煤粉中无机物成分、烧成灰渣的主要化学组成与水泥生料、烧成熟料的主要化学组成相似；煤灰渣的颗粒级配与水泥生料颗粒级配相似。因此开展电厂煤粉炉联产水泥熟料技术研究，利用灰渣形成与水泥熟料烧成过程的相似条件，在不改变锅炉结构和保证系统运行的前提下，通过在煤粉中掺入一定量的钙基物质和其他必要成分调整灰渣化学组成，改善传热、传质和反应条件，利用高温灰渣活性进行深度反应，改变灰渣矿物组成，在电力生产过程中可以联产出具有较高活性的水泥熟料。目前对电厂煤粉炉联产水泥技术的研究，已取得了一些进展和经验。
但在研究中缺乏对水泥主要原料和煤灰渣化学成分的比较，联产混合煤粉配料方案往往针对性较差，造成联产熟料品质较低，在实际工程中不易推广和应用。本研究在分析不同系列水泥熟料化学组成和矿物组成，进行水泥主要原料和煤灰渣化学成分比较基础之上，分析了高硫煤联产水泥熟料的可行性及联产品种，提出了高硫煤联产硫铝酸盐水泥熟料的配料方案，并在两段多相试验台开展了试验，获得了高硅硫铝酸盐水泥熟料。
1水泥熟料组成及其原料与煤灰渣成分比较不同系列水泥熟料的化学、矿物组成比较，硅酸盐水泥熟料中Al 2 O 3含量控制在4% 8%，铝酸盐水泥熟料和普通硫铝酸盐水泥熟料中SiO 2含量基本都在10%以内，这些组成特点主要是为了避免水泥熟料中2CaO A1 2 O 3 SiO 2的过多存在，影响水泥熟料性能。在硫铝酸盐水泥系列中，高铁、高硅、高钙三种硫铝酸盐水泥熟料的SiO 2含量都高于普通硫铝酸盐水泥熟料，其中高钙硫铝酸盐水泥熟料中SiO 2含量*高，高硅硫铝酸盐水泥熟料次之，高铁硫铝酸盐水泥熟料*少；熟料中A1 2 O 3的含量，高铁硫铝酸盐水泥熟料*高，高硅硫铝酸盐水泥熟料次之，高钙硫铝酸盐水泥熟料*少；熟料中CaO的含量，高钙硫铝酸盐水泥熟料*多，高铁硫铝酸盐水泥熟料和高硅硫铝酸盐水泥熟料相近。高铁硫铝酸盐水泥熟料中平均A/ S = 3 75，高钙硫铝酸盐水泥熟料中平均S/ A = 3 286；高硅硫铝酸盐水泥熟料中平均S / A= 1 06（本文按照惯例，以S代表SiO 2及其含量，A代表Al 2 O 3及其含量，C代表CaO及其含量）。
水泥原料与煤灰渣（以长广煤1300灰为例）成分比较，可以看出粘土和矾土除具有和煤灰渣低钙的化学组成特点外，粘土化学组成以SiO 2为主，S/ A = 4 13，富含SiO 2的粘土是硅酸盐水泥熟料烧制的主要原料，其高的S/ A符合高硅低铝的配料要求；矾土化学组成以Al 2 O 3为主，A/ S = 6. 42，富含Al 2 O 3的矾土是铝酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的主要原料，其高的A/ S满足高铝低硅的配料要求。煤灰渣的化学成分具有富硅高铝低钙的特点，S / A= 1. 64，A/ S= 0. 61.煤灰渣化学组成特点影响了其作为粘土和矾土的替代原料直接联产配料烧制硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料和普通硫铝酸盐水泥熟料。
2煤粉炉联产水泥熟料过程热力学分析及联产熟料品种的确定2. 1 CaO Al 2 O 3 SiO 2 CaSO 4系统主要化学反应及其反应自由焓变化根据热力学第二定律，任何一个化学反应总是朝着自由焓变化G为负的一方进行，如果相同的反应物可以形成几种不同的产物，则通过比较不同反应的G的大小，就可以确定不同反应发生的可能性顺序和反应生成物的稳定性大小。
利用表热力学数据可以对CaO SiO 2，CaO A1 2 O 3和SiO 2 A1 2 O 3三个二元系，CaO Al 2 O 3 SiO 2，CaO Al 2 O 3 CaSO 4和CaO SiO 2 CaSO 4三个三元系，CaO Al 2 O 3 SiO 2 CaSO 4一个四元系中的反应分别进行分析，确定各系统中在超快速升温条件下*可能优先发生的反应。四种*可能生成产物的反应及反应过程G随温度变化，可以看出，在1600左右，四个反应的G不在同一个数量级，生成2CaO A1 2 O 3 SiO 2和2Ca0 SiO 2反应的G接近，而比其余两反应的G高很多；生成莫来石3A1 2 O 3 2SiO 2反应的G值*低，反应趋势很差，通常只有在CaO含量很低的情况下才有可能形成，这与普通低钙粉煤灰中含有莫来石矿物相符。硫铝酸盐水泥生产实践表明，CaO Al 2 O 3 SiO 2三元系在900 950时反应生成2CaO A1 2 O 3 SiO 2；CaO Al 2 O 3 CaSO 4三元系在950 1000反应生成3CaO 3Al 2 O 3 CaSO 4；CaO SiO 2两元系在1050 1150时反应生成2CaO SiO 2.
