1 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为了研究循环流化床(CFB)飞灰对泡沫混凝土性能的影响，选择两种不同的CFB飞灰以及普通粉煤灰(FA)，通过测量泡沫混凝土的抗压强度、流动度、孔结构和吸水率，研究飞灰掺量和种类对泡沫混凝土性能的影响，并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对泡沫混凝土的微观形貌和物相组成进行表征。结果表明，CFB飞灰较高的硫钙含量和不规则的颗粒形貌会对泡沫混凝土的工作性造成不良影响。掺入低硫钙型CFB飞灰时，泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加而提高，50%(质量分数，下同)掺量时，7和28 d抗压强度均达到最大值，分别为130和225 MPa；掺入高硫钙型CFB飞灰时，泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加呈先增加后降低的趋势，7和28 d抗压强度分别在CFB飞灰掺量20%和10%时达到最大值，分别为1.42和2.00 MPa。CFB飞灰水化过程中生成的钙钒石和C-S-H凝胶能够填充孔隙，增加小孔占比，降低孔隙率，有利于泡沫混凝土抗压强度的提高和吸水率的降低。
泡沫混凝土 CFB飞灰 钙钒石 抗压强度 微观形貌 foam concrete CFB fly ash ettringite compressive strength micromorphology
1 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 山西路桥集团吕梁国道项目建设管理有限公司, 吕梁 033000
3 长治市武理工工程技术研究院, 长治 046000
4 中北大学材料科学与工程学院, 太原 030051
5 晋能控股电力集团有限公司,太原 030051
循环流化床燃煤固硫灰(CFB飞灰)加水自硬, 能够形成强度较高的固结体, 具备做路基的潜质, 但CFB飞灰中的f-CaO和Ⅱ-CaSO4水化生成钙矾石和二水石膏体积膨胀, 可能会对路基体积稳定性产生影响。因此本文研究了标准养护时间、CFB飞灰的硫钙含量、压实度对CFB飞灰固结体加州承载比(CBR)值、吸水率和CBR膨胀率的影响规律及CFB飞灰在干硬性体系下的膨胀机理。结果表明: CFB飞灰固结体的膨胀主要来源于CFB飞灰的吸水膨胀和水化膨胀; 标准养护时间越长, 固结体CBR值越大, 吸水率和膨胀率越低, 标准养护7 d时CBR值、吸水率趋向于稳定, 膨胀率不再变化; CFB飞灰的硫钙含量越高, 固结体CBR值越大, 膨胀稳定时间越长, 稳定后的膨胀率越高, 吸水率越低; 压实度增大, 固结体孔隙率降低、密实度增加, CBR值逐渐增大, 吸水率降低, 对膨胀的约束作用增强, 膨胀率逐渐降低。
CFB飞灰 固结体 水化膨胀 吸水膨胀 钙矾石 二水石膏 CFB fly ash solidified body hydration expansion water expansion ettringite dihydrate gypsum
对生活垃圾焚烧飞灰电熔法玻璃化制品的工艺进行了研究, 发现添加飞灰的质量分数为40%时, 玻璃态样品具有优异的耐酸、耐水和耐碱性能。按照GB/T 41015-2021《固体废物玻璃化处理产物技术要求》进行检测, 发现样品的各项指标远优于技术要求中规定的指标, 尤其是绝大多数样品未检出可浸出的有害物质含量。采用该方法制备的玻璃适用于装饰玻璃、水淬玻璃及玻璃棒等制品, 是生活垃圾资源化、飞灰玻璃制品高值利用的有效探索。
垃圾焚烧 飞灰 电熔 玻璃化 危废 waste incineration fly ash electric melting vitrification hazardous waste
1 太原理工大学土木工程学院，太原 030024
2 山西大学电力与建筑学院，太原 030013
针对当前城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)处置费用高昂、环境污染严重等问题，提出一种利用微生物矿化原理制备免烧结垃圾焚烧飞灰砖的方法。通过在飞灰砖固结体中加入微生物菌液，利用微生物诱导碳酸盐沉积原理，实现飞灰中重金属的固化和稳定化。本文以垃圾焚烧飞灰、Ca(OH)2、砂子、微生物菌液为原材料，通过单因素试验，探究了制备微生物飞灰砖最优的飞灰掺量、菌液浓度、营养液中钙离子浓度。试验结果表明，当飞灰掺量为40%（质量分数），菌液OD600值为0.60，营养液中钙离子浓度为0.30 mol/L时，飞灰砖力学性能最优。此时规格为100 mm×100 mm×50 mm免烧结微生物飞灰砖的干密度为1 937.40 kg/m3，抗压强度达到33.90 MPa，并且重金属浸出浓度满足限值要求,实现垃圾焚烧飞灰的资源化利用。
