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干排粉煤灰在水泥生产中的应用
渭河发电厂 任思谦
渭河电厂位于咸阳市渭城区正阳镇，距西安、咸阳市均为20km，现装机容量130万KW，年排灰量100余万t，其中4台30万KW机组，均使用了静电除尘器，灰可自动分级，并配套安装有负压气力干除灰系统及总储灰量为3200t的4座原灰储存库，不但可排湿灰，若对设备稍加改进，就可连续、稳定地提供干排灰，原灰的品质经用户在不同领域的应用，誉为优质粉煤灰。
渭河电厂因其地理位置优越，粉煤灰质量优良可靠，数量巨大，无疑现在和将来均是邻近众多水泥厂、水泥粉磨站水泥生产中混合材的最佳原料。通过实际应用，并定期跟踪试验、检测，一年多来的实验证明，渭河电厂干排粉煤灰在水泥生产中替代其它混合材的应用从生产技术上是可行的，取得了良好的经济效益和社会效益。
1 干排粉煤灰的理化性能与混合材的化学分析
1．1混合材的化学分析(见表1)
表 1
混合材化学分析
| 化学成分 |
NNN |
SiO2 |
Fe2O3 |
AI2O3 |
CaO |
SO3 |
MgO |
备注 |
渭电
干排灰 |
3.65 |
49.02 |
6.97 |
31.56 |
4.88 |
1.2 |
0.83 |
1999.5.6
化验结果 |
耀县水泥
厂煤矸石 |
4.86 |
43.11 |
5.77 |
26.34 |
10.14 |
8.1 |
1.68 |
1999.5.14
化验结果 |
泾阳县水
泥厂青砖 |
0.73 |
64.56 |
6.57 |
13.59 |
10.04 |
|
2.37 |
1999.5.16
化验结果 |
谓电干排粉煤灰与煤矸石比较，有利于水泥生产的有效成分 SiO2、Fe2O3、AI2O3 均不同程序地高于煤矸石和青砖，而不利于水泥生产的有害成分，如含碳量、CaO、SO3、MgO均远低于煤矸石，特别是SO3低6.9%，其中碳是惰性的疏松多孔结构，会增水泥的需水量，降低制品的强度和耐久性；SO3的含量过高也会影响水泥生产的质量。如超过规定，会使水泥的安定性不合格，对混凝土中的钢筋具有一定的腐蚀作用。因此，渭河电厂干排粉煤灰的质量远远优于煤矸石和青砖，并且曲于电厂煤种稳定，煤粉制造过程及燃烧过程自动化程序高，工艺参数控制严格，化学成分相对稳定，对水泥生产十分有益。
1．2物理性能
渭河电厂干排粉煤灰在细度为32%(0.045mm筛)，需水量比101%，28d抗压强度比大于100%，说明其活性高，需水量比小，强度高，后期仍可增长。出厂温度60-80OC，含水量为0，堆积密度0.5-0.64t/m3，密实密度0.9t/m3，与国际GBl596--91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》相比较，作为用于水泥生产中的活性混合材，远远超过其标准规定的1级粉煤灰的规定，比煤矸石和青砖优越。
1．3颗粒级配和形貌
在煤煤灰的矿物组成中，玻璃微珠含量较高，球形颗粒多，级配均匀，不仅活性高，性能好，而且在水泥生产中与其它混合材比较，在化学、物理性能、颗粒级配和形貌等方面远远优于煤矸石和其它混合材，是—种优良的水泥生产原料(见表2)
表2
渭河电厂干排粉煤灰颗粒级配分布
|
粒径分布(pm) |
| |
0-10 |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
50-60 |
60-70 |
| 分计% |
56.21 |
20.21 |
8.09 |
9.15 |
3.20 |
1.85 |
1.29 |
| 累计 |
56.21 |
76.42 |
84.51 |
93.66 |
96.86 |
98.71 |
100 |
2 水泥厂应用干排粉煤灰的途径及方式
粉煤灰在水泥中的应用，因它是—种烧粘土质人工火山灰材料，既可替代部分粘土作为烧制水泥的原料，又可作为水泥的混合材，同时还可以生产特种水泥，如粉煤灰水泥、大坝水泥等。本文仅对粉煤灰作为水泥混合材和生产特种水泥问题进行具体分析论述。
3 作为水泥混合材的应用
利用干排粉煤灰作为水泥生产的混合材，生产普通硅酸盐水泥(掺入量≤15%)，现就磨前加入进行具体介绍。
3．1加入方法
常用方法是：在磨机前架设粉煤灰库，库容大小应根据运距的远近，掺入量的高低以保证连续不间断生产而确定，见图1。
图1 粉煤灰磨前加入的工艺示意图
表3
耀县水泥厂西安特种水泥分广泾阳县水泥厂
原材料的检测结果
| 原料名称 |
耀县5号窑熟料 |
河南渑池熟料 |
泾阳水泥厂熟料 |
