1、粉煤灰在加氣混凝土中應用 郭月明 大唐太原第二熱電廠 030041摘要：加氣混凝土的主要原料粉煤灰，是電廠煤粉爐或循環流化床鍋爐產出的，因所用燃料、鍋爐爐型、燃燒工況、運行參數不同，形成的粉煤灰物理、化學參數變化大，再加上粉煤灰的收集、儲存方式不同，粉煤灰可分類為干灰（、級）、濕灰、分選灰、原灰、脫硫灰、非脫硫灰、高鐵、高鋁、高鈣、低鈣粉煤灰。其品質相差較大，粉煤灰在加氣混凝土中應用時應區分不同類型的粉煤灰，充分考慮粉煤灰在性能上的差異，制定適合的工藝參數以獲得優良的加氣混凝土制品。關鍵詞：加氣混凝土、粉煤灰、形成、分類、應用 隨著加氣混凝土的快速發展，粉煤灰作為加氣混凝土主要原料被廣泛應用。

2、粉煤灰是燃煤電站排出的固體廢物，根據國家環境保護要求及能源政策的改變，火電廠燃燒技術的改進創新和煤種的變化，爐型的大型化、環保化，所排出的粉煤灰的品種.品質也隨之變化，品種多樣化，化學成分范圍更廣，這就給粉煤灰在加氣混凝土的應用提出了更高的要求。幾年來通過對電站鍋爐燃燒機理、粉煤灰的形成、品質及粉煤灰在加氣混凝土砌塊中的應用研究整理如下，以供參考。一、 粉煤灰的形成過程粉煤灰是燃煤電廠的排放物，是由不同品種的燃料（原煤、低熱值煤）在不同的電站鍋爐中燃燒形成的粉狀固體廢物。因此它的品質、化學成分、礦物組成、顏色、物理特性以及潛在的活性均與其煤種、鍋爐爐型、燃燒工況、收集、儲存方式密切相關。目前火

3、力發電廠的鍋爐類型較多，根據燃燒方式可分為火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐和旋風燃燒鍋爐。目前多數更具代表性的為煤粉爐與循環流化床鍋爐。粉煤灰是火室燃燒的一種，循環流化床鍋爐是流化床鍋爐的一種。1） 煤粉爐粉煤灰的形成煤粉爐首先要把燃煤磨細成微米級煤粉（煤粉的顆粒直徑，約0.0050.1mm），然后用空氣吹入爐膛燃燒。因煤粉爐內溫度較高（13001500），煤粉懸浮在爐膛空中迅速燃燒，停留的時間很短僅有12秒。煤粉燃盡后形成的灰，絕大部分顆粒較細的飛灰被煙氣帶走，由除塵設備收集冷卻形成粉煤灰，即原狀粉煤灰，簡稱原灰。另外一部分顆粒較粗的灰落入爐膛底部冷灰斗內冷卻成固體灰渣排出爐體，稱

4、爐底渣，簡稱爐渣。粉煤灰是煤粉進入13001500爐膛后，在懸浮燃燒條件下，在受熱面吸熱后迅速冷卻形成的。由于表面張力的作用，粉煤灰大部分呈球狀，表面光滑，微孔，較小。一部分因為在熔融狀態下互相碰撞而粘連，形成表面粗糙棱角較多的蜂窩狀組合粒子，由于燃燒與冷卻的速度快（速燒快冷），顯微鏡下觀察，粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復合體結構的混合體，其化學成分因煤種、產地、煤層、煤的燃燒工況不同而異。2） 循環流化床鍋爐粉煤灰的形成 循環流化床鍋爐是通過給煤設備將煤（煤的顆粒直徑約010mm）與脫硫劑以一定比例的混合物料送入爐內料床燃燒。爐內溫度一般為（850900），高溫物料在氣流的夾帶

