一种快速预测循环流化床锅炉脱硫灰渣膨胀量的方法转让专利
申请号 : CN202110210573.7
文献号 : CN112881460B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 乔秀臣 , 郝海俊 , 韦连梅 , 申海文 , 张瑞峰 , 张克英
申请人 : 华东理工常熟研究院有限公司 , 山西国峰煤电有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种快速预测循环流化床锅炉脱硫灰渣膨胀量的方法,所述循环流化床锅炉脱硫灰渣为CFB锅炉脱硫灰和/或渣,包括以下步骤:分别测试CFB锅炉脱硫灰和/或渣的总SO3质量百分比、活性CaO质量百分比和活性Al2O3质量百分比;
所述活性Al2O3质量百分比测定方法如下:采用0.05‑0.6mol/L的碱性水溶液作为浸取液,按照液固比8‑10:1,反应时间48h,反应温度20‑60℃测定;其中反应时间段为0‑12h时,每4小时更换碱性浸取液;反应时间段为12‑24h,每6小时更换碱性浸取液;反应时间段为
3+ 3+
24‑48h时,每12小时更换碱性浸取液,测定每次浸取液中的Al 含量,所有浸取液Al 含量折合成Al2O3质量,累加后除以初始磨细渣或灰质量,即为磨细渣或灰中活性Al2O3质量百分比;
所述磨细渣或灰总SO3测定方法为T/CBMF90‑2020;
所述磨细渣或灰活性CaO测定方法为T/CBMF90‑2020;
CFB锅炉脱硫灰和/或渣的体积膨胀百分比(%)计算:比较0.0125*总SO3、0.0179*活性CaO和0.0033*活性Al2O3的数值大小;
1)如果0.0125*总SO3最小,则体积膨胀百分比E(%)为:E=A*总SO3/(100*ρ),其中A=6.42‑18.62,A为膨胀回归值,ρ为样品最大理论密度,单3
位为g/cm;
2)如果0.0179*活性CaO最小,则体积膨胀百分比E(%)为:E=B*活性CaO/(100*ρ),其中B=8.95‑11.82,B为膨胀回归值,ρ为样品最大理论密度,3
单位为g/cm;
3)如果0.0033*活性Al2O3最小,则体积膨胀百分比E(%)为:E=C*活性Al2O3/(100*ρ),其中C=4.10‑18.45,C为膨胀回归值,ρ为样品最大理论密3
度,单位为g/cm;
所述样品最大理论密度为CFB锅炉脱硫灰和/或渣质量除以扣除CFB锅炉脱硫灰和/或渣的开口及其闭口孔隙后的体积。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述CFB锅炉脱硫灰和/或渣中依据T/CBMF90‑2020所测定有害氧化钙不超过2%,氧化镁含量不超过4.0%;所述方法适用于CFB锅炉脱硫灰渣的极限膨胀量预测。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:CFB锅炉脱硫渣在测试总SO3、活性CaO、Al2O3质量百分比时需要研磨到细度小于200目。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:用击实最大干密度的1.67倍代替样品最大理论密度;击实最大干密度按标准JTG 3430‑2020中重型击实试验法进行测试。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:
1)如果0.0125*总SO3最小,则体积膨胀百分比(%)为:3
E=16.28*总SO3/(100*ρ),ρ为样品最大理论密度,单位为g/cm;
2)如果0.0179*活性CaO最小,则体积膨胀百分比(%)为:E=10.68*活性CaO/(100*ρ),ρ为样品最大理论密度;
3)如果0.0033*活性Al2O3最小,则体积膨胀百分比(%)为:E=5.91*活性Al2O3/(100*ρ),ρ为样品最大理论密度。
说明书 :
