超細粉煤灰粉磨系統初探

李忠文　尹星

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

超細粉煤灰粉磨系統初探

李忠文尹星

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

通過對超細粉煤灰粉磨系統的建設必要性、應用前景、生產系統配置、投資及經濟效益進行分析，提出了新時期粉煤灰資源綜合利用的新思路、新方法，項目的建設具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益，在火力發電行業、建材行業具有一定的推廣價值。

粉煤灰；超細粉煤灰；粉磨；資源綜合利用

1　超細粉煤灰粉磨系統的必要性

粉煤灰是火力發電廠生產過程中排放的工業副產品，具有排放量大、占地面積大、易揚塵等特點。近年來，全國多地連續出現霧霾、揚塵天氣之后，全國各地都加大了對高耗能、高污染企業的整治力度，滿足環保要求已經成為一個企業立足和發展的必要條件。對于火電企業而言，粉煤灰的綜合利用不僅是挖掘內部潛力、提高經濟效益的有效方法，也是減少污染物排放、改善環境的必要措施。

目前，建材行業是消納粉煤灰的主力軍，水泥企業、粉煤灰磚廠消耗了每年產生的70%以上的粉煤灰。隨著用電量的不斷攀升，發電企業粉煤灰排放量持續增大，但下游水泥企業、粉煤灰磚廠受房地產行業不景氣的影響普遍開工率不足，粉煤灰消耗量逐年減少，粉煤灰銷售價格也一落千丈。粉煤灰排放問題再一次擺在了發電企業和政府面前，如何進一步提高粉煤灰資源綜合利用水平已經成為亟待解決的問題［1］。

2　粉煤灰的分類

粉煤灰是指煤粉爐煙道收集的粉末，粉煤灰按煤種和氧化鈣含量可以分為F類和C類。F類粉煤灰是指由無煙煤及煙煤燃燒產生的飛灰，C類粉煤灰是指由褐煤及次煙煤燃燒產生的飛灰（氧化鈣含量一般大于10%），采用物理方法將粉煤灰磨細后，稱之為磨細粉煤灰。

根據GB/T51003-2014《礦物摻合料應用技術規范》，磨細粉煤灰根據細度、需水量比、燒失量的不同可以分為磨細I級灰和磨細II級灰。磨細I級灰需要滿足比表面積≥600m2/kg、需水量比≤95%、燒失量≤5%。磨細II級灰需要滿足比表面積≥400m2/kg、需水量比≤105%、燒失量≤8%。本文所指的超細粉煤灰即是磨細I級灰。

3　超細粉煤灰的應用

當粉煤灰磨細在400～600m2/kg時，伴隨比表面積的增大，粉煤灰活性有所增加。粉煤灰發揮作用的因素是化學因素，由于受煤種、粉磨、煅燒、冷卻等因素的影響，粉煤灰的活性差異比較大，質量處于無序狀態。當粉煤灰進一步磨細，比表面積在600m2/kg以上時，粉煤灰受化學作用的影響減小，物理作用（細度及顆粒形態）得以充分發揮，從而使得粉煤灰質量穩定有序，需水量比普遍降低10%，可以極大地改善粉煤灰性能。

3.1在混凝土行業的應用

據大量實驗表明，超細粉煤灰在混凝土中的性能優勢較普通粉煤灰更為明顯。配置普通或者高性能混凝土時，能大大改善混凝土的耐久性、耐高溫性，不沁水、不開裂，在一定摻量范圍內不僅可以滿足混凝土的強度要求，而且在長時間標準養護條件下還表現出比普通混凝土更高的強度。超細粉煤灰代替部分水泥在混凝土中的應用，既能滿足生產和生活對混凝土的安全使用要求，也能降低混凝土攪拌站的生產成本。經混凝土攪拌站實際化驗數據驗證，比表面積≥600m2/kg的超細粉煤灰需水量比≤85%，遠低于分選一級灰需水量比92%，更低于粉煤灰原灰需水量比98%，故超細粉煤灰在混凝土攪拌站具有較好的利用前景［2］。在礦渣資源相對緊缺的地區，超細粉煤灰可以替代S95級礦粉，超細粉煤灰生產企業也將獲得超額的利潤。

