CN109180038B - 用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法，包括以下步骤：A、将粉状煤炭送入燃煤锅炉中在900℃以上进行燃烧；B、喷淋冷却燃烧后煤灰；C、煤灰浆干燥至恒重；D、干燥后煤灰与粉状炉渣按一定比例进行混合。本发明还公开了一种用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置，包括通过工艺管道依次连接的燃煤锅炉，轮盘供料器，喷淋塔，干燥装置，混料装置，成品仓。本发明的优点是：1)提供了一种特别适合于混凝土掺混的粉煤灰的生产方法，其掺混性质和外观颜色均远优于传统用于混凝土掺混的燃煤副产物粉煤灰；2)本发明提供的设备整体结构简单，易于在产业上制造和推广，同时耐用性强，不易因高温损坏。

Description

用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法及装置
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰的生产方法，尤其是一种专用于混凝土掺混的粉煤灰的生产方法。
背景技术
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤锅炉排出的主要固体废物。其主要成分包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着工业的发展，燃煤锅炉的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰如不加处理，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。
粉煤灰的最佳处理方式即是资源化利用，如目前产业上常常将粉煤灰作为混凝土的掺混料。研究表明，在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料，不仅能降低成本，而且能够提高混凝土的和易性，提高不透水性、气性，抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能，降低水化热，改善混凝土的耐高温性能，减轻颗粒分离和析水现象，减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土中钢筋的腐蚀。
发明内容
为提供一种更适于作为混凝土掺混料的粉煤灰产品，本发明提供了一种用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法。
本发明所采用的技术方案是：用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法，包括以下步骤：
A、将粉状煤炭送入燃煤锅炉中进行燃烧，燃烧温度在900℃以上，充分燃烧后得到燃烧后煤灰和煤渣；
B、利用冷却水喷淋产生的水幕冷却燃烧后煤灰，得到煤灰浆；
C、对煤灰浆进行干燥至恒重，得到干燥后煤灰；
D、将干燥后煤灰与粉状炉渣按一定比例进行混合，即得所述用于混凝土掺混料的粉煤灰。
发明人提出，长久以来，粉煤灰都作为一种副废资源回收利用于混凝土的掺混。然而随着社会的发展，工业上对混凝土的品质在不断提出新的要求，利用现成的副废粉煤灰掺混凝土已经难以满足现代工业发展的需求，发明人认为很有必要改变目前对粉煤灰为副废资源的固有认识，将粉煤灰作为一种产品进行研究和生产，以使其性质更加适应于高端混凝土或新型混凝土掺混的需要。
为此，申请人研发了本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产方法，该方法的最大特点是将粉煤灰作为一种产品对待，通过改变粉煤灰的产生方式来改变其性质。例如，目前用于混凝土掺混的粉煤灰均是从各大燃煤发电厂或锅炉厂等煤燃烧行业收集的副产品，而燃煤企业为了控制煤燃烧所排放的烟气中的氮、硫化合物的含量，降低能耗和设备的负荷，均需要在工艺允许的前提下尽量降低燃烧温度，大多数企业将煤燃烧温度控制在800℃以下。发明人进行的实验中观察到，在燃烧温度低于800℃时，煤粉充分燃烧后得到的粉煤灰为暗红色，而燃烧温度在800℃～900℃之间得到的粉煤灰通常为红褐色，颜色具有细微差别。由这一现象，发明人进行了更进一步的实验，发现粉煤灰的颜色会随燃烧温度的变化而发生细微变化，通过不断增加燃烧温度，例如当燃烧温度高于900℃时，粉煤灰颜色为褐色至灰褐色，当高于1050℃时，颜色为深灰褐色或黑褐色。更重要的是，发明人还发现粉煤灰的性质也会随着燃烧温度的升高而发生改变，主要体现在随煤燃烧温度的上升粉煤灰细度减小，需水量比降低，烧失量降低，活性指数提高，该变化在800～1100℃区间内变化较为显著。
