CN1294181A - 煤净化燃烧及伴生物的应用和产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤净化燃烧产生伴生物及伴生物的应用方法,具体涉及在煤粉中加入一定的掺粉物质和煤混磨后形成“亲合颗粒”,喷入煤粉炉及旋风炉中“亲合煅烧”,同时生产蒸气和高附加值的可调节的水硬性粉煤灰以及对粉煤灰的再次利用的方法及产品。由于本发明方法的应用,降低了粉煤灰中的含碳量及煤粉锅炉烟气中的SO2、NO2、CO、CO2的排放量,减少了大气污染;消除了高钙粉煤中的有害物质游离氧化钙,使原来的废物粉煤灰和灰渣全部变成了高附加值的产品原料,从而使燃烧的伴生物全部得到利用,既对环境保护起到了巨大的积极作用,又能创造可观的经济效益。

Description

煤净化燃烧及伴生物的应用和产品
本发明涉及煤净化燃烧产生伴生物及伴生物的应用方法，具体涉及在煤粉中加入一定的掺粉物质和煤混磨后形成“亲合颗粒”，喷入煤粉炉及旋风炉中“亲合煅烧”，同时生产蒸气和高附加值的可调节的水硬性粉煤灰以及对粉煤灰的再次利用的方法及产品。
随着能源工业的发展，我国的粉煤灰的排放量已达到3亿吨／年以上，在2000年，有可能达到1．5亿吨／年。粉煤灰的排放占用了大量的土地，也成了环境保护的大障碍。长期以来，为了对粉煤灰进行综合治理和再利用，各国都在探索各种解决途径。近年来，美国、英国、法国和挪威等国在粉煤灰的再利用方面已经取得进展，其中比较先进的一种方法是将粉煤灰作为混凝土的一种基料，制成粉煤灰混凝土，但这种方法的缺陷是：由于粉煤灰中存在着大量的残碳，故而影响了水泥制品的质量和性能，同时，由于含碳量高的粉煤灰在其表面易形成一层憎水膜，阻碍活性物质的水化反应，会对水泥制品的凝聚集结起着离散破坏作用。对粉煤灰含碳量高的原因进行分析，其主要因素便是由于煤的燃烧不充分。由于煤的燃烧不充分，不仅会造成大气的污染，而会还不能充分的利用燃烧后产生的粉煤灰，因此，要充分利用粉煤灰，改变增势迅猛的粉煤灰对环境保护造成极大不良后果的现状，首先要降低粉煤灰中的含碳量。随着环境保护对人类生存社会的影响越来越大，还有必要考虑使煤净化燃烧，达到脱硫、降低氮氧化物和减少二氧化碳和一氧化碳的排放量的目的。
在本发明的已有技术中，已揭示了具有胶凝性的粉煤灰的生产和利用的方法，揭示了高含钙粉煤灰的诸多优点，但是现实情况是，我们所使用的烟煤和无烟煤的含钙量都很低，例如低于10％，这种低含钙量限制了煤在燃烧后产生的粉煤灰的胶凝性(凝结性)。已有技术并没有解决在使用烟煤和无烟煤时，如何使粉煤灰能提高含钙量，从而提高其胶凝性的程度并且对这种粉煤灰的再次利用的问题。发明人还注意到，在已有技术中，已开始涉及粉煤灰的利用手段，也涉及到煤在燃烧中的脱硫问题，但是已有技术中对原煤的脱硫率尚很低，也没有揭示粉煤灰再次利用的具体手段和方法，因此，煤在燃烧中由于排放的有害物质对大气环境造成的后果仍然不能完全克服，对粉煤灰的再次利用仍然不能实现。显然，如果有一种经济、适当的方法能够提高粉煤灰中的含钙量，降低未反应的二氧化硅的含量以提升粉煤灰的经济价值并对粉煤灰进行再次全部利用，将会对环境保护乃至人类的生存状态产生巨大的积极作用。
本发明的主要目的，是降低煤粉在燃烧后产生的粉煤灰和灰渣中的含碳量，从而使其能全部再次利用。
本发明的第二个目的是节约发电厂或热电厂在发电或供热时的能源消耗。
本发明的第三个目的是能够积极地利用劣质煤，从而使我国大量存在的劣质煤得到充分利用，缓解资源紧张。
本发明的第四个目的是提供一种煤净化燃烧后产生的伴生物的应用方法，使其用于制造和水泥和混凝土。
本发明的第五个目的是利用本发明的方法使煤在燃烧过程中能完成脱硫，并降低氮氧化物和一氧化碳、二氧化碳的排放量，从而有效的保护人类赖以生存的环境。
本发明是采用以下技术手段实现的：一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：在煤粉中添加一种由含活性二氧化硅物质、生石灰、电石渣、硅灰、富铁物质、含磷物质、电炉磷矿渣、脱硫催化剂按重量比组成的“ZLT”掺烧物，“ZLT”掺烧物与煤按一定比例混磨均化后紧密吸附形成“亲合颗粒”，此“亲合颗粒”喷入煤粉炉或旋风炉中在“气固液悬浮反应”的状态下“亲合煅烧”，使燃烧物的质量传递、热量传递、动量传递最快。
“ZLT”掺烧物的组份及重量百分比为：
含活性二氧化硅物质    1-50      生石灰     5-98
电石渣                0-80
富铁物质                0-10     含磷物质     0-10
电炉磷炉渣              0-5      脱硫催化剂   0-5“ZLT”掺烧物与煤的配比是：
煤粉   50-95    “ZLT”掺烧物   6-55
在上述方法中所述的含活性二氧化硅的物质包括：页岩矿、陶土、硅灰、粘土，脱硫催化剂包括五氧化二钒(V2O5)等物质。“ZLT”掺烧物和煤粉混磨后的“亲合颗粒”的细度为0．08毫米方孔筛，筛余量为2％-30％。“ZLT”掺烧物可与低热值劣质煤混合后在发电厂和热电厂的煤粉炉及旋风炉中“亲和煅烧”。
