中国建筑材料联合会协会标准doc.docx
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中国建筑材料联合会协会标准doc
中国建筑材料联合会协会标准
《用于水泥中的循环流化床锅炉飞灰和底渣》
编制说明
标准编制工作组
建筑材料工业技术情报研究所
2019年7月
《用于水泥中的循环流化床锅炉飞灰和底渣》
协会标准编制说明
1工作简况
1.1任务来源
中国建筑材料联合会发布的《关于下达2017年第四批协会标准制定计划的通知》（中建材联标[2017]130号），《用于水泥中的循环流化床飞灰和底渣》被批准立项，计划号为“2017-72-xbjh”，由建筑材料工业技术情报研究所负责组织标准的编制工作，要求在一年内完成标准编制。
1.2本标准主要起草单位
本标准负责起草单位：
建筑材料工业技术情报研究所、华东理工大学、晋能电力集团有限公司，中国平煤神马能源化工集团有限责任公司。
本标准参加起草单位：
西南科技大学、西安建筑科技大学、中国建筑科学研究院有限公司、中国建筑材料科学研究总院有限公司、北京建筑材料科学研究院有限公司、山西国金电力有限公司、山西国峰煤电有限责任公司、中北大学、武汉理工大学、重庆大学、太原锅炉集团有限公司、兰州金建捷物资有限公司、河北省建筑材料工业设计研究院、山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司、北京国电富通科技发展有限责任公司、杭州杭联热电有限公司、国投盘江发电有限公司、内蒙古自治区建材产品质量检验院、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、华电电力科学研究院有限公司。
本标准主要起草人：
乔秀臣、吴小缓、廖述聪、袁鹏、王大力、史晓文、柳成亮、李军、李毛、王智、周永祥、宋学峰、周明凯、黄中、郑东锋、韩立鹏、梁洲辅、国爱丽、韩涛、朱文尚、周帅、郝海俊、范建国、温茂、王新英、侯益铭、李新生、吴俊、杨森、吕有厂、张登跃、李广建、周云辉、胡延韶、崔喜军、王旭峰、王林山、张克英、陈仕国。
1.3主要工作过程
2017年12月本标准由中国建筑材料联合会批准立项，2018年3月16日由建筑材料工业技术情报研究所组织，在北京召开了标准启动会，成立了标准编制起草组，各参编单位相关负责人共计30余人出席会议。
各参会代表就标准初步草稿各项内容逐一进行了探讨，纷纷提出了各自的意见和看法，对标准应用过程中可能遇到的问题进行了深入交流，并统一了意见，确立了第一轮验证试验工作计划及任务分工，并在全国范围内向循环流化床锅炉电厂征集灰渣样品。
2018年7月27日在山西太原召开了第二次标准研讨会，各参编单位相关负责人共计27人出席了会议。
本次会议就第一轮试验的试验方法和试验结果进行了深入讨论交流，与会人员根据自己的试验情况和遇到的问题，纷纷提出自己的看法和建议，对试验方法逐条进行了梳理和讨论，并形成了统一意见。
会议也制定了详细的第二轮试验计划和任务安排。
2018年9月14日在山西朔州召开了第三次标准工作会议，各参编单位共计31人参加了会议，会议主要就第一轮试验样品90天抗折强度问题，进行了深入讨论和交流，对第二轮试验注意事项进行了详细探讨，并达成了统一意见。
2019年3月，在河南郑州召开了第四次标准工作会议，共计30余人参加了会议，根据第二轮验证试验情况，广泛听取了各参编单位的意见和建议，经编制组反复讨论和研究，确定了标准内容草稿，达成了统一意见。
2标准编制原则和主要内容的依据说明
2.1标准编制原则
本标准根据GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：
标准的结构和编写》进行编制，并严格按照工信厅科[2009]87号文件相关要求进行标准的编写制定工作。
标准编制过程中，遵从了借鉴国内外先进标准原则、技术创新原则、与其他标准协调性原则、标准文本规范性与适用性原则和突出产品技术性原则。