因此发明人提出通过提升煤粉燃烧温度来改善粉煤灰的性质，实验表明较优的方案是将煤粉燃烧温度控制在1050℃以上，考虑到当前主流设备及管道的负荷问题最好将煤粉燃烧温度控制在1050～1100℃。
此外发明人还发现，通过超高温燃烧产生的粉煤灰的冷却方式的不同也会对粉煤灰的颜色及性能产生影响，以燃烧温度为1050℃产生的粉煤灰为例，如果通过自然冷却，其冷却后为灰褐色；而通过冷却水快速降温后再进行干燥的粉煤灰为黑褐色，且需水量比要低于自然冷却的相同粉煤灰。
最终，再以一定比例加入粉状炉渣混合均匀即得到本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰。其中所述粉状炉渣是由炉渣磨成细粉后所得，炉渣又称熔渣，系火法冶金过程中生成的浮在金属等液态物质表面的熔体，其组成以氧化物(二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁)为主，还常含有硫化物并夹带少量金属。实验证明炉渣与粉煤灰的掺混能使混凝土脱模快、早期后期强度高，改善混凝土的抗渗性、抗冻性、增加塌落度。
需要注意的是，在上述方案中，需要对从燃煤锅炉中出来的燃烧后煤灰及时降温，以避免燃烧后煤灰自然冷却，因此最好是步骤B中冷却水水幕刚接触燃烧后煤灰的时刻，燃烧后煤灰的表面温度低于步骤A的燃烧温度不超过150℃，以做到降温及时性。
同时在水幕发生装置中，应根据燃烧后煤灰的进料量和初始温度来调节水幕的喷淋量和冷却水温度，以做到快速降温。实验表明步骤B中冷却水水幕刚接触燃烧后煤灰的时刻至燃烧后煤灰表面温度降低至80℃所经历的时间不超过35s，以此降温速率标准来控制冷却水的喷淋量和温度可确保粉煤灰性质不受影响。
实验表明，粉状炉渣的掺混比例对混凝土的脱模、早期后期强度，抗渗性、抗冻性、塌落度有重要影响，发明人经实验确定，适宜将粉状炉渣与干燥后煤灰的质量比控制在1:1.15～1.30。
本发明还公开了一种用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置，包括依次连接的燃煤锅炉，轮盘供料器，喷淋塔，干燥装置，混料装置，成品仓；所述喷淋塔设置有烟气管道。
其中轮盘供料器的主要作用之一是对从燃煤锅炉出风口喷射出的超高温燃烧后煤灰进行缓冲，防止煤灰直接冲入后续设备，导致设备损坏；另一方面，通过轮盘供料器进行收集缓存后再进行逐步出料，可实现向喷淋装置连续缓慢供料，便于煤灰的均匀喷淋冷却。
为了实现上述功能，轮盘供料器的结构可以是：所述轮盘供料器包括供料腔室和设置在供料腔室中的可转动的轮盘；所述轮盘包括竖直转动轴和可随竖直转动轴转动的盘体，竖直转动轴上竖直固定有若干隔板，隔板一端与竖直转动轴固定连接，另一端延伸至盘体边缘，使得供料腔室的内部空间被盘体和隔板分割成若干个缓存槽；所述供料腔室上设置有煤灰进口和煤灰出口。
工作时，来自燃煤锅炉的燃烧后煤灰从出风口喷入供料腔室中，随即被隔板阻挡，进入相应的缓存槽中并随轮盘一起转动至供料腔室上的煤灰出口位置，并从煤灰出口离开轮盘供料器进入喷淋塔中，从而实现上述功能。
为实现均匀供料，应尽量减少单个缓存槽的空间，因此隔板的数量可以尽量多一些，最好不少于6个隔板。同时为防止超高温的煤灰损坏轮盘，轮盘应采用耐高温材质，如可使用锰作为轮盘材质。
另一方面，由于本发明的方案煤粉燃烧温度很高，因此烟气中氮硫化合物含量也会相应上升，可在喷淋塔上设置烟气排放管道，并烟气排放的路径设置相应的处理设备，如静电除尘器，脱硫脱酸装置等对烟气进行处理。
由于来自燃煤锅炉出风口的燃烧后煤灰具有很大的动力，在一定条件下能够推动轮盘的转动，因此技术人员可以根据实际情况设置或不设置，使用或不使用轮盘驱动转动装置。