上述煤净化燃烧及产生伴生物的方法的工艺流程是：选料-煤与ZLT掺烧物配比-粉磨机-煤粉仓-给粉机-喷燃器-煤粉锅炉中“亲和煅烧”-伴生物(“活性粉煤灰”或“自硬性粉煤灰”或“贝利特水泥熟料”及相应炉渣)。根据此工艺流程，煤与“ZLT”掺烧物配好后的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机可以是球磨机，立式磨或其它任何形式的制粉***，使“ZLT”掺烧物与煤粉形成“亲合颗粒”状态。在上述的方法中，通过调整“ZLT”掺烧物的配方、降低反应物的粘度及“ZLT”掺烧物与煤混磨成的“亲合颗粒”的细度，可使活性粉煤灰微珠富集和细化。在上述方法中，“ZLT”掺烧物与煤的混合物进行“亲合煅烧”的炉温在800-1340℃之间便可生成富含“贝利特”的伴生物，并同时降低烟气中氮氧化物的含量。
在上述煤净化燃烧及产生伴生物的方法中，脱硫的具体方法是，在固结脱硫的基础上，在锅炉烟道与除尘器前向含尘烟气喷入水蒸气，进行第二步增湿脱硫，固结脱硫的效果可达脱硫20-70％，进一步增湿脱硫可达70-90％。
根据上述煤净化燃烧产生的伴生物产品，其特征在于：它含有下列组份，其配比范围是：
贝利特(硅酸二钙)  C2S      5-75
      (铝酸三钙)  C3A      1-40
铝亚铁酸四钙        C4AF      1-40
       烧失量(含碳量)             0-5
上述的伴生物产品它还可含有下列组分，其配比是：
铝亚铁酸钙          C2(A，F)          1-30
游离石灰            CaO               0．1-8
游离氧化镁          MgO               0-10
含碱铝酸盐如(K，Na)20．8CaO．3Al2O3(K，Na)C8A3 0-10
硫酸碱或硝酸碱如(K，Na)2SO4  (K，Na)NO3 0-10
硫酸钙和亚硫酸钙CaSO4．CaSO3            0-50
硝酸钙和亚硝酸钙Ca(NO3)2 Ca(NO2)2    0-10
磷及其它物质                                  0-10
硫铝酸钙3CaO．3Al2O3．CaSO4            0-20
煤净化燃烧产生的伴生物产品中，根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“活性粉煤灰”中C2S的含量达到0-20％。根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“自硬性粉煤灰”中，C2S的含量达到20-50％。根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“贝利特”水泥熟料中，C2S的含量达到50-75％。
上述煤净化燃烧产生的伴生物可用于制造水泥或混凝土。
在上述的应用中，煤净化燃烧产生的伴生物经过超细粉磨(1纳米-3微米)后，用于生产高技术水泥或高效混凝土。煤净化燃烧产生的伴生物可作为任何胶凝材料的增强剂，伴生物的掺入量为0．5-15％。煤净化燃烧产生的伴生物粉煤灰与硅酸盐水泥熟料混配可生产优质水泥的配比为：
水泥熟料       2-95    伴生物   2--95
潜在水硬性材料或火山灰质材料    0-50
石膏   1-7
水泥粉磨细度要求在0．08毫米方孔筛，筛余量小于12％。烧高硫煤后产生的伴生物与硅酸盐水泥熟料混配可生产优质膨胀水泥的配比为：
水泥熟料 30-95         伴生物  2--70
潜在水硬性材料或火山灰质材料 0-50
石膏    1-7
水泥粉磨细度要求在0．08毫米方孔筛，筛余量小于12％。煤净化燃烧后形成的伴生物，在不用研磨的情况下，可取代5％-95％的水泥，与砂石、水搅拌后，制成优质混凝土。将煤净化燃烧后形成的伴生物研磨后，取代5％-95％的水泥、与水泥、砂、石、水搅拌后制成优质混凝土，伴生物的比表面积应为3800平方厘米／千克-6500平方厘米／千克。在上述煤净化燃烧产生的伴生物的应用中，伴生物本身就可做为水硬性胶结材料使用。伴生物+0．1-30％的早强剂，便可制成优质高标号水泥。
本发明与已有技术相比，具有的突出优点是：
第一，在煤粉中掺入的掺烧物质与煤粉的熔融是放热的，这就使煤炭的燃烧速度更快，使锅炉的热效率得到了提高；
第二，在煤粉中掺入的掺烧物质溶融煤类使其处于液态或半液态，煤炭颗粒快速产生微孔，使氧气传递、催化、氧化效应更好。
第三，由于掺烧物质的掺入能使煤充分燃烧，大大降低了发电厂的发电和供热成本，以一台220吨／时的煤粉锅炉为例，按10％节煤率计算，每年可节煤1．9万吨，节煤率可达6％-15％，降低成本约304万元／年。
第四，能有效地利用低热值的劣质煤，而又不影响正常的发电和锅炉的正常工作，采用本发明方法燃烧低热值或掺烧低热值劣质煤，无需对锅炉作任何改造。在我国，对劣质煤的有效利用产生的巨大社会效益和经济效益是显而易见的。而一般煤粉炉要求煤的热值在5000卡／千克以上，如果燃煤热值偏低，煤粉在锅炉内就容易失火，而使发电厂的不能正常发电和供热。但恰恰有资料表料表明我国的煤炭储量中，约有20％是低于4000卡／千克以下的劣质煤，如这些煤不能被充分利用，必然会造成能源资料的浪费。我国是能源相对短缺的国家之一，所以国家一直鼓励使用这种劣质煤。
第五，由于本发明方法的应用，降低了粉煤灰中的含碳量，消除了高钙粉煤中的有害物质游离氧化钙，使原来的废物粉煤灰和灰渣全部变成了高附加值的产品原料，从而使燃烧的伴生物全部得到利用，既对环境保护起到了巨大的积极作用，又创造了可观的经济效益。