2.2制定目的与意义
循环流化床锅炉（circulatingfluidizedbed简称CFB）可以大量消纳低热值煤或煤系固废，同时通过引入炉内脱硫或烟道烟气脱硫实现烟气硫排放有效可控，成为我国燃煤热电厂近15年来最普遍采用的燃烧技术。
但是较低的燃烧温度（730–950℃）和全新的脱硫方式，导致CFB飞灰和底渣（简称CFB灰渣）成为一种全新的电厂固废：
首先CFB灰渣占燃煤量的百分比是煤粉炉的2倍以上；其次，CFB燃烧温度远低于煤粉炉的1200-1600℃，CFB灰渣不存在熔融相，硅酸盐矿物主要以煤炭中粘土矿物失水与相转变而形成的疏松多孔物料和由煤炭中的石英矿物为主；此外，因满足烟气硫排放标准而配套的炉内脱硫工艺或烟气半干法脱硫工艺，导致CFB灰渣中含有大量氧化钙、氢氧化钙、硬石膏和碳酸钙等物质。
新修订的“用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2017”对粉煤灰的定义中，明确指出不包括循环流化床锅炉燃烧收集的粉末。
目前我国CFB灰渣年排放量已超过1亿吨，由于缺乏应用规范，CFB灰渣主要以堆存为主。
大量CFB灰渣堆积不仅占用大量土地，还形成潜在的环境污染压力；同时，缺乏规范指导的滥用也给工程或产品质量带来隐患。
CFB灰渣的科学规范利用已经成为火电企业永续发展和降低环境污染风险的必要条件。
诸多研究和实践证明，CFB灰渣具有火山灰活性，是一种潜在的活性混合材，而且经过适当物理和化学处理，CFB灰渣能够在水泥和混凝土中得到有效利用，并能发挥特有的性能。
但是未燃炭、游离氧化钙、总硫含量等究竟如何影响CFB灰渣的应用性能，指标范围是多少合适等成为CFB灰渣应用的瓶颈。
本标准的制定，可以有效规范和引导CFB灰渣的综合利用，提高CFB灰渣利用技术水平，减轻环境污染负荷，避免因盲目使用而带来的工程隐患。
2.3主要内容
2.3.1范围
本标准适用于水泥生产中作为活性混合材料的循环流化床锅炉飞灰和底渣。
2.3.2规范性引用文件
本标准共引用了17个国家及行业标准。
包括以下标准：
GB175通用硅酸盐水泥、GB/T176水泥化学分析方法、GB/T1345水泥细度检验方法筛析法、GB/T1346水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法、GB/T1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰、GB/T2419水泥胶砂流动度试验方法、GB/T5483天然石膏、GB/T5484石膏化学分析方法、GB6566建筑材料放射性核素限量、GB12573水泥取样方法、GB/T17671水泥胶砂强度检验方法（ISO法）、GB/T21372硅酸盐水泥熟料、GB/T27761热重分析仪失重和剩余量的试验方法、GSB08-1337中国ISO标准砂、GSB08-2506粉煤灰细度标准样品、GSB14-1510强度检验用水泥标准样品、JC/T478.2建筑石灰试验方法。
2.3.3术语和定义
循环流化床锅炉飞灰和底渣，分别是指燃煤电厂循环流化床锅炉烟道气体经除尘收集的粉末和锅炉底部排出的底渣，在本标准中分别简称飞灰和底渣。
2.3.4技术要求及试验方法
经多次实地调研考察实际应用情况，在全国范围内广泛征集了灰渣样品，在参考国内外相关现行的测试方法及标准基础上，经过两轮长周期验证试验，以及多次标准工作会议讨论，最终确定了本标准的各项技术指标要求。
本标准规定了循环流化床飞灰和底渣的未燃炭、附着水量、游离氧化钙、安定性、总硫含量等性能指标，具体内容及说明如下：
1、未燃炭
飞灰和底渣中未燃炭含量主要影响其需水量和反应活性，未燃炭含量越高，孔隙越多，需水量越高，反应活性越低，因此控制飞灰和底渣的未燃炭含量非常重要。
通过对全国范围内的飞灰和底渣样品试验分析及其锅炉工况分析，发现飞灰和底渣中未燃碳质量分数最高不超过3%，大部分小于0.5%。
