一种新型粉煤灰质混合材在通用水泥粉磨生产中的应用探讨

王基弘，张海彬

（胜利油田营海实业集团有限公司，山东 东营 257000）

0 引言

目前水泥生产行业由于产业政策的调整，已经面临更加激烈的竞争局面，因为没有熟料资源，他们只能通过不断降低粉磨生产成本，来追求利益的最大化。这就要求水泥粉磨企业在生产中不断研究探索，不断寻找不影响水泥质量、廉价的原材料替代品。胜利油田营海实业集团有限公司面对效益突破的重重桎梏，不断创新，利用地处油区的优势，在环保要求不断提高的大背景下，结合油田废弃物处理产业，终于在油田新兴行业——油泥砂焚烧中找到了新型的替代品，为水泥生产进一步挖潜增效开辟了一条崭新的路子。经过对油泥砂焚烧废弃物的大量试验研究，确认其性质属于粉煤灰同质材料，对其使用方法进行了创新，对其在各个品种水泥中使用效果进行了验证，得到了满意的答案。

1 研究工艺原理介绍

1.1 油泥砂焚烧背景简介

目前，在各大油田及主要采油区，由于石油开采及储运，都会产生大量的污染油泥砂，这种陆地石油开采、储运等流程中污染的泥砂，经过收集、沉积、固化、高温焚烧处理，在 960℃ 高温焚烧过程中产生的大量炉底渣及收尘飞灰。在国内目前最好的焚烧处理方法就是流化床焚烧技术，但在油泥砂焚烧技术推广的过程中，避免不了仍然会遇到焚烧炉底渣及飞灰的二次污染问题，此关键问题不解决就很难对油泥砂焚烧行业进行全面推广。

1.2 工艺结合简介

胜利油田营海实业集团有限公司最先在油泥砂焚烧废弃物再利用上进行了研究，最终证明此废弃物符合通用水泥行业粉煤灰质材料的标准，利用效果良好，可替代部分粉煤灰，效益可观。应用工艺流程为：（1）炉底渣在水泥粉磨前掺系统中加入，对前掺称体进行改造，安装加料漏斗；一般加入量可控制在 4%～8% 之间，过多加入由于水份及烧失量的影响会对水泥的质量产生影响。（2）飞灰在水泥后掺系统中直接加入，在后掺工艺系统中增加 1～2 路储存罐及计量铰刀，连入总控制系统中。加入时它可以替代优质粉煤灰，加入量根据产品质量的要求控制在 5%～10% 之间。

2 试验用原材料

2.1 油泥砂焚烧飞灰

油泥砂处理焚烧过程中，大型专业除尘器实施除尘降尘处理，收集细灰定时排出，通过铰刀传送到储存钢板库中进行储存，同时储存库设有发散口，可以外放发散装车。

本试验油泥砂焚烧飞灰产自胜利油田，化学性质见表 1，物理性能指标见表 2。

表 1 油泥砂焚烧飞灰化学成份 %

表 2 油泥砂焚烧飞灰物理性能

2.2 油泥砂焚烧炉底渣

油泥砂处理焚烧过程中，由于高温熔融原理，少量焦结料预冷形成颗粒状物料，经过焚烧炉炉底通道排出炉体，再经水雾冷却，由铲车清理至专门存放棚内，储存备用。

这里所用炉底渣样品来自胜利油田，事先进行烘干处理，粉磨至百分百通过 80μm 方孔筛。化学成份见表3，物理性能见表 4。

表 3 炉底渣化学成份 %

表 4 物理性能

2.3 其他原材料

2.3.1 出磨水泥

采用日常配比生产的出磨水泥。其基本配比为：熟料 84%，石子 5%，脱硫石膏 6%，粗粉煤灰 5%，连续取样 2 小时，进行过筛混匀缩分而成。 水泥性能见表5。

表 5 水泥性能指标

2.3.2 矿渣粉

采用中铁集团矿渣粉，具体检验数据见表 6。

表 6 矿渣粉性能

2.3.3 粉煤灰

采用胜利油田胜利发电厂粉煤灰，这里所用粉煤灰合格样品事先进行粉磨至百分百通过 80μm 方孔筛，具体检验数据见表 7。

表 7 粉煤灰性能

2.3.4 外加剂

采用胜利油田营海集团混凝土生产专用聚羧酸高效减水剂，品牌为中国西卡，固含量为 9.7%，混凝土减水率 28.5%。

3 试验过程

3.1 试验配合比

此次试验采用生产线实际样品，试验配比根据营海生产实际配料确定，在出磨水泥基础上后掺矿粉为10%，后掺不同比例的粉煤灰、飞灰和炉底渣三种对比原材料，采用正交方式配型；具体试验配比方案确定见表 8。