煤矸石 |
青砖 |
| 烧失量 |
0.50 |
0.16 |
|
4.86 |
|
| SiO2 |
21.9 |
21.34 |
20.9 |
43.11 |
64.56 |
| Fe2O3 |
3.5 |
3.23 |
4.35 |
5.77 |
6.57 |
| AI2O3 |
5.10 |
5.35 |
5.7 |
26.34 |
13.59 |
| CaO |
65.40 |
63.15 |
64.87 |
10.14 |
10.04 |
| MgO |
1.70 |
3.45 |
1.43 |
1.68 |
2.37 |
| SO3 |
0.91 |
1.33 |
0.69 |
8.49 |
|
| FCaO |
1.31 |
0.78 |
|
|
|
| Σ |
99.03 |
98.01 |
|
|
|
| KH |
0.899 |
0.875 |
0.97 |
|
|
| KH（一） |
0.878 |
0.862 |
0.898 |
|
|
| N |
2.55 |
2.49 |
2.08 |
|
|
| P |
1.45 |
1.66 |
1.33 |
|
|
在加入时有两点必须作到：第一，能及时准确的调整加入量；第二，应有准确的计量装置和手段，这是粉煤灰作为混合材掺入的关键，只有这样，才能确保水泥的质量。
3.2加入量
粉煤灰作为混合材在水泥中的应用，可以取代其它混合材单独加入，也可部分替代其它混合材共同加入，具体加入的数量，应根据自身熟料、石膏的品质、设备的配备水平等多种因素，因地制宜，通过小磨试验具体确定，但不可超越国标规定
。
3.3生产试验结果分析
—年多来，我们对耀县水泥厂、西安特种水泥分厂和泾阳县水泥厂从磨前用渭河电厂干排的粉煤灰全部替代其它混合材与全部掺入煤矸石、青砖生产水泥进行了多次分析试验，检验结果比较如表3—表5。
表 4
耀县水泥厂西安特种水泥分厂检测结果比较
| 时间 |
试验名称 |
物料配比 |
细度
（%） |
比面积（kg/m3） |
凝结时间（h:m） |
标准稠度（114g水）（%） |
强度（MPa） |
| 3d |
28d |
| 抗折 |
抗压 |
抗折 |
抗压 |
| 1984.4.18-5.17 |
实际生产 |
耀县5号窑熟料85%煤矸石15%
西乡石膏5% |
6.4 |
362 |
2：20
3：35 |
26.6 |
6.1 |
32.5 |
8.6 |
55.9 |
| 1999.2.1-5.30 |
实际生产 |
耀县5号窑熟料85%渭电干排灰15%
西乡石膏5% |
4.6 |
390 |
2：55
4：10 |
29.2 |
6.8 |
36.9 |
9.2 |
59.7 |
| 1998.11.1-12.3 |
实际生产 |
河南渑池熟料89%粉煤灰8%
西乡石膏3% |
4.8 |
366 |
2：55
4：05 |
26.7 |
5.8 |
33.3 |
8.9 |
57.9 |
| 1998.11.8 |
小磨试验 |
河南渑池熟料89%煤矸石8%
西乡石膏3% |
5.0 |
368 |
3：35 |
26.4 |
5.7 |
32.9 |
8.7 |
56.9 |
表 5
泾阳县水泥检测结果比较
| 时间 |
试验名称 |
物料配比 |
细度
（%） |
比面积
（kg/m3） |
凝结时间（h:m） |
标准稠度（114g水）（%） |
强度（MPa） |
| 3d |
28d |
| 抗折 |
抗压 |
抗折 |
抗压 |
| 1999.1.1-3.31 |
实际生产 |
泾阳水泥熟料85%渭电干排灰15%
甘肃石膏4% |
2.6 |
375 |
2：13
2：55 |
29.0 |
7.0 |
40.2 |
9.3 |
59.0 |
| 1999.4.1-99.5.31 |
实际生产 |
泾阳水泥熟料85%渭电干排灰8%
甘肃石膏4%
青砖7% |
3.0 |
368 |
1：55
2：35 |
27.9 |
6.8 |
39.1 |
8.7 |
57.8 |
| 1999.5.16 |
小磨试验 |
泾阳水泥熟料85%青砖15%
甘肃石膏4% |
3.0 |
362 |
1：40
2：24 |
26.8 |
6.7 |
37.2 |
8.4 |
54.0 |
| 1999.5.16 |
小磨试验 |
泾阳水泥熟料96%
甘肃石膏4% |
4.4 |
360 |
1：40
2：19 |
29.1 |
7.1 |
40.1 |
9.0 |
59.2 |