考虑到煤种及锅炉工况的波动性，并参考相关标准，本标准规定未燃炭含量≤3%。
循环流化床锅炉在煤炭燃烧过程中炉内会加入超过理论Ca/S的石灰石作为脱硫剂，飞灰和底渣中会含有未燃炭、碳酸钙/镁和氢氧化钙/镁等，如果采用传统空气气氛下高温灼烧测定烧失量的方法测定未燃碳，则会因碳酸钙/镁和氢氧化钙/镁的分解而对结果造成显著干扰。
为了消除干扰，本标准采用热重分析法测试未燃炭含量，测试气氛分别为空气和氮气，将两种气氛下测试所得飞灰或底渣质量损失之差，再加上飞灰或底渣中CaSO3氧化生成CaSO4增加的质量即为未燃炭含量。
2、附着水量
飞灰和底渣的附着水量主要影响其在水泥应用中的配料、储存和运输等，从飞灰和底渣样品验证试验来看，附着水含量大部分小于1%，个别样品附着水量介于1%-2%。
目前飞灰和底渣排放主要为干排，为了避免扬尘，会撒水控尘。
针对以上情况，本标准规定附着水量≤2%。
因为飞灰和底渣中可能含有部分亚硫酸钙结晶水，所以本标准规定测试温度控制在45℃±3℃，避免结晶水失去引入误差。
3、游离氧化钙
游离氧化钙含量对于飞灰和底渣的应用非常重要，涉及到水泥应用中的体积稳定性。
由于循环流化床锅炉的工况温度通常在730–950℃，在此温度范围，碳酸钙分解形成的氧化钙大部分具有JC/T478.2规定的有效氧化钙活性，而非经过高温烧结形成的惰性游离钙。
所以按照GB/T176测定游离钙的方法，得到的是包含惰性游离钙和活性氧化钙在内的总氧化钙量。
为此，本标准游离氧化钙测试方法为：
按GB/T176的乙二醇法测定飞灰和底渣中的总氧化钙量，按JC/T478.2测定有效活性氧化钙，二者之差定为游离氧化钙。
飞灰和底渣中游离氧化钙含量主要与锅炉燃烧温度及脱硫工艺有关，从验证试验来看，满足本标准规定的游离氧化钙含量≤2%的飞灰和底渣样品合格率约为64%。
部分电厂超高的Ca/S比和超过1000℃的燃烧温度，导致相应飞灰和底渣中游离氧化钙含量高。
综合使用安全性和目前飞灰和底渣的实际情况，本标准规定飞灰和底渣中游离氧化钙含量≤2%。
4、安定性
安定性为作为水泥应用的安全性指标，必不可少。
从飞灰和底渣样品验证试验来看，97%以上均表现为安定性合格，没有出现膨胀开裂的现象。
参考GB/T1596，本标准规定安定性测试采用雷氏夹法，沸煮后增加距离≤5mm。
5、总硫含量
研究表明，亚硫酸盐与铝酸钙同样会发生水化反应，先生成钙矾石（AFt），然后转变为AFm。
因此，对于飞灰和底渣应该把亚硫酸盐的硫也加以控制，并折合成三氧化硫统计。
根据GB175《通用硅酸盐水泥》火山灰质硅酸盐水泥中SO3不大于3.5%，然后根据灰渣样品90天抗折强度增长率试验结果，本标准规定飞灰或底渣掺入熟料后所制备的水泥中的总SO3含量不大于3.0%，飞灰或底渣中亚硫酸盐SO2含量乘以1.25后计入总SO3。
测试方法按照GB/T5484进行。
3试验验证情况分析
为最大限度的保证标准的科学性、适用性和合理性，在全国范围内广泛征集了试验所需的循环流化床灰渣样品。
标准编制组研究讨论确定了样品提供单位及样品检测单位，并制定了详细的验证试验方案，进行了大量验证试验。
3.1验证试验样品提供单位和检测单位
样品提供单位来自全国范围内共计23家电厂，分别提供了飞灰和底渣，共计45个样品，具体样品提供单位名称及编号如下：
编号
单位名称
CFB-1
晋能大土河热电有限公司
CFB-2
山西国锦煤电有限公司
CFB-3
山西国峰煤电有限责任公司
CFB-4
山西国金电力有限公司
CFB-5
山西耀光煤电有限责任公司
CFB-6
云南大唐国际红河发电有限责任公司
CFB-7
杭州杭联热电有限公司
CFB-8
中国石油化工股份有限公司广州分公司自备电厂
CFB-9
中煤陕西榆林能源化工有限公司自备电厂
CFB-10
青海盐湖工业份有限公司热电厂
CFB-11
山西河坡发电有限责任公司
CFB-12
陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司
CFB-13