3.2在水泥行業的應用

在水泥生產中，超細粉煤灰可以優化水泥的配比。F類粉煤灰活性相對較低，故在水泥中的摻加量受到嚴格限制。超細粉煤灰的出現可有效彌補上述缺陷，采用超細粉煤灰可生產低熟料用量、高性能粉煤灰水泥，該水泥品種具有良好的體積穩定性和耐久性，其主要原因是：粉煤灰水泥的水化產物多為外部水化產物，引起的化學收縮較小，K+、Na+進入C-A-S-H凝膠層間，水化產物層間結合力增強，從而提高了水化產物抵抗體積變形的能力；水化早期少量水泥熟料水化，使漿體逐漸硬化（漿體結構形成），后期水化持續進行且速率較大（超細粉煤灰開始水化），大量水化產物填充于漿體孔隙中，使漿體結構較為均勻、密實，漿體內部應力較小且分布均勻，從而改善了粉煤灰水泥漿體體積穩定性和耐久性，同時降低水泥生產過程中的能源消耗和污染物排放，有利于水泥企業降低生產成本。超細粉煤灰在水泥行業的廣泛應用將極大地節約資源、能源消耗，減少CO2排放量，可有效推動“可持續發展”、“節能減排”、“低碳經濟”等基本國策的實施，具有良好的經濟、生態和社會效益。

4　超細粉煤灰生產系統簡介

粉煤灰磨細系統一般采用球磨機系統進行粉磨，可分為開路系統和閉路系統兩種。開路系統具有操作簡單、維護成本低等諸多優點，目前在國內被廣泛采用，主要用于生產磨細II級灰。閉路系統具有產量高、能耗低、產品質量穩定等特點，超細粉煤灰粉磨系統一般采用閉路系統。鑒于粉煤灰較難粉磨，球磨機一般選用超長型，選粉機可采用中國建筑材料研究總院研發的空氣噴射性選粉機，粉煤灰細度可以滿足比表面積≥600m2/kg，達到GB/T 51003-2014《礦物摻合料應用技術規范》要求［3］。

以年產30萬t超細粉煤灰為例，粉磨設備采用φ3.2×17.5m球磨機，磨機電機2250kW，兩端支撐方式采用滑履裝置支撐，研磨體約180t；選粉機選用JS-70空氣噴射性選粉機，處理風量：140000～180000m3/h；磨細I級灰產量可達40～45t/h。目前，該系統已在陜西建業環保有限公司、寧夏錦繡集團、安徽省淮南市永科新型建材有限公司等企業成功應用，磨細I級灰粉磨電耗≤62kWh/t，生產線運營良好，產品質量穩定，受到下游水泥企業及混凝土攪拌站的一致好評。

如發電企業考慮新建超細粉煤灰生產線，可以考慮在粉磨前增加粉煤灰分選設備，分選I級灰可直接作為成品銷售，將粉煤灰分選系統產生的粗灰用于生產超細粉煤灰，這樣可以節約全廠總電耗，產生更好的經濟效益。另外，該系統也可以用來生產磨細II級灰，產量可提高到110～120t/h，粉磨電耗≤25kWh/t。生產企業可以根據當地市場需求情況生產不同的產品，實現產品的多樣化，提高企業適應市場的能力和抗風險能力［4］。

5　投資及效益分析

仍以年產30萬t超細粉煤灰 （磨細I級灰）生產線為例，不考慮前端粉煤灰儲存及配料庫、后端成品儲存及散裝，僅粉磨車間設備投資約1200萬元，土建安裝工程投資約400萬元，工程建設其他費用約100萬元，粉磨系統總投資約1700萬元。如考慮前端、后端裝置，預計總投資在3000萬元左右。

項目建成后，可年產磨細I級灰30萬t，按目前較為保守的市場價120元/t計算，預計每年可收入約3600萬元。根據該類企業生產過程消耗指標，預計單位產品總成本費用約為80元/t（見表1）。

表1　磨細Ⅰ級灰噸生產成本構成表（單位：元/t）

經初步測算，年產30萬t超細粉煤灰生產線正常生產，年預計可實現年利潤總額1200萬元，年利稅總額約600萬元，年凈利潤900萬元。項目財務內部收益率30%，靜態投資回收期約3.8年，生產能力達到總生產能力的40%即可實現盈虧平衡。

6　結語

粉煤灰的綜合利用已經有數十年的歷史，但隨著社會的發展，簡單的、粗放的綜合利用方式已經不滿足時代的需要。超細粉煤灰具有良好的物理、化學性能，可以改善混凝土的性能，提高粉煤灰在水泥生產中的摻加量，降低下游企業生產成本。超細粉煤灰的大量使用既解決了粉煤灰的排放問題，也降低了水泥、混凝土生產過程中的能源消耗，具有良好的環境效益和社會效益。

［1］張輝.火電廠加裝粉煤灰磨細系統的經濟效益及社會效益分析［J］.價值工程，2013（33）.

［2］方景光.粉磨工藝及設備［M］.武漢理工大學出版社，2002，3.

［3］王福元，吳正嚴.粉煤灰利用手冊［M］.中國電力出版社，2004（10）.

［4］張同生.水泥熟料與輔助性膠凝材料的優化匹配［D］.華南理工大學，2012.