热电厂灰渣综合利用途径探索

热电厂灰渣综合利用途径探索【摘要】介绍了农一师电力公司热电厂的灰渣排放特点及其综合利用的迫切性，针对我国燃煤电厂粉煤灰综合利用现状，以热电厂灰渣理化特性为依据，探讨灰渣综合利用途径，提出加强对粉煤灰的高技术利用研究和高附加值的技术开发。

【关键词】热电厂;灰渣;粉煤灰;综合利用;探讨0.前言煤炭在锅炉中经燃烧后的两种固态残留物为灰和渣，其中，随烟气由锅炉尾部排出，经除尘器收集而得到的固体颗粒为粉煤灰，从炉膛底部收集得到的颗粒较大或呈块状的则为炉底渣。

农一师电力公司热电厂于1996年10月发电投产，装机容量2*12MW，配置2台CG-75/3.82-M煤粉炉和1台CG-65/3.82-MD链条炉，年耗煤约12万吨，年产灰渣约3万吨。

目前，热电厂粉煤灰的排放采用了湿排和表面覆盖的露天堆放方式，随风飘散的粉尘造成空气质量下降，粉煤灰渗水造成地下水不同程度的污染，如pH值升高，有毒有害元素铬、砷等超标，城市供水水源受到威胁，社会性、环境性差。

另外这种排放与堆放既费水、费电、占用土地，也降低了粉煤灰的活性，经济性差。

因此热电厂燃煤锅炉灰渣综合利用对电厂发展极为重要，这也是贯彻落实”十一五”节能减排目标，发展循环经济，实现企业经济效益、社会效益、生态环境效益和谐统一的必经之路，也是企业生存、发展的客观要求。

本文结合热电厂燃煤灰渣性质，深入调查，探究粉煤灰资源化利用途径。

1.粉煤灰综合利用现状早在50 年代,粉煤灰已在我国建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合料,在建材工业中用来生产砖,在道路工程中用作道路基础材料等。

从60 年代开始，粉煤灰利用重点转向墙体材料，研制生产了粉煤灰密实砌块、墙板，粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰粘土烧结砖等。

至70年代, 多条粉煤灰应用于建材工业的生产线已形成并日趋成熟。

80 年代，随着我国改革开放的不断深入,国家把资源综合利用列为经济建设中的一项重大决策。

粉煤灰的处置和利用在指导思想上不断深化，从“以储为主”改为“储用结合，积极利用”,再进一步明确为“以用为主”,使粉煤灰综合利用得到蓬勃发展[1]。

2.粉煤灰的综合利用途径与技术2.1粉煤灰的理化特性粉煤灰主要有硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以氧化硅和氧化铝为主。

我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO 、K2O、Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。

其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性A12O3 (玻璃体A12O3 )在一定碱性条件下的水化作用。

因此，粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性是有利组成。

粉煤灰中的钙含量对胶凝体的形成有利，而含一定量Fe2O3的粉煤灰对混凝土减水作用有利。

SO3过高会在混凝土材料中生成具有破坏性的钙矾石，我国国标[2]规定作为建材使用的粉煤灰中的SO3的含量必须≤3%。

有效碱K2O、Na2O能加速水泥的水化反应，对激发粉煤灰的化学活性以及促进粉煤灰与Ca(OH)2的二次反应有利，因此有效碱是有益的化学成分。

但是随着碱性物质的增加，会产生碱集料反应（碱性物质与混凝土骨料反应而使其力学性能降低），以及降低粉煤灰抑制碱集料反应的能力。

美国的标准规范一般要求有效碱（以Na2O计）不超过1.5%，我国规范未对有效碱进行规定。

粉煤灰具有颗粒小、孔隙率高、比表面积大、活性大和吸附能力强，耐磨强度高，压缩系数和渗透系数小等优点。

粉煤灰中的Fe、Al及稀有金属可以回收；CaO、SiO2等活性物质可广泛用做建材和工业原料。

Si、P、K、S等组分可用于制作农业肥料与土壤改良剂，其良好的物化性能可用于环境保护。

构成粉煤灰的具体化学成分含量，因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同有所不同。

农一师电力公司热电厂粉煤灰主要化学组成见表1。

表1 热电厂粉煤灰化学成分分析2.2粉煤灰的综合利用《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程》（DBJ08-230-98）中将CaO含量超过8%的粉煤灰定义为高钙粉煤灰。