神华神东电力萨拉齐发电厂
CFB-14
辽宁沈煤红阳热电有限公司
CFB-15
辽宁阜新矿业（集团）有限责任公司煤矸石热电厂
CFB-16
山东王晁煤电集团热电公司
CFB-17
内蒙古大路煤矸石热电厂
CFB-18
枣庄矿业（集团）有限责任公司自备电厂
CFB-19
佳木斯中恒热电有限公司
CFB-20
国投盘江发电有限公司
CFB-21
太原锅炉集团有限公司自备电厂
CFB-22
山西平朔煤矸石发电有限责任公司
CFB-23
华电国际电力股份有限公司朔州热电分公司
本标准试验验证单位包括科研院所及企业共计16家，单位名称和编号如下：
编号
单位名称
A
华东理工大学+山西国峰煤电有限责任公司
B
西南科技大学
C
重庆大学
D
中国建筑科学研究院有限公司
E
河北省建筑材料工业设计研究院
F
内蒙古自治区建材产品质量检验院
G
北京建筑材料科学研究院有限公司
H
中国建筑材料科学研究总院有限公司
I
西安建筑科技大学
J
中北大学
K
山西国金电力有限公司
L
西卓子山草原水泥集团包头三固公司
M
福建农林大学
N
华电电力科学研究院有限公司
O
武汉理工大学
P
山西平朔煤矸石发电有限责任公司
3.2验证试验结果与分析
标准编制组共进行了两轮验证试验，具体试验情况如下。
3.2.1第一轮试验
第一轮试验逐一验证了本标准的各项技术指标要求，包括：
未燃炭含量、附着水含量、灰渣硫含量、游离氧化钙含量、安定性、90天抗折强度增长率等指标。
所用熟料和石膏分别由包头三固水泥和河南嵩基水泥提供，化学组成如下：
熟料和石膏化学组成
LOI
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
熟料
1.20
21.57
5.72
4.28
64.59
0.62
0.97
石膏
20.67
9.51
2.24
0.71
28.42
1.89
36.36
对比样品使用硅酸盐水泥熟料，添加石膏量以对比样品中总SO3含量≦3.0%计。
试验样品熟料和灰渣按7:
3比例混合，试验样品中总SO3含量与对比样品应一致，不足的用石膏补足。
具体验证试验数据如下：
（1）未燃炭含量%
编号
A
G
O
CFB-1
飞灰
0
底渣
0.4
CFB-2
飞灰
1.1
底渣
1.3
CFB-3
飞灰
0.1
底渣
0.2
CFB-4
飞灰
0.6
底渣
0.6
CFB-5
飞灰
0.3
底渣
0.5
CFB-6
飞灰
0.4
底渣
0.2
CFB-7
飞灰
1.5
底渣
1.3
CFB-8
飞灰
0.8
底渣
1.4
CFB-9
飞灰
0.3
底渣
0.6
CFB-10
飞灰
2.6
底渣
1.5
CFB-11
飞灰
0.1
底渣
0.2
CFB-12
飞灰
0.1
底渣
0
CFB-13
飞灰
0.1
底渣
0.2
CFB-14
飞灰
0.9
底渣
0.8
CFB-15
飞灰
1.7
底渣
0.9
CFB-16
飞灰
1.4
底渣
1.2
CFB-17
飞灰
1.6
底渣
2.2
CFB-20
飞灰
0.4
底渣
0
CFB-21
飞灰
0
由上表数据，飞灰和底渣所有样品未燃炭都在3%以下，90%的样品未燃炭都在2%以下，满足本标准规定的未燃炭含量≤3%。
（2）附着水含量%
编号
A
B
E
F
I
K
N
CFB-2
飞灰
0.2
底渣
0.2
CFB-3
飞灰
0.13
底渣
0
CFB-4
飞灰
0
底渣
0
CFB-5
飞灰
0.2
底渣
0.2
CFB-6
飞灰
0.3
底渣
0.4
CFB-7
飞灰
0.52
底渣
0
CFB-8
飞灰
0.4
底渣
0.4
CFB-9
飞灰
0.1
底渣
0
CFB-10
飞灰
0.2
底渣
0.1
CFB-12
飞灰
0
底渣
0.15
CFB-13
飞灰
0.15
底渣
0.09
CFB-14
飞灰
0.2
底渣
0.3
CFB-15
飞灰
0.3
底渣
0.4
CFB-16
飞灰
0.2
底渣
0
CFB-17
飞灰
1.4
1.4
底渣
0.38