5、下進入物料收集器（分離器），被收集下來的粗顆粒物料進入返料器，再經返料器送回爐內，進行多次循環燃燒，而未捕捉分離下來的細小顆粒被煙氣帶走，由除塵設備收集冷卻形成粉煤灰。燃燒時燃燒物料摻入脫硫劑的叫脫硫灰，未摻入脫硫劑的稱原灰。另外返回爐內的粗顆粒經反復燒盡后從爐底由冷渣器排出爐外稱爐渣。循環流化床粉煤灰是可燃物料進入850爐內通過循環系統反復燃燒，使燃料顆粒在爐內的停留時間增長。鍋爐燃燒溫度在850900，多數礦物只會軟化而不會熔融進一步發生化學反應，從而很難形成微珠，大部分形成不規則顆粒，包含未燃盡炭粒、硬石膏和方解石。由于燃燒溫度低于1000，炭的燃燒速率低于煤粉爐，鍋爐運行參數一般選用煤

6、粉平均粒徑的平均流化速度的1.52倍，致使部分質輕的煤炭粒子進入流化床后未經充分的燃燒很快就隨煙氣帶走，形成的粉煤灰含碳量高。同時由于燃料中加入脫硫劑石灰石或白云石脫硫，粉煤灰中CaO與石膏含量明顯高于普通粉煤灰。 循環流化床鍋爐裝有分離器，飛灰中的粗顆粒大部分被分離故產出的粉煤灰細度細。由于循環流化床鍋爐燃料廣泛，立足燃燒劣質煤（煤矸石、煤泥）等低熱值煤種，供煤質量不穩定，化學成份分布范圍大且粉煤灰的品質波動較大。應用時應區分處理。二、 粉煤灰的分類、收儲國標GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準分級，標準從細度、需水量比、燒失量由級逐漸過渡到級同時規定三氧化硫含量小于3%

7、，含水量不大于1.0%，在加氣混凝土中使用的粉煤灰大家更注重的是粉煤灰的化學成份、活性、細度分布及鍋爐的類型及收儲方式。2.）煤粉爐產出的粉煤灰分類、收儲煤粉爐產出的的粉煤灰一般按除塵方式分為干除塵與濕除塵；按收儲方式為干法或濕法。干法由電除塵回收后按分級方式可分為原灰或分選灰（、級）然后分別存入粉煤灰庫內,區別應用。干法儲存的粉煤灰，尤其是級粉煤灰，由于其活性較高，廣泛用于配制高性能混凝土及制品，利用率達100%。原灰與級灰又多應用于加氣混凝土制品。濕法由濕式除塵裝置（水膜除塵器、文丘里洗滌器等）回收的粉煤灰水漿或電除塵回收的干灰通過管道用水沖到一個大型灰漿池后外排到指定的儲灰場池。濕法儲存

8、的粉煤灰多為老電廠或中小電廠采用，粉煤灰不分級，甚至灰渣混合，細度較粗，且鍋爐燃燒工況較差，粉煤灰含碳量高，配置高性能混凝土制品受到限制。但由于長期浸泡水中或潮濕環境，由于水溶及陳化好，用于加氣混凝土制品也不失為一綜合利用的途徑。爐底渣收儲也分干、濕兩種。干法一般為冷渣機冷卻后儲存，濕法為固體灰渣加水冷卻由撈渣機收集后儲存。干法渣一般被水泥廠利用，濕法一般經脫水后外儲或與濕排粉煤灰混儲。爐底渣顆粒粗大且含碳高，不宜直接用于加氣混凝土制品，如若使用在加氣混凝土一般將其磨細加工，篩余達到級灰細度即可。2.）循環流化床鍋爐生產的粉煤灰分類、收儲循環流化床鍋爐生產的粉煤灰，一般收儲方式與煤粉爐的方式基

9、本相同，但由于其鍋爐的特點，粉煤灰燒失量高，很難達到國家級粉煤灰標準。國家標準也未規定此類粉煤灰如何應用，故在混凝土及制品中應用較少。由于燃燒時加入或不加入脫硫劑又可分為脫硫灰與非脫硫灰，大多數脫硫灰中CaO 、 SO3及游離氧化鈣含量均高于非脫硫灰，其余成份SiO2、Al2O3含量相對低一些。脫硫灰具有自硬性，脫硫灰中CaO和SO3含量較高，自硬性強度較高。脫硫灰在儲存和運輸過程中容易結塊，特別是管道輸送容易造成堵管現象。非脫硫灰一半是未加脫硫劑或采用煙氣濕法脫硫后產出的，含CaO與SO3均低。循環流化床鍋爐燃料適應廣泛，煤種的化學成分變動較大，粉煤灰又可分為高鐵、高鈣、低鈣、高鋁粉煤灰。高