从以上的检验结果可以发现，掺15%渭电干排粉煤灰的水泥与掺15%煤矸石或掺15%青砖的水泥比较，初凝时间均合乎标准，但掺粉煤灰的水泥凝结时间更趋合理，特别适应于商品混疑土和机械化施工的混凝土，在相同用水量的情况下，标准稠度有所增加，这说明水泥的需水量变小；3d抗压强度和抗折强度不同程度地均有所提高，28d抗压强度提高了7%—10%，28d抗折强度也有所提高。这些数据证明，全掺入粉煤灰的普通水泥后期强度增进率，明显高于全掺煤矸石和青砖的普通水泥。掺8%的粉煤灰或与其它辅材混合掺入生产的水泥，无论是凝结时间、标准稠度、3d和28d强度，稍逊于掺15%粉煤灰的水泥，但都优于全掺煤矸石或青砖水泥的各项指标。由此可见，水泥生产中的混合材全部用渭河电厂干排粉煤灰替代或部分替代，水泥的各项指标均达到或超过了标准要求。
3．4经济性分析
(1)原材料价格比较
渭河电厂附近水泥厂的混合材一般都掺煤矸石、砖块、高炉矿渣。根据距离的远近不同，这些材料的进厂价一般在40—70元/t之间，电厂一般也是按这个价格供应干排粉煤灰。因此，粉煤灰与其它混合材进厂价持平。
(2)生产过程中的经济效益分析
由于干排粉煤灰入磨时细度很细，容易磨得更细，而且含水率为零，并含有一定量的碳质，能消除微粉粘附衬板和球锻表面的现象，同时减少了水泥颗粒相互凝聚的作用，即减少了设备磨损，又有助磨作用，这一点可以从磨内实际观察及出磨水泥流动性好得到证明。首先掺粉煤灰的普通水泥细度筛余物中无片状物，而掺有其它混合材的水泥其细度筛余物中含有大量片状物。这种片状物手搓即成粉末，虽然水泥的比表面积很高，但细度检测结果却偏高，即呈假粗现象，使磨机产量下降。其次，粉煤灰密度小，在磨内流速快，可使磨机产量提高；再则，因干排粉煤灰很细，与其它混合材比较，人工费用减少，不用破碎、提升，电耗下
降，经过—年多来对泾阳水泥厂、西安特种水泥分厂、西安海原粉磨站跟踪统计分析，三个厂家生产成本平均下降情况如下：
①由于干排粉煤灰的流动性和助磨性好，水泥磨台时产量提高10%，导致单位水泥电耗下降，仅以2.2mX7.5m磨机为例，单产为10t/h，电牦为380KW/h，产量提高10%，电耗下降380/10-380/11=3.5度/t，节约成本3.5度/tX0.5元/度=1.75元/t。
②球锻耗降低0.15kg/t，每吨按4000元计算，节约成本0.15X4元/kg=0.6元/t。
③衬板寿命延长1a，可节约成本0.1元/t。
④与煤矸石等其它混合材相比，可节约倒运及装卸费2元/t。
⑤节约破碎、输送、提升费用。
⑥节约球磨费用。
从以上可以看出，即使干排粉煤灰与其它混合材进厂价持平，在水泥生产过程中掺加15%干排粉煤灰与掺加等量煤矸石等其它混合材相比，可降低生产成本8.65元/t。—个年产10万t的水泥厂即可降低成本86.5万元/a。若耀县水泥厂年产160万t水泥，可降低成本1400万元/a。若再计算因产量相对提高，成本中固定费用相对下降因素，则效益更为可观。
(3)相关经济性分析
随着经济的不断发展，散装水泥的销售量会越来越大，而散装水泥的最大销售地是大、中城市。渭河电厂紧依西安、咸阳两大城市，距离近，交通方便，水泥厂家给西安、咸阳送水泥时，可就近用空罐车捎运渭河厂的干排粉煤灰，这样不但解决了混合材的使用问题，而且降低了拉运水泥和混合材的成本，使罐车得到了充分的利用，提高了综合经济效益。例如：陕西耀县水泥厂，每天平均向西安咸阳运送散装水泥500t，若捎运渭河电厂的干排灰，则可节约运输成本或降低混合材价格20元/t，若年运送水泥15万t，仅这—项可节约费用300万元。其它水泥厂家若也捎运渭河电厂干排粉煤灰，同样可以节约大量的费用，潜力是巨大的，经济效益是明显的。
4 其它
4．1增添必要的建设与设备
各水泥生产厂在使用干排粉煤灰时，根据自身的实际情况，加装贮灰库和计量、调节调备，以便根据水泥生产标号的不同和熟料等原材料品质的不同，准确及时地调整掺加量，这是确保水泥质量的关键。
4．2发展水泥散装事业
应用干排粉煤灰作为水泥混合材与推广散装水泥相结合。散装水泥推广缓慢，其中原因之一，就是散装水泥的运输费用远高于袋装水泥，若各级散装水泥主管部门能将各水泥厂应用干排粉煤灰给予重视和政策上的支持，它必将对散装水泥的推广会起到一定的推动作用。
4．3积极开发粉煤灰混合材
水泥生产厂掺加干排粉煤灰，只是替代其它混合材，只要掺加量不超过15%，生产出的水泥还是普通硅酸盐水泥，其品质不会发生变化，因此，不会影响在混凝土中继续掺加I、Ⅱ级粉煤灰。
5 结语
渭河电厂干排粉煤灰替代煤矸石等其它辅材在水泥生产中作为混合材掺入，通过实践证明，在生产技术上是可行的，水泥质量和数量得到一定程度地提高，生产消耗降低，消除了环境污染，具有明显的经济效益和显著的社会效益。 |