表 8 试验配合比

3.2 试验检验数据汇总

按照既定配比方案，统一将试样配制成均匀的试验样品，统一按照确认的检测方案进行检测，同时进行两次重复性检测验证。

3.2.1 第一次检测数据汇总

见表 9。

3.2.2 第二次检测数据汇总

见表 10。

4 试验结果分析

（1）两次重复检测对比，数据再现性比较好，说明数据可靠性是良好的，试验方案是规范的。

（2）通过平行对比分析，数据规律性比较明显，油泥砂焚烧飞灰、炉底渣与粉煤灰掺加效果一致，水泥各项性能基本符合材料单检理论值，随着掺加量增加，性能变化规律较明显；强度性能作为重要验证指标，变化规律略有起伏，但整体规律是随着掺加量的提高，强度规律性下降，特别是 3d 抗折、抗压强度与普通粉煤灰规律非常吻合；水泥 28d 强度较 3d 强度保持略好，但整体也在随着飞灰、炉底渣的掺加量增加逐渐下降。

（3）按照通用水泥性能标准衡量，在使用粉煤灰、飞灰、炉底渣三种不同粉煤灰质混合材料时，水泥各项性能都能够满足标准要求。

表 9 第一次检测数据

表 10 第二次检测数据

（4）试验数据显示飞灰、炉底渣的综合性能特别是在外加剂相容性、强度活性等指标上还要优于普通电厂粉煤灰。

5 生产验证

按照理论确定的最佳验证方案，在使用粉煤灰、油泥砂焚烧飞灰、油泥砂焚烧炉底渣的相同配比平行在水泥磨进行试验生产，分别生产 8 小时，分别取入库水泥综合样进行备用。生产中从磨机工况，控制措施，称体下料等方面进行综合评价，最终通过对三种水泥综合样品进行检测、验证进行综合评价。

5.1 生产验证配比（折算后）

见表 11。

表 11 生产验证配比 %

5.2 生产验证总结分析

生产实际验证是在相同配比方案下进行的，按照使用粉煤灰常规前掺台时 70 吨运行，不做任何工况调整；生产在使用焚烧飞灰时前掺粉煤灰少，台时虽然仍为 70 吨，细度略微跑粗 1%，但由于可以实现直接后掺，综合总台时上升了 9%，综合效益不差；当使用焚烧炉底渣时，相比较粉煤灰由于其水分、烧结状态的影响，细度跑粗 1.8%，如果通过风量等手段调整影响也不大。

5.3 生产验证样品检测数据

见表 12。

5.4 生产样品检测数据分析

从生产样品系统检测数据来看，不管是使用后掺飞灰还是使用前掺炉底渣，水泥各项性能与使用传统电厂粉煤灰相比较，差别都不大，都能够满足水泥质量控制要求，使用后掺飞灰从强度、细度等角度来看，综合效益要更明显一些。

6 混凝土试验验证

生产验证留存的 4#、8#、12# 水泥综合样品，再前期进行完水泥性能检测后，为进一步观察其使用性能，特进行了混凝土试拌验证。

6.1 混凝土验证配比及数据记录

见表 13。

6.2 混凝土试验验证分析

从混凝土试验验证数据来看，使用三种不同粉煤灰质的水泥样品，在混凝土配制过程中，呈现出的状态是不同的，细度、比表面积不同产生的需水量不同对混凝土状态产生了不同的影响，相对来说还是粉煤灰效果略好些，但由于差距不大通过有效调节完全可以解决状态问题；强度方面，使用焚烧飞灰和炉底渣的混凝土强度保持非常良好，这是其可以进行有效调节的良好基础。

7 结论

（1）油泥砂焚烧飞灰和炉底渣从其性能来看与电厂粉煤灰性质相同，完全满足 GB/T 1596—2017 国家标准对于粉煤灰质混合材料的要求。

（2）从系统验证试验来看，油泥砂焚烧飞灰和炉底渣在通用水泥生产中应用效果较传统粉煤灰略优异，完全可以应用于通用水泥生产。

（3）由于国家环保政策的支持，目前油泥砂焚烧飞灰和炉底渣的使用成本为 25元/吨，较粉煤灰使用成本节约 60元/吨，如果按照常规消耗 2.5 万吨/年计算，一年可以节约配料成本在 150 万元以上；如果能够进一步寻找到焚烧厂家供货渠道，还能够创造更大的经济效益。

8 说明

（1）油泥砂焚烧厂家较少，焚烧能力有限，所以焚烧废弃材料的应用明显受地域和产量制约。

（2）在通用水泥生产中如果对油泥砂焚烧飞灰和炉底渣的应用，需要对水泥生产工艺进行简单改造，费用在 15 万元左右。

表 12 生产验证检测数据

表 13 混凝土验证数据

（3）由于材料性质不同，在使用上述两种新型材料后，水泥生产过程控制参数需要重新制定和调整，确保水泥生产质量稳定、产量稳定。

（4）油泥砂焚烧飞灰和炉底渣掺加方式不同、效果有差异，可以单独使用，也可以同时使用。

（5）炉底渣由于有少量焦结料存在，应用在水生产中总量不宜过大，否则会在混凝土配料过程中会出现明显浮灰现象。