【案例名称】用于水泥中的循环流化床锅炉灰渣

　　【主编单位】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

　　【标准介绍】本文件规定了用于水泥中的循环流化床锅炉灰渣的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输和贮存。本文件适用于水泥生产中作为混合材的燃煤循环流化床锅炉灰渣。

　　一、编制背景

　　我国每年循环流化床锅炉灰渣排放量是相同发电规模煤粉炉电厂的2~5倍，年排放量已超过1亿吨，积压堆贮会造成严重环境危害和面临巨大工程风险。自GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中明确规定循环流化床锅炉燃烧收集的粉末不属于粉煤灰后，原本在山西、内蒙和四川等地已经有水泥厂在规模化应用的循环流化床锅炉灰渣存在缺乏标准可依的情况。因此，急需制定相关标准来指导和规范循环流化床锅炉灰渣的利用。

　　二、标准关键技术指标

　　1. 提出未燃炭含量概念以及测试方法

　　采用热重分析法测试未燃炭含量，高温条件下，灰渣分别在空气和氮气气氛中质量损失之差，即为灰渣中未燃炭含量。传统方法一般以烧失量作为循环流化床锅炉灰的评价指标，往往显示烧失量较高，但是这并不是实际情况，因为循环流化床锅炉在煤炭燃烧过程中炉内会加入石灰石作为脱硫剂，灰渣中会含有未燃炭、CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2和Mg(OH)2等在高温下发生灼减的物质，如果采用传统空气气氛下高温灼烧法测定烧失量来表征未燃碳，会因CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2和Mg(OH)2的分解而对结果造成显著干扰。

　　2. 提出有害氧化钙概念以及测试方法

　　遇水难以水化的氧化钙称为有害氧化钙。按传统方法测试循环流化床锅炉灰渣的游离氧化钙，往往较高，但是循环流化床锅炉的工况温度通常控制在730℃—950℃，在此温度范围，碳酸钙分解形成的氧化钙大部分是符合JC/T 478.2规定的有效氧化钙，有很好的反应活性。而高温形成的过烧氧化钙遇水难以水化，在后期容易产生安定性不良。本标准规定了有害氧化钙测试方法为：按GB/T 176乙二醇法测定灰渣中的总氧化钙量，按JC/T 478.2测定有效活性氧化钙，二者之差为有害氧化钙。

　　3. 提出总硫含量的概念及测试方法

　　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），然后转变为单硫型硫铝酸钙（AFm）。灰渣中含有CaSO4和CaSO3，均会对水泥凝结时间、早期强度和长期稳定性等产生影响。因此本标准将灰渣中SO2和SO3全部纳入考量，将SO2中的硫折算成SO3来计算，SO2摩尔质量为64g/mol ，SO3摩尔质量为80g/mol，SO3摩尔质量为SO2摩尔质量的1.25倍，因此创新性定义了总硫含量为SO3质量分数与1.25倍SO2质量分数之和。

　　三、解决的关键问题

　　针对我国建材行业循环流化床灰长期以来缺乏统一标准的现状，建立了完善的产品评价体系。该体系涵盖了附着水含量、未燃炭含量、有害氧化钙含量、氧化镁含量、总硫含量以及半水亚硫酸钙含量等诸多关键技术指标，为灰渣产品的应用提供了坚实的技术支撑，有效填补了行业技术空白，推动了建材行业的可持续发展。

　　四、工程应用案例

　　目前我国循环流化床锅炉灰渣年排放量已超过1亿吨，主要分布在山西、内蒙、贵州、四川、河南、河北等地，利用循环流化床锅炉灰渣的高钙、高硫、高活性且具备一定的水硬活性的特点，直接用于制造水泥。以山西为例，相关企业通过熟料预烧和反复试验，合理调整灰渣在水泥中平均配料比例，定制出道路基层专用缓凝硅酸盐水泥并投放市场，灰渣配比超40%，年利用灰渣10万吨；通过标准质量指标控制灰渣生产，替代水泥作为新型胶凝材料，广泛应用在矿坑土壤加固工程、填充采空区、防渗墙，以及公路铁路建设中。循环流化床锅炉灰渣的广泛应用既可为当地工业固废的综合利用提供了一个切实可行的方向，又为当地水泥和混凝土的技术进步和碳减排工作做出了巨大贡献。

图1 道路填筑和路面基层材料（应用于晋中昔榆高速公路等项目）

图2 生态水泥主要原料（应用于吕梁209国道、采空区注浆等各类工程）

　　五、标准应用效益

　　1. 经济效益。

　　循环流化床锅炉灰渣作为一种新型特殊的活性混合材，具有良好火山灰活性，生产的生态水泥生产成本低，且性能好，可以产生良好的经济效益。以生产100万吨灰渣生态水泥产品计，可消耗循环流化床灰约30万吨，脱硫石膏约5万吨，可为固废排放企业节约环保税约900万元；可节约水泥熟料约30万吨，可节约成本超6千万元。

　　2. 社会效益。

　　循环流化床锅炉灰渣生态水泥作为新型低碳胶凝材料，相较于传统水泥，在制备过程中大量引入了难以利用的循环流化床锅炉灰渣工业固废。不仅降低了水泥企业单位水泥熟料的使用量，还显著提高了水泥粉磨过程中固废资源替代熟料的比重，有效降低了水泥产品中的熟料系数，减少了水泥熟料的消耗量，同时提升了固废的利用水平。为工程建设行业践行国家“双碳”战略目标、节约土地资源提供了切实有效的途径，是推动行业绿色转型的重要举措。

　　3. 环境效益。

　　通过促进循环流化床灰在水泥中的应用能显著降低灰渣堆积对土地的占用和环境污染，减少因填埋造成的土壤、水体污染及扬尘问题。通过替代天然原材料，降低石灰石开采和水泥生产中的碳排放，可以推动行业低碳转型。该标准的实施将规范循环流化床灰渣在水泥中的应用，提高其综合利用率，改善生态环境，为水泥行业的绿色发展和全社会的环保意识提升提供有力支持，对促进我国工业固废的资源化利用具有重要意义。