第六，由于本发明的应用能有效地降低炉温，特别是在锅炉的高氧区域的炉温降低，加上煤碳的燃尽效率便过剩空气系数减小，间接地破坏了氮氧化物的形成，有效地降低了氮氧化物的排放。
第七，由于本发明的应用，便煤碳的燃烧更加充分，也使一氧化碳的排放量减少。
第八，由于本发明的应用充分提高了煤炭的利用率，使发电或供热中排放的二氧化碳减少。
第九，由于本发明的应用，使炉内的温度分布更加均匀，便于更好地控制锅炉，减少锅炉磨损。
第十，由于本发明的应用，可以做到最大限度的脱硫(脱硫率可达90％以上)，故而会有效地保护环境；
第十一，由于本发明的应用，可以产生高性能的胶凝材料，并且掺烧的高钙物质可以通过调节其配比而达到调节各种钙含量，从而满足不同的需要(例如：火山灰-低钙；火山灰水泥-中钙、水泥-高钙)。
下面结合若干具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1是“ZLT”掺烧物的一个具体组成实例和实施效果
在本实施例中，“ZLT”掺烧物配料所选用的原材料有以下几种：
页岩：Sio2含量66％    生石灰：CaO含量92％
硅灰：Sio2含量88％    电石渣：P2O5含量在10％-15％；
铁矿粉：Fe2O3含量69％  电炉磷矿渣
原煤：发热量6230kcal／kg灰份21％
页岩选用页岩矿优质活性页岩，页岩矿由玄武岩风化分解后沉积而成，其含SiO2量可以在66％；
原煤为山西优质无烟煤，发热量6230kcal／kg，灰份21％，含水量为1％。“ZLT”掺烧物的具体配料如下表所示：
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 电炉磷矿渣
百分比 23 69.5 2 2 2 1.5
“ZLT”掺烧物与原煤配比是：“ZLT掺烧物25％，原煤75％
其工艺流程如下：
所选配料进厂后，经输送设备送至各原料的储存及配料库，配料库下设有电子配料秤，各原料按以下配合比经电子配料秤精确配料。
煤与“ZLT”掺烧物配好的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机可以是球磨机、立式磨或其它任何形式的制粉***，“ZLT”掺烧物组份与煤细粉处于充分混合吸附状态。磨好的煤粉送入A电厂#3-220t／h煤粉锅炉的煤粉仓中。
喷器喷出的煤粉在炉膛内燃烧时，炉膛温度在1000-1500℃之间。“ZLT”掺烧物与原煤在电厂锅炉的燃烧过程中，发生一系列物理、化学变化而形成各种矿物。
800-900℃
(铁酸一钙)
(铝酸一钙)
900℃以上，物料中的CaCO很快放出CO，并由于温度升高，固相反应加速，其中：
900-1000℃
(铁酸二钙)
(三铝酸五钙)
800-1300℃
(硅酸二钙)
1000-1300℃
(铁铝酸四钙)
1300-1450℃ C3A和C4AF熔化为液相，并进行以下反应：
从煤粉锅炉和电器除尘收集到的粉煤灰，经检测含碳量控制在3％以下。
本实施例进行中，锅炉正常供热、发电，运行无影响；炉膛火焰亮度明显增强，促进燃烧、稳定燃烧、提高了燃烬率；粉煤灰颜色明显变灰，比重提高30％，残碳含量由原来的8％降至1．5％；锅炉节煤总计达8．5％；锅炉炉底渣增加了20％；锅炉粉煤灰增加；锅炉炉膛出口烟气温度降低了120℃；实现了煤净化燃烧及产生出全部可利用的伴生物。
实施例2是本发明的方法达到脱硫及降氮目的的具体运用。
在本实施例中，“ZLT”掺烧物配料所选用的原材料有以下几种：
页岩：Sio2含量    69％    生石灰：CaO含量    89％
硅灰：Sio2含量    85％    电石渣
铁矿粉：Fe2O3含量 56％  电炉磷矿渣
原煤：发热量5850kcal／kg灰份  16％
“ZLT”掺烧物具体配料如下表：
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 电炉磷矿渣
百分比 19 69 2 5 3 2
“ZLT”掺烧物与原煤的配比是：“ZLT”掺烧物28％，原煤72％
“ZLT”掺烧物与原煤在电厂锅炉的燃烧过程中，发生一系列物理、化学变化而形成各种矿物。
800-900℃
(铁酸一钙)
(铝酸一钙)
900℃以上，物料中的CaCO3很快放出CO2，并由于温度升高，固相反应加速，其中：
900-1000℃
(铁酸二钙)
(三铝酸五钙)
800-1300℃
(硅酸二钙)
1000-1300℃
(铁铝酸四钙)
1300-1450℃ C3A和C4AF熔化为液相，并进行以下反应：
“ZLT”掺烧物与原煤在燃烧的过程中，形成的C4AF为固熔快，有利于脱硫、速烧，固结脱硫的关键在于速冷，使SO3的挥发率降低。
固结脱硫的实质就是最大地可能降低SO3的挥发，挥发的那部分SO3进一步与细颗粒碰撞，重新形成Ca2SO3、Ca2SO4，而增湿使SO3进一步被吸收。
在本实施例中，实现高效脱硫的原理如下：
煤中的硫有三种存在的形式：
第一种叫有机硫，是带有机的碳氢化合物结合在一起的，如H2S。
第二种叫硫化物，主要存在杂质Fe2S中。
第三种叫硫酸盐，存在于各种硫酸盐中，如CaSO4、MgSO4、Fe2(SO4)3、Na2SO4、K2SO4等。