CFB-18
飞灰
0.1
底渣
0
CFB-19
飞灰
1.76
底渣
0.4
从飞灰和底渣样品验证试验数据来看，附着水含量基本都小于1%，个别样品附着水量在1%-2%之间。
目前电厂灰渣排放主要为干排，为了堆存避免扬尘，会在表面进行少量撒水。
针对以上情况，本标准规定附着水量≤2%，试验结果满足标准规定要求。
（3）游离氧化钙含量%
编号
A
B
E
F
G
I
K
N
CFB-1
飞灰
0
底渣
0.7
CFB-3
飞灰
1.8
底渣
3.2
CFB-4
飞灰
0.3
底渣
5.4
CFB-5
飞灰
2.1
底渣
2.2
CFB-6
飞灰
4.6
底渣
10.8
CFB-7
飞灰
3.0
底渣
1.8
CFB-8
飞灰
16.8
底渣
15.3
CFB-9
飞灰
4.5
底渣
6.0
CFB-10
飞灰
0.8
底渣
0.5
CFB-11
飞灰
0.6
底渣
1.1
CFB-12
飞灰
0.1
底渣
0.1
CFB-13
飞灰
3.4
底渣
4.5
CFB-14
飞灰
0.1
底渣
0.1
CFB-15
飞灰
3.1
底渣
0.2
CFB-16
飞灰
0
底渣
0.4
CFB-17
飞灰
0.6
底渣
0
CFB-18
飞灰
1.0
底渣
0.1
CFB-19
飞灰
0.5
底渣
0.6
从试验结果可以看出，满足本标准规定的游离氧化钙含量≤2%的飞灰和底渣样品合格率约为64%，虽然有超过30%左右的样品达不到要求，但是游离氧化钙作为水泥安定性重要的衡量指标，涉及水泥使用的安全性，应严格规定，因此本标准规定的指标是合理的。
（4）安定性
编号
F
G
I
K
N
CFB-1
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-3
飞灰
合格
底渣
CFB-4
飞灰
合格
合格
底渣
合格
合格
CFB-5
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-6
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-8
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-9
飞灰
合格
合格
底渣
合格
不合格
CFB-10
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-12
飞灰
合格
合格
底渣
合格
合格
CFB-13
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-14
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-15
飞灰
合格
合格
底渣
合格
合格
CFB-16
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-17
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-18
飞灰
合格
底渣
合格
CFB-19
飞灰
合格
底渣
合格
从试验结果看，所有样品测试结果显示97%的样品安定性合格，说明飞灰和底渣的氧化钙主要为JC/T478.2中规定的有效钙，前期参与了水化反应，不会后期膨胀引起安定性不良，因此与前面游离氧化钙的含量的限制相结合，循环流化床飞灰和底渣的应用基本不存在安定性不良的问题。
（5）灰渣硫含量%
编号
B
D
E
F
G
I
K
N
CFB-1
飞灰
5.7
底渣
6.7
CFB-2
飞灰
2.4
底渣
2.6
CFB-3
飞灰
7.9
底渣
12.9
CFB-4
飞灰
10.0
底渣
11.5
CFB-5
飞灰
2.1
底渣
2.0
CFB-6
飞灰
16.3
底渣
23.3
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