本发明的有益效果是：1)本发明提供了一种特别适合于混凝土掺混的粉煤灰的生产方法，其掺混性质和外观颜色均远优于传统用于混凝土掺混的燃煤副产物粉煤灰；2)本发明提供的设备整体结构简单，易于在产业上制造和推广，同时耐用性强，不易因高温损坏；3)从目前的产业现状来看，燃煤化工企业，尤其是中小企业，由于自身缺乏核心技术，其副产粉煤灰的质量和实际使用效果都低于大型电站副产粉煤灰的平均水平，导致这类企业的燃煤副产物难以销售，这无疑对这类型企业的生存形成巨大压力，也不利于行业的可持续性发展；本发明为该类企业生产或副产高品质粉煤灰提供了技术参考，将在很大程度上解决燃煤化工企业副产粉煤灰难以利用的行业问题。4)目前中小型燃煤化工企业产生的粉煤灰几乎100％无法得到利用，部分不法企业将少部分粉煤灰与二级粉煤灰掺混后销售，也是迫于生存的无奈之举，另外90％的粉煤灰都只能堆放，无法处理，不仅占用大量土地还产生严重的扬尘，对环境造成严重的危害；本发明的公开能够帮助企业解决副产粉煤灰的处理问题，解决环境污染问题，同时也解决了水泥市场优质粉煤灰短缺的经济问题，实现固体废弃物的综合利用，具有现实且显著的环保和经济意义。
附图说明
图1是本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置的结构示意图。
图2是轮盘供料器结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图中标记为：1-燃煤锅炉，2-轮盘供料器，201-供料腔室，202-轮盘，2021-竖直转动轴，2022-盘体，2023-隔板，3-喷淋塔，301-烟气管道，302-静电除尘器，4-干燥装置，5-混料装置，6-成品仓，7-雷蒙磨。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置，包括通过工艺管道依次连接的燃煤锅炉1，轮盘供料器2，喷淋塔3，干燥装置4，混料装置5，成品仓6；所述喷淋塔3设置有烟气管道301；所述轮盘供料器2包括供料腔室201和设置在供料腔室201中的可转动的材质为锰的轮盘202；所述轮盘202包括竖直转动轴2021和可随竖直转动轴2021转动的盘体2022，竖直转动轴2021上竖直固定有6张隔板2023，隔板2023一端与竖直转动轴2021固定连接，另一端延伸至盘体2022边缘，使得供料腔室201的内部空间被盘体2022和隔板2023分割成6个缓存槽；所述供料腔室201上设置有煤灰进口和煤灰出口。
实施例一：
使用上述装置按照如下步骤进行用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产：
1、将细度为4％(R90)的粉状煤炭送入燃煤锅炉中进行燃烧，燃烧温度为900℃，充分燃烧后得到燃烧后煤灰和煤渣；
2、燃烧后煤灰由出风口喷入轮盘供料器2的供料腔室中201，随即被隔板2023阻挡，进入相应的缓存槽中并通过风力推动轮盘202一起转动至供料腔室201上的煤灰出口位置，在抽风机的作用下，缓存槽中的煤灰逐渐从煤灰出口离开轮盘供料器2不断进入喷淋塔3中。在煤灰出口处测得燃烧后煤灰的温度为790℃。
3、喷淋塔3中设置有若干雾化喷嘴，温度为20℃的冷却水通过雾化喷嘴喷出后形成水幕与进入的高温煤灰接触以对煤灰进行快速降温。控制冷却水的喷淋流量使煤灰在接触水幕后的第26s表面温度即降低到80℃。被水幕捕收的煤灰浆料被收集到喷淋塔3底部，未被捕捉的烟气则进入烟气管道301。烟气管道301上设置有静电除尘器302和脱硫脱酸装置，烟气经处理达标后方可进行排放。
4、收集在喷淋塔3底部的煤灰浆料被泵抽出后送至干燥装置4进行干燥，干燥至恒重后送往混料装置5中。同时炉渣经雷蒙磨7磨细后形成粉状炉渣送入混料装置5中与干燥后煤灰充分混合，粉状炉渣与干燥后煤灰的质量比为1:1.15。混合均匀后即得到本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰，送往成品仓6进行储存。
5、对成品粉煤灰进行检测，检测结果见表1。
实施例二：
使用上述装置按照如下步骤进行用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产：