有机硫和硫化铁中的硫，均能燃烧生成SO2，故又叫可燃硫，存在于硫酸盐中硫除一小部分在高温下分解生成SO3外，其余均留在灰份中。脱硫的关键在于富氧、高钙、催化剂的加入和反应。过热器的使用使速冷成为可能，煤净化燃烧可以脱硫的关键在于速烧速冷。由于本实施例中的燃烧物物料的颗粒小，与空气能充分热交换，又有水冷壁和过热器的快速热交换，所以物料易被快速烧透，也容易快速冷却，也容易与氧结合，不会产生局部还原气氛，原煤中的SO2没有被释放的那一刻，先固熔于其它矿物中，并降低了共熔点，充分发挥其矿化剂的作用，在快速冷却的过程中减少了SO2和SO3的释放。本实施例与传统脱硫的不同在于形成了相对稳定的矿物，并将其固熔在硅酸盐矿物中。
在燃烧过程中硫处于高CaO相中，将发生下列反应：
(400-450℃)
(600℃)
(600℃以上)
(600-800℃)
(400-800℃)
(800℃以上)
800-1000℃范围内，催化剂CaO强烈吸收SO3，并具有较高的反应速度和有一部分SO3固熔在硅酸盐矿物中。CaAlSO4在950℃生成，1350℃保持稳定，1400℃开始分解。
增湿脱硫机理是：
用本实施例的方法固结脱硫数据如下表所示：
试验条件 #5 号炉原煤 #5 号炉原煤+脱硫剂
烟气量Nm3／h 92570 92570
SO2浓度mg／Nm3 8334.9 2667.2
SO2排放量kg／h 771.56 246.9
加入“ZLT”掺烧物掺烧物后脱硫效率：(771．56-246．9)／771．56×100％=68．1％在上述固结脱硫的基础上，在锅炉尾部烟道与电除尘器前喷入增湿水蒸汽，进行第二步增湿脱硫，如下表所示：
试验条件 #B 号炉原煤 #B 号炉原煤+脱硫剂
烟气量Nm3／h 92570 92570
SO2浓度mg／Nm3 8334.9 1105.7
SO2排放量kg／h 771.56 102.4
加入“ZLT”掺烧物掺烧物并喷入增湿水蒸气后脱硫效率：(771．56-102．4)／771．56×100％=86．7％
在本实施例中可以看出，当在原煤中加入ZLT掺烧物掺烧物后，烟气中SO2的脱硫效率为68．1％，当在原煤中加入ZLT掺烧物掺烧物并喷入增湿水蒸气后脱硫效率为86．7％。
在本实施例中，其降氮机理是：
煤中氮氧化物的产生主要有两种来源，
第一为煤中含有有机氮，燃烧时生成氮氧化合物(NOx)；第二为高温火焰使空气中的氮和氧发生反应，生成氮氧化合物(NOx)。降氮的实质就是最大地可能降低NOx的挥发，挥发的那部分NOx进一步与细颗粒碰撞，重新形成氮氧化物，而增湿使NOx进一步被吸收。“ZLT”掺烧物与原煤在炉内燃烧传热效率高，不仅提高了炉壁的传热效率，而且炉中火点温度降低，炉内各点的温度更加均匀，从炉膛出口烟气温度测量表看出可降低100-150℃，由此可减少NOx的生成量。在煤中的有机氮没有被释放的那一刻，先固熔于其它矿物中，并降低了共熔点，充分发挥其矿化剂的作用，在快速冷却的过程中减少了NO和NO2或NOx的释放。本实施例中的降氮方法与传统降氮方法的不同在于形成了相对稳定的矿物，并将其固熔在硅酸盐矿物中，其反应式为：
进一步增湿降氮机理是：
对本实施例的效果进行检测，排放烟气中氮氧化物的含量均以下表中NO2的含量来表示。
试验条件 #B 号炉原煤 #B 号炉原煤＋脱硫剂
烟气量Nm3／h 92570 92570
NO2浓度mg／Nm3 707.2 518.9
加入“ZLT”掺烧物并喷入增湿水蒸气后固结、增湿降氮效率：(707．2-518．9)／707．2×100％=26．8％
在本实施例中可以看出，当在原煤中加入“ZLT”掺烧物并喷入增湿水蒸气后降氮效率为26．8％。
实施例3是用本发明的方法生产的活性粉煤灰及活性炉底渣并用于生产优质水泥的具体应用实例
本实施例中，“ZLT”掺烧物配料所选用的原材料有以下几种：
页岩：Sio2含量66％    生石灰：CaO含量92％
硅灰：Sio2含量88％    电石渣
铁矿粉：Fe2O3含量69％ 电炉磷矿渣
原煤：发热量6230kcal／kg灰份21％“ZLT”掺烧物具体配料如下表所示：表1
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 电炉磷矿渣
百分比 19 69 2 5 3 2
“ZLT”掺烧物与原煤配比是：“ZLT”掺烧物20％，原煤80％本实施例所得伴生物的具体情况是：在锅炉正常运行供热发电的情况下得到活性粉煤灰及活性炉底渣，活性粉煤灰中fCaO含量在1-4％，残碳量在0．5-3％，活性炉底渣中fCaO含量在0．1-2％，残碳量在0．1-1％。
熟料选用某悬窑水泥厂正常生产的水泥熟料，其性能如下表所示：表2
抗压强度(Mpa) 抗折强度(Mpa)
标号 3d 7d 28d 3d 7d 28d
625 34 46 64 6.3 7.5 9.0
活性粉煤灰与以上所选熟料的配比如下表所示：表3
物料 活性粉煤灰 熟料 石膏
百分比 60 38 2
本实施例所得的活性粉煤灰及活性炉底渣与以上所选熟料的配比如下表所示：表4
物料 活性粉煤灰 炉底渣 熟料 石膏
百分比 45 15 38 2
经检测，本实施例中表3的配比制成的水泥的物理性能如下表所示：
抗压强度 (Mpa) 抗折强度(Mpa)
标号 3d 7d 28d 3d 7d 28d
525 24.2 36.9 55.3 4.6 5.6 7.5
525 23.8 33.8 57.5 4.7 5.8 7.9
活性粉煤灰与熟料混磨生产的水泥，标号达到国标525#号水泥标准，安定性合格。经检测，本实施例表4的配合物碾磨成水泥的物理性能如下表所示：
