粉煤灰热固性复合材料吸水性能的预测模型。该模型可为CFB粉煤灰热固性复合材料的吸水特性提供一种更经济、更省时的表征方法^[6]。国外已有研究表明，CFB灰渣可以用在建筑材料中。在德国，学者研究了用以白云石和石灰石作为固硫剂产生的CFB灰渣来生产建筑材料的可行性，包括用超细CFB粉煤灰制备道路施工用的各种砂浆、混凝土和沥青混凝土填料等^[7]。M.A. Glinick研究了采用CFB灰渣制备引气混凝土，当CFB灰渣掺入量大于40％时，水泥浆体中的氢氧化钙含量几乎为0，这不利于火山灰反应，使得混凝土强度不能满足要求^[8]。

干粉砂浆在国外起步比较早，应用比较广泛。芬兰、奥地利、德国是最早一批开始生产干粉砂浆的，到上世纪60年代，欧洲各国政府就开始出台政策大力推行干粉砂浆的应用，干粉砂浆可以改善砂浆和混凝土的性能。德国是干粉砂浆利用情况最好的国家，美国和日本的干粉砂浆产量居世界前列^[9]。国外的干粉砂浆研究有成套的体系，从生产设备到品种再到应用。国外对于干粉砂浆生产设备也在不断改良。伦斯勒理工学院研制了一种适用于砂和胶凝材料干预混合的二代新型喷动流化床混合机，达到了通过高剪切旋转获得的混合效果。它可以提供胶凝材料和砂更加均匀的颗粒分布，提高了颗粒堆积密度，水泥砂浆的成分更均匀。利用这项技术，可以在砂胶比高达3.2的情况下生产出抗压强度合格的干粉砂浆，干燥收缩率和流动性都能获得改善^[10]。J.L.Plawsky研制了用于生产干粉砂浆的喷动流化床装置。尽管在高砂含量下，水泥仍然可以在砂中分散均匀，生产出具有较低水泥含量的可商业投产的砂浆，这种砂浆具有更好的机械和物理性能。砂浆的其他性能也受到积极影响，包括收缩率的降低和工作性的提高^[11]。

1.3国内CFB灰渣干粉砂浆的研究和应用现状

循环流化床的燃烧温度是850℃~900℃，大部分矿物还没有形成玻璃体，火山灰效应较差，所以CFB灰渣的应用较少^[12]。针对CFB灰渣，有部分研究应用于水泥生产原料或者作为混凝土掺合料，也有利用CFB灰渣的水化膨胀特性制备膨胀剂，用于制备陶粒等等。目前最主要的处理方法还是用在回填，利用灰渣中的碱性物质，改良酸性土壤。总的来说，国内对CFB灰渣大量使用的应用研究还不够深入。

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