一种快速预测循环流化床锅炉脱硫灰渣膨胀量的方法
技术领域
背景技术
的粉煤灰》 (GB/T1596‑2017)明确排除在外。循环流化床锅炉灰渣循环流化床锅炉燃煤电
厂,锅炉烟道气体经除尘收集的粉末称为飞灰,从锅炉底部排放的渣称为底渣,统称循环流
化床锅炉灰渣,简称灰渣。CFB 锅炉脱硫灰渣SO3主要以硬石膏形式存在,在用作混合材或
填筑料等过程中,其中的硬石膏会与来自本身或外部的可溶性钙源、水化铝酸钙反应形成
钙矾石,如果在样品硬化后继续形成钙矾石,则会引起体积膨胀,导致样品破坏。钙矾石生
成机理分为“溶解沉淀”和“固相反应”两种方式。通过“溶解沉淀”方式形成的钙矾石,由于
发生于反应初期,浆体尚未硬化,此时钙矾石的生成不会引起样品体积膨胀;当样品已经硬
化,通过“固相反应”生成的延迟性钙矾石,其实也属于溶解沉淀,这是钙矾石的形成位置在
含铝相的固相表面或其附近,即溶质通过扩散迁移到固体表面,在此环境中,钙矾石的生长
受到周围其他固相颗粒的限制,其体积膨胀能够增加为原来的2.22倍,对周围产生巨大的
压应力,进而导致样品破裂。
过程中的膨胀,目前主要采用实验方法进行测量,即根据配比混合好物料,然后在一定条件
下养护不同龄期,利用比长仪进行测量,由此来判断膨胀结果。但是这些方法,一方面结论
滞后,无法及时指导生产应用,另一方面,由于 CFB锅炉脱硫灰渣中的部分硬石膏在常温下
需要若干年才可以溶解,从而导致实验检验的可行性较低。
分碳酸钙)和烧高岭。在研究过程中,我们发现CFB锅炉脱硫灰渣中的硬石膏在与水接触的
10个小时内,溶解度远远低于二水石膏,此阶段可以认为基本无钙矾石形成,但是随着时间
延长,特别是超过24小时后,CFB 锅炉脱硫灰渣中的硬石膏快速溶解,而且溶解度远大于二
水石膏; CFB锅炉脱硫灰渣中的CaO随着燃料中硫含量的不同而不同,波动较大;CFB锅炉脱
硫灰渣中可以溶出的Al2O3也随燃料种类、燃烧工况而变,同时在反应体系的溶出是个受溶
解和扩散控制的慢过程,但是通过优化碱性条件,可以通过实验快速得出Al2O3的最大溶出
量。此外,由于CFB锅炉脱硫灰渣中的硬石膏的溶解度具有滞后性和爆发性,加之CaO和Al2O3
的溶出特点,体系中钙矾石的形成存在3 种途径:1)长期稳定形成钙矾石,具有较大膨胀
性,2)初期形成钙矾石,后期转变成AFm,膨胀性小,3)初期形成钙矾石,期间转变成AFm,随
着时间延长又形成钙矾石,具有很大膨胀性。钙矾石的形成途径主要受可溶性的SO3、CaO和
Al2O3中含量最低的相控制。
方法。
发明内容
地评价其膨胀风险的现状。
一种快速预测养护温度 20‑60℃范围内CFB锅炉脱硫灰渣膨胀量的方法。
2%,氧化镁含量超过4.0%的CFB锅炉脱硫灰渣所引起的膨胀,包含了有害氧化钙和氧化镁
的膨胀,不适合本发明。
度,单位为g/cm;
密度,单位为g/cm;
论密度,单位为g/cm;
应温度20‑60℃测定。其中反应时间段为0‑12h时,每4小时更换碱性浸取液;反应时间段为
12‑24h,每6小时更换碱性浸取液;反应时间段为24‑48h时,每12 小时更换碱性浸取液,测
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定每次浸取液中的Al 含量,所有浸取液 Al 含量折合成Al2O3质量,累加后除以初始磨细
渣或灰质量,即为磨细渣或灰中活性Al2O3质量百分比。
法进行测试。
具体实施方式
测定。其中反应时间段为0‑12h时,每4小时更换碱性浸取液;反应时间段为12‑24h,每6 小
时更换碱性浸取液;反应时间段为24‑48h时,每12小时更换碱性浸取液,测定每次浸取液中
3+ 3+
的Al 含量,所有浸取液Al 含量折合成 Al2O3质量,累加后除以初始磨细渣或灰质量,即为
磨细渣或灰中活性Al2O3质量百分比。
一种快速预测养护温度 20‑60℃范围内CFB锅炉脱硫灰渣膨胀量的方法,实施例中CFB锅炉