抗压强度(Mpa) 抗折强度(Mpa)
标号 3d 7d 28d 3d 7d 28d
525 23.2 35.3 58.4 4.8 6.3 8.5
525 23.6 39.7 61.5 5.2 6.8 8.9
活性炉底渣、活性粉煤灰和水泥熟料混磨生产的水泥，标号达到国标525#号水泥标准，安定性合格。
通过本实施例可以看出，用本发明的方法生产的活性粉煤灰与传统水泥熟料配比混磨生产的水泥，产品安定性合格，各项性能指标优良。用本发明的方法生产的活性炉底渣、活性粉煤灰与传统水泥熟料配比混磨生产的水泥，产品安定性合格，各项性能指标优良。
实施例4是用本发明的方法生产自硬性活性粉煤灰水泥的实例。
本实施例中，“ZLT”掺烧物配料所选用的原材料有以下几种：
页岩：Sio2含量68％    生石灰：CaO含量93％
硅灰：Sio2含量90％    电石渣
铁矿粉：Fe2O3含量69％ 电炉磷矿渣
原煤：发热量5970kcal／kg 灰份23％ 单质硫(S)0．6％“ZLT”掺烧物具体配料如表1所示：表1
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 磷石膏
百分比 15 74 2 5 2.5 1.5
“ZLT”掺烧物与原煤配比：“ZLT”掺烧物30％，原煤70％。本实施例中得到的伴生物自硬性粉煤灰熟料和渣熟料的性能参数如下表2所示：表2
名 称 FCaO 烧失量
自硬性粉煤灰熟料 3.5％ 1.2％
自硬性炉底渣熟料 0.2％ 0.7％
由于自硬性活性粉煤灰水泥主要以C2S为主，其早强较低，所以生产自硬性粉煤灰水泥应加入早强激发剂明矾1．5％。
本实施例生产的自硬性粉煤灰水泥的性能如表3所示：
  试验编号            配   比  比面积cm2/g        凝结试验                                强度试验
粉煤灰   炉底渣 石膏 明矾 初凝 终凝              抗  折             抗  压
3d 7d     28d 3d 7d 28d
B-1 97 0 3 0 5600 0:55 2:00 2.7 3.1 6.2    18.4 22.0 42.3
B-2 95.5 0 3 1.5 6400 0:45 1:50 4.5 5.8 7.1    25.3 37.2 58.7
  B-3    65.5   30   3     1.5     6100    0:47    2:04     4.8    5.6    8.2    24    35.6     56.4
在本实施例中可以看出，本发明所生产的自硬性粉煤灰熟料及炉底渣熟料加入一定量的早强激发剂后可生产优质高标号水泥。
实施例5是用本发明的方法达到电厂锅炉节煤目的的实例。
本实施例按照实施例3的“ZLT”掺烧物的选料、配方及混磨和燃烧的方法，“ZLT”掺烧物与原煤配比是：“ZLT”掺烧物23％，原煤77％。
本实施例中，“ZLT”掺烧物与原煤在锅炉中燃烧时，煤灰组份分解时吸热，“ZLT”掺烧物与其反应是放热，这样不仅使燃烧完全而降低残碳，同时加快了燃烧速度，使接触水冷壁的烟气温度增高，从而提高了水冷壁的吸热效率，“ZLT”掺烧物也提高了燃煤锅炉的火焰黑度使辐射传热效率提高，这些使得锅炉的热效率大大提高，使用本发明的方法可使电厂锅炉节煤达6％-15％。下表为掺烧与未掺烧“ZLT”掺烧物煤耗实验对照表；A电厂75吨／小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为山西省西山烟煤)
时间 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均
掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 5240 4718 5889 5248 5054 5334 5253
同等负荷不掺烧“ZLT”所需耗煤量(吨) 5829 5173 6464 5930 5704 6007 5851
同等负荷节约煤量(百分比) 10.1 8.8 8.9 10.9 11.4 11.2 10.2
B电厂220吨／小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为烟煤)
时间 11月 12月 1月 2月 3月 4月 平均
掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 17745 18627 19168 20438 19915 19916 19168
同等负荷不掺烧“ZLT”后需耗煤量(吨) 20034 21104 21564 22788 22285 21410 21545
同等负荷节约煤量(百分比) 11.4 11.7 11.1 10.3 10.6 19.7 11.0
C电厂220吨／小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为烟煤)
时间 5月 6月 7月 9月 10月 12月 平均
掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 13646 14838 13698 13116 14725 14497 14087