1、将细度为4％(R90)的粉状煤炭送入燃煤锅炉1中进行燃烧，燃烧温度为1050℃，充分燃烧后得到燃烧后煤灰和煤渣；
2、燃烧后煤灰由出风口喷入轮盘供料器2的供料腔室中201，随即被隔板2023阻挡，进入相应的缓存槽中并通过风力推动轮盘202一起转动至供料腔室201上的煤灰出口位置，在抽风机的作用下，缓存槽中的煤灰逐渐从煤灰出口离开轮盘供料器2不断进入喷淋塔3中。在煤灰出口处测得燃烧后煤灰的温度为914℃。
3、喷淋塔3中设置有若干雾化喷嘴，温度为20℃的冷却水通过雾化喷嘴喷出后形成水幕与进入的高温煤灰接触以对煤灰进行快速降温。控制冷却水的喷淋流量使煤灰在接触水幕后的第24s表面温度即降低到80℃。被水幕捕收的煤灰浆料被收集到喷淋塔3底部，未被捕捉的烟气则进入烟气管道301。烟气管道301上设置有静电除尘器302和脱硫脱酸装置，烟气经处理达标后方可进行排放。
4、收集在喷淋塔3底部的煤灰浆料被泵抽出后送至干燥装置4进行干燥，干燥至恒重后送往混料装置5中。同时炉渣经雷蒙磨7磨细后形成粉状炉渣送入混料装置5中与干燥后煤灰充分混合，粉状炉渣与干燥后煤灰的质量比为1:1.22。混合均匀后即得到本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰，送往成品仓7进行储存。
5、对成品粉煤灰进行检测，检测结果见表1。
实施例三：
使用上述装置按照如下步骤进行用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产：
1、将细度为4％(R90)的粉状煤炭送入燃煤锅炉1中进行燃烧，燃烧温度为1100℃，充分燃烧后得到燃烧后煤灰和煤渣；
2、燃烧后煤灰由出风口喷入轮盘供料器2的供料腔室中201，随即被隔板2023阻挡，进入相应的缓存槽中并通过风力推动轮盘202一起转动至供料腔室201上的煤灰出口位置，在抽风机的作用下，缓存槽中的煤灰逐渐从煤灰出口离开轮盘供料器2不断进入喷淋塔3中。在煤灰出口处测得燃烧后煤灰的温度为954℃。
3、喷淋塔3中设置有若干雾化喷嘴，温度为20℃的冷却水通过雾化喷嘴喷出后形成水幕与进入的高温煤灰接触以对煤灰进行快速降温。控制冷却水的喷淋流量使煤灰在接触水幕后的第17s表面温度即降低到80℃。被水幕捕收的煤灰浆料被收集到喷淋塔3底部，未被捕捉的烟气则进入烟气管道301。烟气管道301上设置有静电除尘器302和脱硫脱酸装置，烟气经处理达标后方可进行排放。
4、收集在喷淋塔3底部的煤灰浆料被泵抽出后送至干燥装置4进行干燥，干燥至恒重后送往混料装置5中。同时炉渣经雷蒙磨7磨细后形成粉状炉渣送入混料装置5中与干燥后煤灰充分混合，粉状炉渣与干燥后煤灰的质量比为1:1.30。混合均匀后即得到本发明的用于混凝土掺混料的粉煤灰，送往成品仓6进行储存。
5、对成品粉煤灰进行检测，检测结果见表1。
表1：用于混凝土掺混料的粉煤灰检测报告表
Figure GDA0001877037480000061

Claims (2)

1.用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置，包括依次连接的燃煤锅炉(1)，轮盘供料器(2)，喷淋塔(3)，干燥装置(4)，混料装置(5)，成品仓(6)；所述喷淋塔(3)设置有烟气管道(301)，以及设置在烟气管道(301)上的静电除尘器(302)；所述轮盘供料器(2)包括供料腔室(201)和设置在供料腔室(201)中的可转动的轮盘(202)，以及用于驱动所述轮盘(202)转动的轮盘驱动转动装置；所述轮盘(202)包括竖直转动轴(2021)和可随竖直转动轴(2021)转动的盘体(2022)，竖直转动轴(2021)上竖直固定有若干隔板(2023)，隔板(2023)一端与竖直转动轴(2021)固定连接，另一端延伸至盘体(2022)边缘，使得供料腔室(201)的内部空间被盘体(2022)和隔板(2023)分割成若干个缓存槽；所述供料腔室上(201)设置有煤灰进口和煤灰出口。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土掺混料的粉煤灰的生产装置，其特征在于：所述轮盘(202)的材质为锰。
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