垃圾焚烧飞灰 微生物 免烧结砖 抗压强度 重金属浸出浓度 MSWI fly ash microorganism unburned brick compressive strength heavy metal leaching concentration
1 武汉理工大学,硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 430070
2 武汉理工大学,材料科学与工程学院,武汉 430070
3 武汉理工大学,硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 43007
为了提高抹灰砂浆的强度和体积稳定性，研究了水泥用量和灰渣比(循环硫化床(CFB)飞灰和CFB炉渣的质量比)对CFB灰渣抹灰砂浆2 h稠度损失率、抗压强度和体积稳定性的影响，并采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪对砂浆的微观形貌、元素分布和物相组成进行测试表征。结果表明,当水泥用量为5%、8%、12%(质量分数)时，CFB灰渣抹灰砂浆分别达到抹灰砂浆M10、M15、M20的强度等级。当胶凝材料用量一定时，随着水泥用量增大，砂浆2 h稠度损失率减小;当水泥用量一定时，随着灰渣比增大，砂浆2 h稠度损失率增大，膨胀效应减弱。CFB灰渣抹灰砂浆中生成的膨胀性钙矾石有效填充了颗粒之间的孔隙，从而提高砂浆的强度和体积稳定性。
CFB飞灰 CFB炉渣 抹灰砂浆 灰渣比 抗压强度 体积稳定性 微观结构 CFB fly ash CFB slag plastering mortar ash-slag ratio compressive strength volume stability microstructure
1 西安交通大学能源与动力工程学院, 陕西 西安710049
2 西安航天动力研究所, 陕西 西安 710100
3 德岛大学大学院社会产业理工学研究部, 日本 德岛 770-8506
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对配制的飞灰样品进行实验分析,应用支持向量机回归(SVR)模型对飞灰的含碳量进行预测。运用网格搜索法分别对径向基(RBF)核函数和多项式函数的结构参数进行寻优,然后分别建立基于内标元素特征光谱、全谱和主要元素特征光谱的SVR模型。研究表明,基于RBF和多项式核函数的SVR模型在理想的结构参数下可以取得相同的分析精度,但RBF能较快地完成模型优化并且不易出现欠拟合的现象。基于内标元素特征光谱的SVR模型的分析精度与内标法相当,基于全谱的SVR模型出现明显的过拟合现象。基于主要元素特征光谱的SVR模型的回归系数为0.986,校正均方根误差为1.79%,预测均方根误差为2.57%,说明该模型可以有效避免欠拟合和过拟合。
光谱学 激光诱导击穿光谱 飞灰含碳量 支持向量机回归 定量分析
1 华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640
2 威凯检测技术有限公司，广东 广州 510663
3 广东省能源高效低污染转化工程技术研究中心，广东 广州 510640
4 广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东 广州 510640
燃煤飞灰碳含量是影响锅炉工作效率的重要特性指标之一，文中开展激光诱导击穿光谱技术（LIBS）实现飞灰未燃碳的定量分析方法研究，为LIBS应用于飞灰含碳量的快速/在线检测奠定基础。根据所探测的LIBS特征光谱，将线性和非线性化学计量学方法，包括多元线性回归（MLR）和偏最小二乘回归（PLSR）线性分析分析方法，以及非线性的极限学习机（ELM）和支持向量机回归（SVR）模型应用于飞灰未燃碳的预测分析中，结合交叉验证法对模型进行验证。对比线性和非线性模型的结果可以看出，非线性模型的预测结果明显优于线性模型，其中采用基于K-CV参数优化的非线性SVR模型具有比较理想的分析结果，有助于提高飞灰碳含量分析的精确度和准确度，采用三折叠交叉验证法对模型进行验证，得到模型的决定系数R2均为0.99，相对偏差的平均值ARD分别为1.54%、3.45%、3.51%，相对标准误差RSD的平均值分别为7.53%、2.89%、7.18%。
光谱分析 激光诱导击穿光谱 燃煤飞灰 未燃碳 化学计量学方法 spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy fly ash unburned carbon chemometrics method 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200441
1 太原理工大学地球科学与工程系, 山西 太原 030024
2 煤与煤系气地质山西省重点实验室, 山西 太原 030024