同等负荷不掺烧“ZLT”后需耗煤量(吨) 15595 16323 15891 14905 16714 16072 15918
同等负荷节约煤量(百分比) 12.5 9.1 13.8 12.0 11.9 9.8 11.5
从本实施例中可以看出，掺烧“ZLT”掺烧物后与同等负荷下未添加“ZLT”掺烧物，锅炉的节煤率为：A电厂75吨／小时锅炉节煤率平均为10．2；B电厂220吨／小时锅炉节煤率平均为11．0；C电厂220吨／小时锅炉节煤率平均为11．5。证明在掺烧“ZLT”掺烧物后锅炉节煤率明显。
实施例6是用本发明的方法达到电厂粉煤灰降碳目的的实例。
在本实施例中，按照实施例4的“ZLT”掺烧物的选料及控制方法。“ZLT”掺烧物具体配料如表1所示：表1
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 磷石膏
百分比 12 77 2 5 2.5 1.5
“ZLT”掺烧物与原煤的配比是：“ZLT”掺烧物19％，原煤81％本实施例进行中，“ZLT”掺烧物与原煤在锅炉中燃烧时，煤灰组份分解时吸热，“ZLT”掺烧物与其反应是放热，这样使燃烧完全而降低残碳。
下表为掺烧与未掺烧“ZLT”掺烧物粉煤灰烧失量实验对照表；
                                    A电厂、煤的品种为烟煤
组别  1  2  3  4  5  6    平均
未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 6.6 7.4 6.8 5.2 4.8 8.0 6.47
掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比)  0.4  2.2  1.2  1.2  1.6  1.0    1.27
                                    A电厂、煤的品种为烟煤
组别  1  2  3  4  5  6    平均
未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 9.3 10.4 7.7 17.4 8.6 11.2 10.73
掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比)  3.0  1.4  1.4  1.3  2.1  1.1    1.72
                                    B电厂、煤的品种为无烟煤
组别  1  2  3  4  5  6    平均
未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 39.9 17.6 21.0 29.6 24.9 15.8 6.47
掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比)  2.5  0.9  2.1  3.4  3.0  2.8     2.28
从以上对比中可以看出，掺烧“ZLT”掺烧物粉煤灰降碳情况明显，A电厂第一次试验粉煤灰平均残碳含量由6．47％降至1．27％；A电厂第二次试验粉煤灰平均残碳含量由10．73％降至1．72％；B电厂粉煤灰平均残碳含量由6．74％降至2．28％，大幅度降低了粉煤灰的残碳含量。
实施例7是用本发明的方法生产的伴生物“活性粉煤灰”及“活性炉底渣”与传统水泥熟料配比生产膨胀水泥的实例。
在本实施例中，“ZLT”掺烧物配料所选用的原材料有以下几种：
页岩：Sio2含量68％    生石灰：CaO含量93％
硅灰：Sio2含量90％    电石渣
铁矿粉：Fe2O3含量69％ 电炉磷矿渣
原煤：发热量5970kcal／kg 灰份23％  单质硫(S)0．6％“ZLT”掺烧物的具体配料如表1所示：表1
原料 页岩 生石灰 硅灰 电石渣 铁矿粉 磷石膏 含V2O5废渣
百分比 15 74 2 5 2 1.5 0.5
“ZLT”掺烧物与原煤的配比是：“ZLT”掺烧物28％，原煤72％。
“ZLT”掺烧物与原煤按以上比例配料以后，共同进入锅炉制粉***粉磨，磨好的煤粉送入A电厂#3-220t／h煤粉锅炉的煤粉仓中，经给粉机喷入锅炉炉膛内燃烧。
本实施例中，在锅炉正常运行供热发电的情况下得到活性粉煤灰及活性炉底渣，活性粉煤灰中fCaO含量在1-4％，残碳量在0．5-3％，活性炉底渣中fCaO含量在0．1-2％，残碳量在0．1-1％。传统水泥熟料选用某水泥厂正常生产的水泥熟料，其性能如表2所示：表2
抗压强度(Mpa) 抗折强度(Mpa)
熟料 标号 3d 7d 28d 3d 7d 28d
A 625 33.8 47.5 65.1 6.4 7.8 9.1
B 625 32.4 46.5 68.1 6.7 7.9 8.8
将上表2中的传统熟料按表3配比碾磨成膨胀水泥的物理性能如表3、表4所示：表3
水泥编号        配合比 水泥广熟料 高硫改性粉煤灰 比表面积m2/kg    高硫改性粉煤灰SO2含量  凝结时间  安定性(沸煮) 1:3硬练胶沙强度Mpa
熟料   高硫改性粉煤灰 石膏
抗折强度Mpa 抗压强度Mpa
初  凝n:min 终  凝n:min
3d 7d 28d 3d 7d 28d