10、鐵粉煤灰一般燃料為煤矸石燃燒而成，其含鐵量高于20%，粉煤灰為黑紅色。高鈣粉煤灰一般屬于增鈣粉煤灰，其含鈣量高于15%，多數由液態排渣鍋爐產出。由于高鈣粉煤灰含有大量硅鋁酸鹽玻璃球活性較高，大多數被水泥廠應用。低鈣粉煤灰其含鈣量多數低于10%，煤粉爐與循環流化床鍋爐產出的粉煤灰大部分屬于低鈣粉煤灰。高鋁粉煤灰其含鋁量高于40%，高鋁粉煤灰一般只有部分地區煤種燃燒后形成。粉煤灰的主要活性來自于SiO2、Al2O3，故高鋁粉煤灰在混凝土中被廣泛使用。幾種粉煤灰化學物理指標見附表一粉煤灰參數表 表一鍋爐煤種SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3細度燒失需水比硫化床煤矸石41.9127.272

11、4.384.480.120.831.110.92硫化床燃煤47.2938.404.091.860.851.218.15.8697硫化床煤泥等47.4926.663.982.020.720.622.2616.25煤粉爐動力煤50.5233.467.961.720.390.2410.252.8煤粉爐動力煤46.7430.613.832.20.480.20122.8394液態爐燃煤40.2025.514.9023.110.652.855.92.1三、 不用類型的粉煤灰在加氣砌塊中的應用加氣混凝土制品中粉煤灰的用量約60%70%，粉煤灰的品質直接影響加氣混凝土制品生產工藝參數的設定及產品質量。粉煤灰的

12、細度、燒失量、玻璃體含量、化學成分對加氣混凝土影響較大，故在生產時應對粉煤灰認真分析研究。針對不同品質的粉煤灰制定對應的工藝參數，以獲得合格的加氣混凝土制品。1、 ）煤粉爐產出的粉煤灰在加氣混凝土中的應用煤粉爐產出的粉煤灰因含大量的玻璃體活性高、燒失量低，是加氣混凝土的理想原料。用于加氣混凝土的粉煤灰原料一般要求其化學成分及物理指標控制在一定范圍，如用于加氣混凝土粉煤灰的SiO2含量不小于40%；Al2O3含量大于15%；SiO2和Al2O3含量一共大于70%；Fe2O3的含量不大于35%；CaO含量不大于10%；SO3含量不大于3%；燒失量不大于12%；細度在10%25%（0.045mm方孔

13、篩篩余）；濕粉煤灰的含水量不宜超過35%。1.1干粉煤灰煤粉爐產出的粉煤灰原灰物理指標、化學成分均符合加氣混凝土對粉煤灰原料的要求。一般用量控制在60%70%，視粉煤灰的品質活性而定，玻璃微珠多者取大者，反之取小值，一般取65%。水料比0.650.55%，粉煤灰篩余量小時取大值，篩余量大時取小值。為保證滿足澆注成型的穩定性，假設在同等水料比的前提下，越細的粉煤灰稠化過程越快。為使料漿稠化過程中發氣順暢，澆注穩定，細粉煤灰取大值。粉煤灰粗是易泌水、集料作用大，但粘性差，易造成塌模，粗粉煤灰取小值。從而使加氣混凝土獲得良好的氣孔結構及制品強度。干粉煤灰在加氣混凝土中一般選用原灰。如為分選灰一般選用

