核电水泥的研究与开发
0 前 言
积极开发核能和推进核电工程建设，是我国能源建设的一项重要发展战略。核电不仅是发展低碳经济的优先选择，而且已成为强国技术的重要标志。目前核电发电量占世界总发电量的17%左右，我国共有运行核电机组15台，在建核电机组共26台，核电占总发电量的比例不到2%。《核电中长期发展规划（-）》明确我国将持续加大核电工程建设力度，到年核电装机规模将提高到万千瓦，到年，核能达到中国一次电力能源供给15%。
根据重庆市发展和改革委员会与中国电力投资集团公司签订的《关于共同开展重庆核电项目前期工作的协议书》，重庆市计划在涪陵区建设核电站，以满足日益增长的经济和生活用电。重庆涪陵核电站将是中国内陆省份建设的第一个核电站。涪陵核电厂一期工程拟采用AP核电机组。AP是采用先进的非能动安全系统技术的核电厂。与国内目前已投入运行的核电厂相比，AP在工程设计和运行方面进行了许多改进，最重要的改进是采用非能动安全系统设计技术，从而显著提升了电厂的安全性，简化了电厂系统和设备，也简化了电厂的运行，减少了电厂的维护需求，并缩短了电厂的建造周期，公司地域与涪陵相距km，开发核电水泥为核电建设提供优质材料就成为我们研发的主要任务。
1 核电水泥技术研发的主要依据
我国制定的全球首个核电建设用水泥标准，由中国建材总院主导制定了GB/T-《核电工程用硅酸盐水泥》标准正式实施。该标准的发布施行，对于规范我国核电工程用硅酸盐水泥（简称核电水泥）的生产和质量控制，推动水泥行业转型升级，提升我国核电工程用水泥和混凝土质量，保障核电站的长期安全运营将起到重要作用。GB/T-标准的技术内容见表1。
由表1看出，该核电水泥要求碱含量低于0.60%。因此，必须选用低碱含量的原燃材料进行生产。
2 研究主要技术关键和技术难点
作为核电工程建设的关键基础原材料，核电水泥主要用于核电站核岛和安全壳等关键工程部位，要求水泥具有低水化热、低碱含量、低干缩率、高早强等综合性能，即核电水泥“三低一高”集早强水泥、中热水泥、道路水泥等多个水泥品种技术要求于一体，生产难度较大。我国在秦山和大亚湾核电站都是采用进口水泥，不但运输不便且成本高昂，同时也制约了我国水泥技术发展。因此，在核电水泥的研制过程中，通过采取矿物优化匹配和微量掺杂技术，是完全可实现核电水泥强度和水化热的协同匹配。
研究利用新型干法水泥熟料生产线生产核电水泥时，有很多因素需要超前考虑，以下几点是关键：
（1）如何安全稳定的使用燃烧系统的技术措施。
由于核电熟料对率值的要求范围较窄，烧成系统燃烧技术的工艺和设备有必要进行优化调整，但是不额外增加工艺程序，所以必须保证烧成燃烧技术的连续稳定的运行，不允许发生造成系统严重结皮等运行不稳定的情况，在研究设计方案时需要充分考虑。
（2）对配料方案的优化。
核电熟料采用低饱和比、高硅率、低铝氧率的配料方案，即熟料三率值为KH=0..02，SM=2.70.1，IM=1.30.1。使熟料矿物C3S在57%以下，C3A小于7.0%，熟料的fCaO必须要低于1.0%。
（3）对水泥生产的影响最小化。
核电水泥制造应优先考虑水泥生产的质量控制，对混合材严格控制，因不溶物主要由其带入，不允许出现因混合材的掺入导致影响水泥生产品质等情况。
3 研发路线及解决方案
3.1 原燃材料选择
选用石灰石、页岩、砂岩和赤泥4组分配料。由于石灰石矿山的品位波动大，CaO含量在45%～52%之间，但是其碱含量低，一般在0.10%左右，生料配料用石灰石85%以上。而页岩和砂岩碱含量在1.5%左右（选用的原材料质量标准见表2），使得熟料具有得天独厚的碱含量低，在0.60%以下。并且选择高硅低碱的砂岩，高铁低碱的赤泥。选用的各原料化学成分见表3。
煤炭选用当地的高硫煤，经洗选后煤灰工业分析见表4。煤灰的碱含量1.5％左右，但由于煤灰分只有2%～3%进入熟料中，对熟料碱含量影响很小，因此，不必考虑煤灰的碱含量高低。
3.2 生料配料方案的确定
由表1看出，核电水泥要求的C3A低，水化热低，而28d强度却很高，因此，要配出低铝氧率、低饱和比和高硅率的生料。按熟料三率值KH=0.89，SM=2.7，IM=1.3进行了反复配料计算，选用表3中的原料配料，能使熟料的碱含量控制在0.5％以下，C3S在57%左右，C3A小于6.5%，成分符合核电要求，并且预计水化热和强度都能达到核电熟料要求。
3.3 核电熟料的生产
年5月对生产核电熟料的原燃材料进行了严格的筛选，5月份所有原燃材料准备就绪。5月25日倒空原材料库，开始供应核电熟料原材料，6月1日停立磨，倒生料均化库，生料均化库倒到15m库位时，开始开生料立磨，按新的生料配料方案开始生产核电熟料。6月2日开始正式生产核电熟料，经过一周的三次调整，合格的核电熟料进入专库。
由于核电熟料对率值的要求范围较窄，配料精度要求较高，调整配比要及时准确，保证生料配料指标达到要求。又因核电熟料采用低饱和比、高硅率、低铝氧率的配料方案，因此与普通熟料相比，烧成温度高，烧成范围窄，液相黏度低，极易形成飞砂料，必须采取薄料快转的煅烧工艺。而且这种料极易在预热器中提前形成液相，导致预热器结皮。各工序按各自指标任务，严格有序地操作控制，稳定窑的热工制度，缩小各参数的波动范围，使熟料的fCaO低于1.0%。到年6月7日，第三批合格的核电熟料试验出来。经检验，该核电熟料技术指标达到了要求。熟料化学成分分析见表5。
生产的核电水泥经过送到国家水泥质检中心检测，均符合GB/T-《核电工程用硅酸盐水泥》标准，见表6核电水泥试生产结果指标。
3.4 核电水泥经验总结
（1）必须选择好原燃材料，选用高钙低碱石灰石及低碱的校正原料。
（2）从生产普通熟料到生产核电熟料转换时，各工序必须严格把关，有序操作，保证整条生产线的原料和熟料质量。
（3）核电熟料采用低饱和比、高硅率和低铝氧率的配料方案，烧成温度高，烧成范围窄，液相黏度低，极易形成飞砂料，必须采取薄料快转的煅烧工艺，保证窑系统的稳定煅烧，才能成功烧制出合格的核电熟料。
（4）锁定关键指标，优选原料，不容忽视不溶物等指标控制。
4 小 结
通过熟料煅烧烧成系统关键工艺参数的调控，在总结和凝练国内外课题成果的基础上，完全能实现t/d新型干法水泥窑稳定制备核电水泥。核电水泥成功开发可满足川渝湘鄂地区对核能资源开发和核电工程建设之急需，可取得良好的经济和社会效益。
本文作者：胡云松
重庆市新嘉南建材有限责任公司
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