用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB／T1596-2005）把CaO含量超过10%的粉煤灰称为C类灰。

C类灰其本身具有一定的水硬性，常作水泥混合材。

农一师热电厂粉煤灰中SiO2、A12O3含量达68.42%，CaO含量为12.99%，属于高钙粉煤灰或C类灰，其主要的利用途径如下。

2.2.1粉煤灰制砖（1）生产烧结砖。

粉煤灰用量为30%-70%，制备设备和工艺与普通粘土砖相同。

其性能与普通砖相比，强度相同，重量约轻20 %，导热系数小，砖坯不易风裂，易于干燥，降低单耗，节约能源。

热电厂的湿排粉煤经自然脱水，含水率约30%，年产粉煤灰4×104m3，按粉煤灰55%、粘土40%和炉渣5%进行配比，年产粉煤灰烧结砖约2.4×107块，年节省粘土4.3×104m3，可节约标煤约1000吨/年，具有较好的社会效益和经济效益。

（2）生产蒸汽养护砖（简称蒸养砖）。

粉煤灰用量约65%，另加入适量的骨料生石灰和石膏，经坯料制备、压制成型，经常压或高压蒸汽养护后烧制成砖。

（3）制取免烧免蒸砖。

免烧免蒸砖是国内最近开发出的免烧免蒸、低温养护的新型粉煤灰砖。

以粉煤灰70%，炉底渣15%、生石灰15%（激发剂），生产的产品可达到75号粉煤灰砖。

以年产1000万块砖计，生产中总掺灰量为85%，可用去灰量2万吨，年创效益50万元，节省排灰浆费用30万元。

2.2.2粉煤灰生产硅酸盐砌块粉煤灰硅酸盐砌块以炉渣约55%，粉煤灰约30%，辅以石灰、石膏和胶结料，经加水搅拌，振动成型，蒸汽养护而成。

生产粉煤灰硅酸盐砌块要求粉煤灰烧失量低于15%，产品适用于工业及民用建筑，保温性能好，自重轻，能满足一般建筑物承重墙的耐火极限要求。

阿克苏市水泥厂利用热电厂的湿排粉煤灰作配料可年生产粉煤灰硅酸盐水泥1.2万吨。

2.2.3粉煤灰制陶粒以粉煤灰为原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料即为烧结粉煤灰陶粒。

它是一种性能较好的人造轻骨料。

用灰量大，并充分利用粉煤灰的热值，粉煤灰掺量约80%。

生产工艺一般由原料的磨细处理、混合料力口水成球、焙烧等工序制成。

烧结通常采用带式烧结机、回转窑等。

它是一种性能良好的人造轻骨料，具有密度小、耐热度高、抗掺性好、耐冲击力强等优点，可替代天然渣石配制150-300号的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、制作各种混凝土构件，还可用于桥梁、窑炉和烟囱的砌筑。

2.2.4配制高钙粉煤灰混凝土高钙粉煤灰中包含的结晶矿物多具有活性的钙化合物，而且作为其主要组成的硅铝玻璃体中含有足够的钙离子可以促进非晶体的活化，所以高钙粉煤灰的活性相对较高[3,4]。

高钙粉煤灰混凝土配制过程中，粉煤灰的掺加方法采用部分取代水泥法和外加法。

根据水泥品种不同，其掺量及拌制方法参照《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程（DBJ08-230-98）》和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB／T1596-2005）》的要求，可分别与425矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥制备高钙粉煤灰混凝土，应用于大体积混凝土、地下混凝土、钢筋混凝土预制构件、无筋混凝土、水下混凝土和碾压混凝土以及上部结构混凝土和路面混凝土工程。