14、級粉煤灰。干粉煤灰使用時一定要粉煤灰的細度級配合理，要保持料漿足夠的陳化、均化時間。成品漿存在時間一般要超過兩小時以上再用。級粉煤灰過細，若篩余小于8%，除了增大水料比外必要時減少料漿用量，提高鈣硅比并提高燒注溫度，控制料漿的稠化和坯體的硬化速度。級粉煤灰工藝參數則反之，但級粉煤灰在使用時一般采用粉磨加工后使用，以達到最佳效果。1.2濕粉煤灰 電廠排出的粉煤灰懸浮液濃度一般較低，不宜直接使用，必須把過多的水分除掉。脫水后粉煤灰的濃度應按水料比的多少來確定允許的含水率。其水料比的確定視粉煤灰的細度定。電廠已排到儲灰場的濕粉灰一般應等待其自然沉降、澄干后再行利用。從儲灰場運回的粉煤灰，一般為灰渣混

15、排，灰場距灰管道出口處越遠粉煤灰約細，越近則越粗，應即時分析。濕粉煤灰除含水率比干粉煤灰高外，其他指標與干粉煤灰基本相同設計加氣混凝土參數時參照干粉煤灰工藝執行。2、 循環流化床鍋爐粉煤灰在加氣混凝土中的應用循環流化床產出的粉煤灰因玻璃微珠少、活性低、含碳量高、細度細、化學成分含量視燃料成分而波動，因此有一些循環流化床產出的粉煤灰不具備生產加氣混凝土或因生產成本太高而不被利用。2.1非脫硫灰 第一、其篩余量小，細度細，設計工藝參數時一般采用較大的水料比，以保證料漿稠化過程發氣順暢；第二，因微珠含量極少，雖然化學含量相同，但活性相差較大，再加含碳量高致使加氣混凝土產品強度低，一般采用加大鈣硅比，

16、提高水泥用量比例812%，以達到提高加氣混凝土產品強度的目的。2.2脫硫灰 脫硫灰CaO、SO3含量遠高于非脫硫粉煤灰，工藝參數應視其含量而定，由于灰中CaO的存在，在灰漿制備、儲存、輸送過程中易沉澄、板結形成堵塞。與此相關設備應定期清理，輸送管道的布置應盡量有一定斜度以防管道堵塞。SO3含量高時一般說明灰中石膏CaSO4成分多，在配置過程中應充分考慮此因素，若摻入過多的石膏，料漿在靜停時難以稠化及硬化，坯體難以形成多孔結構或氣孔不均勻，使坯體在蒸壓過程中產生裂紋，產品破壞。2.3高鐵粉煤灰 循環流化床鍋爐燃燒煤矸石時排放的粉煤灰一般為高鐵粉煤灰。煤矸石電廠原狀粉煤灰其顏色多為紅棕色或里紅色，

17、且細度細，Fe2O3的含量大于20%，。在設計加氣混凝土工藝參數時，除按前文非脫硫灰考慮后，應考慮Fe2O3對化學活性有不利影響，一般應加入適量的高效活性組分或加大水泥用量，以提高制品的強度。2.4其他品種粉煤灰a、高鈣粉煤灰，由于其含鈣量高一般大于20%，活性好，作為商業用粉煤灰用于水泥行業，加氣混凝土行業如使用經濟效益略差，一般不采用。b、低鈣粉煤灰，含鈣量低于10%，可以參照煤粉爐和循環流化床產出的粉煤灰在加氣混凝土中的工藝參數執行。c、高鋁粉煤灰，在內蒙中西部和山西北部的部分高鋁煤田，煤燃燒后產生高鋁粉煤灰，其含量大多在40%以上。氧化鋁含量的高低只與煤種有關，與鍋爐爐型無關。Al2O3與SiO2是混凝土中活性的有利成分，但Al2O3過高雖然從理論上能提高制品強度，但是從實際生產過程中因Al2O3含量高導致加氣混凝土坯體在蒸壓養護過程中產生化學反應不完全，而導致產品強度降低產生廢品。在工藝參數的設計時應考慮加大坯體的氣孔結構或摻配一部分低鋁粉煤灰再行生產。 結束語： 粉煤灰由于其燃料品種、電廠鍋爐型號、燃燒工況以及粉煤灰的形成、收集、儲存方式不同，其品質千差萬別，在加氣混凝土中應用時一定要認真分析，區別對待，及時掌握其變化情況。原則上，在制定工藝參數時要做到：一看，觀察顏色；二摸，手感粗細；三了解，進一步了解粉