通过热力学数据和实际反应过程分析可以认为，在超快速升温条件下，在极短的反应时间内，Ca Al 2 O 3 SiO 2 CaSO 4四元系在CaO相对过量时*可能优先发生的反应就是生成2CaO A1 2 O 3 SiO 2，其次是生成3CaO 3Al 2 O 3 CaSO 4，2CaO SiO 2和CaO A1 2 O 3.
化学反应的G随温度的变化2. 2高硫煤联产水泥熟料品种对于高硫煤电厂煤粉炉联产水泥熟料，根据配料要求，较多钙基添加原料掺入煤粉，灰渣的固硫率较高，灰渣中SO 3含量增加。又由于灰渣中Fe 2 O 3含量较少，其与Al 2 O 3形成的矿物结构类似，因此可以认为灰渣中主要氧化物构成了CaO Al 2 O 3 SiO 2 CaSO 4四元系。根据2.
1的分析，可以认为在超快速升温条件下，在极短的反应时间内，高硫煤电厂煤粉炉联产水泥熟料在CaO相对过量时*可能优先发生的反应就是生成2CaO A1 2 O 3 SiO 2，其次是3CaO 3Al 2 O 3 CaSO 4，2CaO SiO 2和CaO A1 2 O 3，即形成硫铝酸盐水泥熟料。
高硫煤电厂煤粉炉联产水泥熟料，由于粉煤灰的化学组成特点，形成的不是普通硫铝酸盐水泥熟料。由于灰渣中Fe 2 O 3含量较少，另外Fe 2 O 3的掺入可能导致灰渣熔点降低而增加灰渣结渣的可能，因此高硫煤电厂煤粉炉联产水泥熟料也不宜是高铁硫铝酸盐水泥熟料。如果生产高钙硫铝酸盐水泥熟料，为了形成3CaO SiO 2需添加大量CaO，与电厂煤粉炉联产水泥熟料行配料时应少加和不加配料的原则相悖，尽管配料中添加少量的萤石，熟料烧成温度在1300左右，较硅酸盐水泥熟料中形成3CaO SiO 2所需温度为低，但是高钙硫铝酸盐中CaO含量44% 84%，会对锅炉系统运行产生较大负面影响。煤灰渣富硅高铝，S / A = 1. 64，与高硅硫铝酸盐水泥熟料平均S / A = 1 06*为接近，生成高硅硫铝酸盐水泥熟料需掺入CaO的量适中，对锅炉系统的影响较小。
通过以上分析和比较，高硫煤电厂煤粉炉联产水泥熟料较为合适的选择是联产生成高硅硫铝酸盐水泥熟料。
3高硫煤联产水泥熟料配方的理论计算以下分析实例选用具有高灰高硫特点的浙江长广煤，其工业分析及煤灰化学成分。
长广煤S ad = 3. 69%，属于高硫煤，在联产水泥熟料时，掺入较大量的CaO后，灰渣中的SO 3将高于普通灰渣，加之煤灰渣具有高铝的特点，所以长广煤等高硫煤联产水泥熟料生料配方设计应按照硫铝酸盐水泥生料、熟料率值来进行。同时由于该煤灰渣富硅，故长广煤联产水泥熟料时，将形成高硅硫铝酸盐水泥熟料。
硫铝酸盐水泥熟料生产，以碱度系数C m、硫铝比P、铝硅比N三个率值来控制熟料成分和调整生料配比< 6>.长广煤联产高硅硫铝酸盐水泥熟料时取C m = 0. 95，P 3. 825，N暂且不考虑。由于煤灰渣中Fe 2 O 3很低，在配料计算中暂且不计。设长广煤掺加CaO为X，此时固硫率为Y.由C m = 0. 95可得X = 40. 86；由P 3. 825可得Y 31. 62%.即S ad = 3. 69%的长广煤联产高硅硫铝酸盐水泥熟料时，长广煤和CaO的配比为100 40. 86，CaO在混合煤粉中占29%，Ca/ S = 6. 5，煤粉炉的固硫率Y 31.
62%时可联产高硅硫铝酸盐水泥熟料。
由碱度系数可推出高硫煤联产硫铝酸盐水泥熟料CaO掺入量的计算公式：X= C m（0. 73A + 1. 87S）式中A是100份额高硫煤中的Al 2 O 3的量；S是100份额高硫煤中的SiO 2的量。
4高硫煤联产硫铝酸盐水泥熟料试验及结果分析在两段多相反应试验台进行长广煤联产水泥熟料试验研究。熟料样品定量分析结果见表6、7.熟料样品矿物与普通硫铝酸盐水泥熟料矿物组成差别如下。
本试验中，联产样品熟料矿物中存在一定数量的2CaO Al 2 O 3 SiO 2，可能是由于反应强度不足、反应时间较短、反应深度不够所致。而在水泥炉窑烧制硫铝酸盐水泥熟料过程中，反应进行的比较彻底，只要生料成分配比合适，水泥熟料中2CaO Al 2 O 3 SiO 2等过渡相大多会消失。
5结论本试验研究结果表明：利用煤灰渣形成与水泥熟料烧成过程的相似条件，在不改变锅炉结构和保证系统运行的前提下，通过在高硫煤粉中掺入一定量的钙基物质和其他必要成分调整灰渣化学组成，利用高温灰渣活性进行深度反应，改变灰煤渣的矿物组成，可以直接将电力生产过程中灰渣的形成与水泥熟99第1期焦有宙等：电厂煤粉炉联产高硅硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程合二为一，实现煤灰渣的源消减合源利用。此技术研究，与当前大力发展循环经济和建设节约型社会的内涵相一致，将为电力工业实现清洁生产，把电力生产和水泥生产纳入循环经济环节之中提供技术支撑。
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