煤气化灰渣

1 煤化工固废来源及性质

1.1 固废分类及来源

1.1.1 气化炉渣

根据渣的组成和生成原因，炉渣可以分为以下四类。

（1）灰渣

灰渣为直径0.5～5.0 mm的渣粒，主要是气化炉内煤浆颗粒雾化燃烧过程产生的，微粒进行碰撞烧结后，随着气流夹带进入激冷水浴，经过激冷破碎而成。其灰渣的主要成分如表所示：

灰渣的主要成分

（2）块渣

直径在5.0 mm以上的为块渣，质地较为疏松，主要来源于沿炉壁下流的熔渣。当温度低时，炉壁积累了厚厚的渣层；当温度突然升高时，大片的熔渣被烧下来，进入激冷室，未被完全激冷破碎，其主要成分和灰渣相同。

（3）疤渣

疤渣为块渣但质地较为坚硬细密。形成原因是熔渣渗透熔解在耐火砖中，形成低熔点化合物，当熔渣的侵蚀作用加强，生成的低熔点化合物较多时，炉温一旦波动，大量的低熔点化合物进入激冷室，这种熔渣一般难以被激冷破碎，其主要组成包括Ca2SiO4、Ca2SiO5、CaAl2Fe2O7、CaO·A12O3·SiO2、CaCrO3、CaZrO4等低熔点化合物，质地较为坚硬，大都呈熔融玻璃状。

（4）砖渣

砖渣主要是一些损蚀剥落的耐火砖碎块。熔渣沿着耐火砖的气孔或裂纹侵入砖内，形成共熔物，一旦遇到开停车，压力、温度骤变时，共熔物发生热应力膨胀，沿着气孔或裂纹，将砖剥落，进入激冷室成为砖渣。主要成分与耐火砖略为不同。砖渣和耐火砖本体成分如表所示

砖渣及砖本体的主要组成

1.1.2 锅炉灰渣

大容量发电锅炉与热电锅炉由于用煤量大，结灰渣的量远大于工业锅炉。其灰渣随着燃烧时间的增加与煤种的变化（含硫量高灰熔点低）而增厚；造成结大焦自动脱落而引发灭火、停炉事故，甚至发生人身伤亡事故。结焦、积灰、结垢对锅炉生产造成极大危害。

除灰系统：烟气除尘装置收集的除尘灰；

除渣系统：从锅炉底部排出的炉渣。

锅炉灰渣容重一般按1000 kg/m3计。

1.1.3 盐泥碱渣

盐化工中，以食盐为主要原料用电解方法制取氯、氢、烧碱过程中排出的泥浆称为盐泥，其主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4和泥砂。采用汞法生产(用汞为电极)的盐泥含有汞的化合物，含汞盐泥排放到环境中，污染土壤和水体，而且毒性较小的无机汞在自然环境中会转化为毒性很强的甲基汞。

碱渣中的环烷酸盐是强乳化剂，如不妥善处理回收，将影响到后续处理。而更严重的是其中含有的有害物质酚、硫化物，通过渗透作用会对地下水造成危害，而游离碱则对碱渣存放设备具有很强的腐蚀作用，因此碱渣必须妥善处理。

1.1.4 脱硫石膏

据调查，我国目前采用的烟气脱硫技术，主要是湿式石灰石石膏法工艺的设备。这一技术虽然对减轻烟气中的二氧化硫污染起到了一定的作用，但是同时又产生了硫化石膏副产品。被抛弃的脱硫石膏长久散发着余毒，经太阳爆晒后，蒸发出刺鼻的酸味，挥发后的酸性物质又加重了酸雨的危害，经雨水冲刷后的脱硫石膏渗入土地、农田，污染地下和地表水，从而进入食物链，如果不采取积极有效的措施，它释放的有害物质将诱发对人体造成极大伤害的新病情。由此看，脱硫石膏可以导致对周围及地下水环境的污染，根据《一般工业固体废物贮存、处

置场污染控制标准》（GB 18599-2001），应对基底进行防渗处理。一般石膏容重按1800 kg/m3计。

1.1.5 危险固废

根据《国家危险废物名录》确认废物类别，行业来源，废物代码，危险特性等，凡属于名录中的废物，均属于危险废物。蒸发塘干盐、废旧催化剂和焦油等有机高沸物属于危险废物。

1.2 固废性质

以新疆伊犁某年产20亿立方米的煤制天然气为例：

气化炉灰渣成分（湿渣含水10-15%）：

灰成分含量

SiO254.20%

Al2O315.48%

Fe2O311.88%

TiO20.87%

CaO 3.34%

MgO 2.12%

K2O 0.34%

Na2O 6.26%

P2O50.44%

SO3 2.65%

锅炉灰渣成分（干渣）：

灰成分含量

SiO218.58%

Al2O310.27%

Fe2O319.54%

TiO20.85%

CaO 14.24%

MgO 6.64%

K2O 0.56%

Na2O 2.66%

MnO2 4.31%

SO322.35%

灰渣主要由气化炉粉煤灰和电厂炉渣2部分组成，渣中的成分取决于煤中的无机矿物质、有机物的成分，煤在燃烧过程中，煤中的有机质与无机质要发生迁移变化：一部分挥发出来并随着煤烟以气体的形式进入空气；一部分存在于飞灰、粉尘等微小颗粒物中，以固体颗粒的形式进入空气；另一部分物质仍保留在灰渣中。灰中部分无机物的化学组分来源于煤中的有机物，并作为一种新的相变和矿物质存在于灰分。其化学成分复杂，主要是由SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO

及少量的SO3、P2O5、Na2O、K2O和TiO2等组成（如上表），其化学元素除含有

大量的硅、铁、铝、钙、镁、碳外，还含有铜、铅、镉、汞、砷、铬、镍、锰、铍、钴、钡、锶等少量及微量的有害元素，其中的有害物质会随降水渗入地下，污染地下水。灰渣滤液主要含有硫化物、氰化物、氟化物、P、Ni、Cu 、Zn 、以及重金属元素As、Pb、Hg、Cd、Cr 等，据有关资料研究，一般滤液的PH比较高都超过排放标准，这可能是灰渣中含有少量水溶性的碱性物质所致，其它物质含量均不高，而酸性水中重金属溶出量随pH 降低而上升，因此，酸雨可能使灰渣中的重金属成分较多地转移至水中，产生污染。

入炉煤中灰分含量的变化及灰渣组分的变化，也会影响到灰渣的熔融特性。灰熔点过高或过低，均会使气化炉温度发生变化，影响气化炉排渣。煤灰渣的组分又是灰渣粘温特性的主要影响因素之一，其中Al2O3、SiO2的含量过高均会使灰渣熔点升高，黏度变差，而灰渣中Fe2O3、CaO的含量也会影响灰渣的熔点和黏度。

12. 煤气化炉渣特性概述

12.1 炉渣的形态特征

灰渣是气流床煤气化过程中不可避免的副产物，煤在经历了高温高压等一系列的气化过程后，其中的无机矿物质经过不同的物理化学转变伴随煤中残留的碳颗粒，形成了固态残渣。通常情况下，气化渣样是惰性的玻璃体，渣样的物理特征和化学组成与煤燃烧的副产物炉渣和底灰相似，在很大程度上取决于煤气化的工艺配置，原煤的种类以及进料形式。