  D01   65   30   5   A   A1   426    13.2   1:48    3:15   合格   5.0   6.5   7.9   27.2   42.4   60.8
  D02   61   35   4   B   B1   429    12.8   1:24    3:24   合格   4.8   6.2   7.8   26.4   40.6   58.6
注：技术要求：比表面积＞400m2／kg，初凝＞20min终凝＜10h。表4
  水泥编号                                                                            净浆线膨胀％
                               水  中  养  护                           湿  气  养  护
  1d   3d   7d   14d   21d   28d   390d   1d   3d   7d   14d   21d   28d
  D02   0.525   0.530   0.534   0.548   0.550   0.572   0.590   0.056   0.046   0.049   0.050   0.044   0.046
  D02   0.625   0.634   0.642   0.654   0.662   0.674   0.681   0.045   0.048   0.039   0.038   0.045   0.042
注：养护净浆线膨胀1d大于0．3％，3d基本稳定，水湿膨胀率一般在0．3-1．0％之间波动，长期稳定性良好。
由上表可看出，本发明所生产的活性粉煤灰及活性炉底渣与传统水泥熟料按一定配比可以生产膨胀水泥，标号达到国标525#号水泥标准。
实施例8是用本发明的方法达到电厂粉煤灰微珠富集及细化目的的实例。
在本实施例中，按照实施例1的“ZLT”掺烧物的选料、配比，“ZLT”掺烧物与煤配比及控制方法。
在本实施例中，“ZLT”掺烧物与煤混磨的细度为0．08毫米方孔筛，筛余为4．5％。
表1为掺烧“ZLT”掺烧物前后粉煤灰技术性能指标；
表1
序号 名 称 A 厂 B 厂
掺烧前 掺烧后 掺烧前 掺烧后
1 细度(0.08mm方孔筛)(％) 11 4.6 12 4.4
2 需水量比(％) 98 89 100 90
3 烧失量(％) 3.84 1.06 22.61 2.00
4 含水量(％) 1.00 0.86 1.00 0.89
5 节煤量(％) 9.96 8.68
表2为降碳、微珠富集和细化后特级粉煤灰产品指标
表2
序号 名 称 特级指标
1 细度(0.08mm方孔筛筛余)(％) ≤5
2 需水量比(％) ≤90
3 烧失量(％) ≤3
4 含水量(％) ≤1
从以上实例中可以看出，用本发明的方法在锅炉中掺烧“ZLT”掺烧物后，A电厂和B电厂生产的活性粉煤灰达到国家特级粉煤灰标准。

Claims (23)

1、一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：煤粉中添加一种由含活性二氧化硅物质、生石灰、电石渣、硅灰、富铁物质、含磷物质、电炉磷矿渣、脱硫催化剂按重量比组成的“ZLT”掺烧物，“ZLT”掺烧物与煤按一定比例混磨均化后紧密吸附形成“亲合颗粒”，此“亲合颗粒”喷入煤粉炉或旋风炉中在“气固液悬浮反应”的状态下“亲合煅烧”，使燃烧物的质量传递、热量传递、动量传递最快。
“ZLT”掺烧物的组份及重量百分比为：
含活性二氧化硅物质  1-50    生石灰       5-98
电石渣              0-80
富铁物质            0-10    含磷物质     0-10
电炉磷炉渣          0-5     脱硫催化剂   0-5
“ZLT”掺烧物与煤的配比是：
煤粉  50-95    “ZLT”掺烧物  6-55
2、根据权利要1所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：含活性二氧化硅的物质包括：页岩矿、陶土、硅灰、粘土，脱硫催化剂包括五氧化二钒(V2O5)等物质。
3、根据权利要求1所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：ZLT掺烧物和煤粉混磨后的“亲合颗粒”的细度为0．08毫米方孔筛，筛余量为2％-30％。
4、根据权利要求1所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：“ZLT”掺烧物可与低热值劣质煤混合后在发电厂和热电厂的煤粉炉及旋风炉中“亲和煅烧”。
5、根据权利要求1所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：其工艺流程是：选料-煤与ZLT掺烧物配比-粉磨机-煤粉仓-给粉机-喷燃器-煤粉锅炉中“亲和煅烧”-伴生物(“活性粉煤灰”或“自硬性粉煤灰”或“贝利特水泥熟料”及相应炉渣)。
6、根据权利要求1和权利要求5所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：煤与“ZLT”掺烧物配好后的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机可以是球磨机，立式磨或其它任何形式的制粉***，使“ZLT”掺烧物与煤粉形成“亲合颗粒”状态。