脱硫灰或渣100%制备成样品的养护温度为20‑60℃操作。
3
cm。通过对比,0.0125*总SO3、0.0179*活性CaO和0.0033*活性Al2O3中0.0033*活性Al2O3最
小,所以由此CFB锅炉脱硫灰100%制备的样品的最大膨胀百分比预测值为5.91*2.7/(100*
2.11)=0.076%。用该CFB锅炉脱硫灰100%制备成样品,浸水养护7天,用比长仪测得膨胀
百分比为0.059%,浸水养护28天,用比长仪测得膨胀百分比为0.072%,浸水养护90 天,用
比长仪测得膨胀百分比为0.079%,浸水养护180天,用比长仪测得膨胀百分比为0.079%。
3
cm。通过对比,0.0125*总 SO3、0.0179*活性CaO和0.0033*活性Al2O3中0.0125*总SO3最小,
所以由此CFB锅炉脱硫渣100%制备的样品的最大膨胀百分比预测值为16.28*5.56/(100*
2.06)=0.439%。用该CFB锅炉脱硫渣100%制备成样品,浸水养护7天,用比长仪测得膨胀
百分比为0.50%,浸水养护28天,用比长仪测得膨胀百分比为0.50%,浸水养护90天,用比
长仪测得膨胀百分比为0.48%,浸水养护180天,用比长仪测得膨胀百分比为0.55%。
3
cm。通过对比,0.0125*总 SO3、0.0179*活性CaO和0.0033*活性Al2O3中0.0179*CaO最小,所
以由此CFB锅炉脱硫渣100%制备的样品的最大膨胀百分比预测值为10.68*4.12/(100*
1.97)=0.223%。用该CFB锅炉脱硫渣100%制备成样品,浸水养护7天,用比长仪测得膨胀
百分比为0.169%,浸水养护28天,用比长仪测得膨胀百分比为0.185%,浸水养护90天,用
比长仪测得膨胀百分比为0.205%,浸水养护180天,用比长仪测得膨胀百分比为0.207%。
3
1.224g/cm。通过对比,0.0125* 总SO3、0.0179*活性CaO和0.0033*活性Al2O3中0.0125*总
SO3最小,所以由此CFB锅炉脱硫灰100%制备的样品的最大膨胀百分比预测值为4.11*
8.11/(100*1.224*1.67)=0.646%。用该CFB锅炉脱硫灰 100%制备成样品,浸水养护7天,
用比长仪测得膨胀百分比为 0.528%,浸水养护28天,用比长仪测得膨胀百分比为
0.576%,浸水养护90天,用比长仪测得膨胀百分比为0.619%,浸水养护180天,用比长仪测
得膨胀百分比为0.624%。
分比4.51%,有害氧化钙含量为0.12%,氧化镁含量为0.56%。按照本发明的活性Al2O3质量
百分比测定方法,活性Al2O3含量为27.61%。
10.68*4.51/ (100*1.166*1.67)=0.257%。钻芯样实际体积膨胀为0.220%。
3
Al2O3质量百分比测定方法,活性Al2O3含量为7.32%。灰的最大理论密度1.88g/cm。
值为5.91*7.32/ (100*1.88)=0.230%。
化反应,而在后期才开始反应,由CaO水化成Ca(OH)2,固相体积增加97.92%,而且这些 Ca
(OH)2反应产物在局部堆积从而引起空隙体积增加(施惠生,赵玉静,游离氧化钙对水泥浆
体体积膨胀的影响机制,2000(4):1‑4)。由于有害氧化钙与CFB脱硫灰渣中钙矾石的膨胀机
理有异,故而其膨胀量预测无法应用本发明方法。
3
Al2O3质量百分比测定方法,活性Al2O3含量为13.23%。灰的最大理论密度2.04g/cm。
为10.68*2.05/ (100*2.04)=0.107%。
较小,故而其膨胀量预测无法应用本发明方法。然而5.52%的氧化镁也可以在反应体系中,
由 MgO水化成Mg(OH)2,以及形成MgSO4等产物,均会对体积增加形成贡献。但是其膨胀机理,
目前还没有形成统一认识。
均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。