《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程（DBJ08-230-98）》和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB／T1596-2005）》规定对普通硅酸盐水泥的混凝土，高钙粉煤灰掺量不超过20％[5]，但该掺量可依据其最终用途而变化，如汪永剑等[6]采用CaO含量为27.59%的高钙粉煤灰配制碾压混凝土时，高钙粉煤灰掺量为35％-65％，90 d抗压强度均超过设计要求的15 Mpa；许贤敏等[7]认为C级高钙粉煤灰可用于结构混凝土，其取代水泥的数量至少可达4O%，且可提高混凝土的强度与和易性。

2.2.5粉煤灰作活性混合材料生产水泥粉煤灰中含有大量活性Al2O3、SiO2和CaO，当掺人少量生石灰和石膏时，可生产无熟料水泥。

高钙粉煤灰用作混合材和普通粉煤灰相比，既具备普通粉煤灰的优点，又能够促进早期强度的发展。

但我国的高钙灰中均含有较高f-Ca0，掺入水泥或混凝土中，会对水泥或混凝上的体积安定性造成不良形响，在利用高钙粉煤灰生产改性水泥，一定要注意掺和的比例[3]。

水泥活性混合材料用粉煤灰技术要求参见《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB／T1596-2005）。

生产工艺一般有两种方法：粉煤灰与水泥熟料共同密细制成水泥，粉煤灰(密细灰或原灰)与磨细的水泥均匀混合制成水泥。

在密制水泥时，可以加入不同比例的粉煤灰，生产普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(掺加量不大于15％)、粉煤灰硅酸盐水泥(掺加量为20％-40％)、低标号砌块水泥(掺加量为60％-70％)和无熟料水泥。

2.2.6粉煤灰脱硫技术电厂粉煤灰中碱性氧化物CaO在酸性条件下，灰水中Ca2+ 离子的溶出量较高，因此粉煤灰水具有一点的脱硫能力。

目前一些水膜除尘器，由于灰水的重复利用，在除尘的同时也有15%-20%的脱硫效率[8]。

另外炭粒在燃烧中由于气体的挥发和化学反应，形成表面多孔、形状复杂的焦状颗粒，比表面积约为0.8~2.4m2/g。

其中大部分是玻璃球体，其余是结晶物质和未燃烬颗粒。

成为一种空心颗粒与实心颗粒、多孔颗粒与规则颗粒、有机物质和无机物质相互混合的特殊粉体，有利于脱硫。

近几年国内外已在开展利用粉煤灰制高效脱硫剂的研究[9]。

利用高钙粉煤灰组织炉内或尾部烟气的脱硫研究发现：干法脱硫效果是粉煤灰对SO2的物理吸附和化学反应吸收两个过程共同作用的结果；在增湿和湿法脱硫中，自由水分的存在是提高脱硫率的关键因素，而湿法中钙硫比对脱硫的影响占据主导地位。

当钙硫比为0.864-1.86时，灰浆脱硫率为53％-78％[10]，达到了中等脱硫效果，具有工程应用前景。

2.2.7粉煤灰中回收回收空心微珠空心微珠是粉煤在1350-1500℃的高温区域内燃烧后呈熔融状态，在高压气流雾化后，靠自身的表面张力凝聚成微珠，排灰时遇冷后所产生的一种空心球形珠体快冷时形成能浮于水上的薄壁漂珠，慢冷时形成圆滑的厚壁沉珠。

空心微珠的粒径在25-150um范围内，密度一般只有粉煤灰的l/3。

国内主要通过干法机械分选或湿法浮选回收该资源。

空心微珠具有球形、微小、质轻、中空、耐高温、电绝缘、高强度等多种优异特性，可广泛应用于耐火材料、塑料、橡胶、石油、电子、航空、潜艇和军工等工业中。