7、根据权利要求1和权利5所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：通过调整“ZLT”掺烧物的配方、降低反应物的粘度及“ZLT”掺烧物与煤混磨成的“亲合颗粒”的细度，可使活性粉煤灰微珠富集和细化。
8、根据权利要求1和权利要求5所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：其“亲合煅烧”的炉温在800-1340℃之间便可生成富含“贝利特”的伴生物，并同时降低烟气中氮氧化物和CO的含量。
9、根据权利要求1所述的一种煤净化燃烧及产生伴生物的方法，其特征在于：煤净化燃烧脱硫的方法是在固结脱硫的基础上，在锅炉烟道与除尘器前向含尘烟气喷入水蒸气，进行第二步增湿脱硫，固结脱硫的效果可达脱硫20-70％，进一步增湿脱硫可达70-90％。
10、一种煤净化燃烧产生的伴生物产品，其特征在于：它含有下列组份，其配比范围是：贝利特(硅酸二钙)   C2S     5-75
    (铝酸三钙)   C3A     1-40
    铝亚铁酸四钙 C4AF    1-40
    烧失量 (含碳量)      0-5
 11、根据权利要求10所述的一种煤净化燃烧产生的伴生物产品，特征在于：它还可含有下列组分，其配比是：铝亚铁酸钙          C2(A，F)       1-30游离石灰            CaO              0．1-8
游离氧化镁             MgO              0-10
含碱铝酸盐如(K，Na)20．8CaO．3Al2O3(K，Na)C8A3 0-10
硫酸碱或硝酸碱如(K，Na)2SO4 (K，Na)NO3  0-10
硫酸钙和亚硫酸钙CaSO4．CaSO3               0-50
硝酸钙和亚硝酸钙Ca(NO3)2 Ca(NO2)2     0-10
磷及其它物质                                   0-10
硫铝酸钙3CaO．3Al2O3．CaSO4            0-20
12、根据权利要求10所述的一种煤净化燃烧产生的伴生物产品，其特征在于：根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“活性粉煤灰”中C2S的含量达到0-20％。
13、根据权利要求10所述的一种煤净化燃烧产生的伴生物产品，其特征在于：根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“自硬性粉煤灰”中，C2S的含量达到20-50％。
14、根据权利要求10所述的一种煤净化燃烧产生的伴生物产品，其特征在于：根据原煤灰分含量及组分的不同，调整“ZLT”掺烧物的配比，使“亲合煅烧”后产生的伴生物“贝利特”水泥熟料中，C2S的含量达到50-75％。
15、权利要求10所述的煤净化燃烧产生的伴生物用于制造水泥或混凝土。
16、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：煤净化燃烧产生的伴生物经过超细粉磨(1纳米-3微米)后，用于生产高技术水泥或高效混凝土。
17、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：煤净化燃烧产生的伴生物可作为任何胶凝材料的增强剂，伴生物的掺入量为0．5-15％。
18、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：煤净化燃烧产生的伴生物粉煤灰与硅酸盐水泥熟料混配可生产优质水泥的配比为：
水泥熟料2-95    伴生物2--95
潜在水硬性材料或火山灰质材料0-50
石膏1-7
水泥粉磨细度要求在0．08毫米方孔筛，筛余量小于12％。
19、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：烧高硫煤后产生的伴生物与硅酸盐水泥熟料混配可生产优质膨胀水泥的配比为：
水泥熟料    30-95    伴生物  2--70
潜在水硬性材料或火山灰质材料 0-50
石膏       1-7
水泥粉磨细度要求在0．08毫米方孔筛，筛余量小于12％。
20、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：煤净化燃烧后形成的伴生物，在不用研磨的情况下，可取代5％-95％的水泥，与砂石、水搅拌后，制成优质混凝土。
21、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：将煤净化燃烧后形成的伴生物研磨后，取代5％-95％的水泥、与水泥、砂、石、水搅拌后制成优质混凝土，伴生物的比表面积应为3800平方厘米／千克-6500平方厘米／千克。
22、根据权利要求14和权利要求15所生产的“自硬性粉煤灰”及应用，其特征在于：伴生物本身就可做为水硬性胶结材料使用。
23、根据权利要求15所述的煤净化燃烧产生的伴生物的应用，其特征在于：伴生物+0．1-30％的早强剂，便可制成优质高标号水泥。
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