我国每年产生大量的粉煤灰, 不同粒径的粉煤灰在处置利用方面存在较大差异。 为探究不同粒径粉煤灰物质组成及结构的差异, 选取古交飞灰为研究对象, 将其筛分成8个粒度级别, 运用X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征。 结果表明: XRD图谱显示古交飞灰主要物质组成为非晶相玻璃体(61.93%～74.76%), 莫来石(20.45%～29.59%)与少量石英(1.23%～5.64%)。 随着粒径的增加, 莫来石含量降低, 石英含量先增加后降低, 而玻璃体呈现整体上升的趋势。 FTIR图谱显示Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰为主要化学键(58.86%～67.39%), 其次为Si—O—(Si)弯曲振动(15.28%～21.40%), Si—O—Si对称伸缩振动(6.18%～9.67%), Si—O—(Al)对称伸缩振动(0.79%～4.02%)。 随着粒径的增加, Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动相对增加, Si—O—(Si)弯曲振动降低, 而Si—O—Si对称伸缩振动与Si—O—(Al)对称伸缩振动波有明显变化规律。 FTIR中Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰主要为飞灰中的玻璃体的吸收峰, 其相对含量随着粒度的增加而增加与XRD定量所得玻璃体含量变化趋势整体一致。 464 cm-1附近石英的Si—O—(Si)弯曲振动, 1 090 cm-1附近石英的Si—O—Si反对称伸缩振动相对含量的变化趋势与XRD定量所得石英百分含量的结果基本一致。 不同粒飞灰中莫来石556 cm-1处强吸收峰的相对含量(y)与XRD计算所得莫来石含量(x%)呈线性关系: y=0.396x-1.997, R2=0.868。
飞灰 粒径 Fly ash Particle size XRD XRD FTIR FTIR 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1452
1 西安交通大学 能源与动力工程学院, 西安 710049
2 德岛大学 大学院社会产业理工学研究部, 日本 德岛 770-8506
为了验证LIBS测量飞灰中碳含量变化的能力, 本文将煤粉与飞灰按照一定比例均匀混合, 得到24种含碳量不同的样品.在不同延迟时间下进行激光诱导击穿光谱实验, 得到温度指标发射强度比IMg1/IMg2随延迟时间的增大而减小, 纯飞灰样品的发射强度比IMg1/IMg2的数值明显大于其他混入煤粉的样品.样品中发射谱线强度比IAl/ISi1随温度指标IMg1/IMg2的增大而减小.飞灰样品加入煤粉后, 对等离子体的温度变化有明显影响.同时引入多元分析的方法, 将样品中C、Al、Mg、Ca、Fe等元素谱线强度与Si元素谱线强度的比值作为多元回归分析的自变量, 碳元素浓度作为因变量, 建立不同延迟时间下的回归方程.结果表明, 采用多元分析的方法进行定量计算, 根据回归模型得到的预测值与参考值之间的误差基本在9%以内.
激光诱导击穿光谱 飞灰 延迟时间 多元回归 定量分析 Laser-induced breakdown spectroscopy Fly ash Delay time Multiple regression Quantitative analysis
1 西安交通大学能源与动力工程学院, 陕西 西安 710049
2 Graduate School of Advanced Technology and Science, Tokushima University, Tokushima 770-8501, Japan
3 华陆工程科技有限责任公司, 陕西 西安 710065
通常热力发电厂将飞灰中未燃碳的含量作为评价锅炉燃烧效率的重要指标, 通过测量飞灰中未燃碳的含量来评价煤粉燃烧的充分程度, 进而实现优化燃烧、 提高机组效率。 基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)无接触、 快速响应、 高灵敏度、 可以在线测量等特点, 备用来测量飞灰中未燃碳的含量。 由于烟气中CO2气体的存在, 碳谱线强度会随CO2浓度的变化而改变。 为了减少CO2气体对飞灰未燃碳测量结果的影响, 提出并设计了具有二级旋风分离器的LIBS测量飞灰未燃碳含量实验系统, 飞灰从给粉机流出后通过二级旋风分离器进入测量腔体, 脉冲激光经过透镜作用于飞灰样品进而产生等离子体。 LIBS系统采用双中心波长光谱仪, 可测得飞灰中C, Si, Mg, Fe, Ca和Al等主要元素谱线, 同时高分辨率通道可分辨出相邻C和Fe的元素谱线, 可以在获得充分的飞灰光谱信息的同时保证了测量的精度。 实验结果表明该系统可有效分离和收集飞灰颗粒, 减少CO2气体对测量结果的干扰, 为LIBS技术的工程应用提供了更准确的依据。
激光诱导击穿光谱 飞灰颗粒 未燃碳 二级旋风分离系统 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Fly ash particle Unburned carbon Two-stage cyclone system
