鍋爐爐渣的深加工利用

劉富宏

(1.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225003；2.揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠，江蘇 揚(yáng)州 225003)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，用電量急劇上升，發(fā)電機(jī)組的容量不斷增大，電力工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，目前我國(guó)電廠主要通過燃煤來(lái)發(fā)電，發(fā)電過程中除了會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰外，還產(chǎn)生了大量的爐渣等副產(chǎn)品。伴隨煤電企業(yè)的數(shù)量大幅增加，電廠累積的粉煤灰、爐渣等也越來(lái)越多，這些副產(chǎn)品如果得不到妥善處理就會(huì)污染周圍環(huán)境。粉煤灰是從煙道中收集的粉塵顆粒，而爐渣則是燃煤在鍋爐及其他設(shè)備燃燒后所排出的廢渣，目前粉煤灰的價(jià)值已得到了充分開發(fā)，市場(chǎng)上粉煤灰供不應(yīng)求。而相對(duì)于粉煤灰，大部分爐渣還沒有進(jìn)行綜合有效地開發(fā)利用。經(jīng)測(cè)定，煤渣的化學(xué)成分SiO2為40%～50%、Al2O3為 30%～35%、Fe2O3為 4%～20%、CaO為 1%～5%。其礦物組成主要有鈣長(zhǎng)石、石英、莫來(lái)石、磁鐵礦和黃鐵礦、大量含硅玻璃體 （Al2O3·2SiO2）、 和活性SiO2、活性Al2O3等[1]。因此，就其成分和礦物組成而言，爐渣并非是完全無(wú)用的廢棄物，且目前該類廢渣在我國(guó)分布很廣，其利用量遠(yuǎn)沒有排出量大。如何進(jìn)行爐渣開發(fā)，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)爐渣的回收再利用，成了一個(gè)新的課題。

1 當(dāng)前爐渣生產(chǎn)和利用現(xiàn)狀

與粉煤灰處理的發(fā)展歷程一樣，以往粉煤灰一般采取水處理的方式，隨著粉煤灰綜合利用力度的加大，現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分粉煤灰采取了干排方式。目前由于對(duì)爐渣的綜合利用處于初級(jí)階段，市場(chǎng)上大多數(shù)采用了濕排渣系統(tǒng)，只有部分新上的電廠設(shè)備采用了干排渣系統(tǒng)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，國(guó)家加大了對(duì)電力行業(yè)“節(jié)能減排”實(shí)施力度，減少生產(chǎn)用水量，在干出灰系統(tǒng)逐步替代了水出灰系統(tǒng)后，干排渣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行逐漸被提上了日程，今后新上機(jī)組的渣系統(tǒng)基本上都會(huì)采用干排方式，有條件的話電廠原來(lái)的濕排渣改干排渣系統(tǒng)也將是一大趨勢(shì)。

（1）濕排渣系統(tǒng)排渣流程。爐膛燃盡灰渣落入裝在爐膛下部的注滿水的渣斗，經(jīng)水冷卻后由撈渣機(jī)連續(xù)將渣排出，經(jīng)碎渣機(jī)破碎后落入渣溝并輸送至脫水倉(cāng)，瀝去部分水分，再用汽車裝車外運(yùn)進(jìn)行綜合利用，外運(yùn)時(shí)含水量30%～40%。此種系統(tǒng)以老電廠居多。

（2）干排渣系統(tǒng)排渣流程。在干式排渣系統(tǒng)中，高溫爐渣經(jīng)過爐底排渣裝置落到鋼帶輸渣機(jī)的輸送帶上，隨輸送鋼帶低速移動(dòng)。在鍋爐負(fù)壓作用下，通過鋼帶輸渣機(jī)箱體外側(cè)風(fēng)門進(jìn)入一定量的冷空氣，使熱爐渣在輸送鋼帶上逐漸被冷空氣冷卻，冷空氣將吸收爐渣余熱與可燃物再次混合燃燒釋放出熱量，空氣升溫到400～500℃返送入爐膛，用此種方式將爐渣的熱量回收，從而減少鍋爐的熱量損失。被冷卻后的低溫爐渣進(jìn)入隨后的碎渣機(jī)，經(jīng)碎渣機(jī)破碎后進(jìn)入渣倉(cāng)儲(chǔ)存，通過卸料機(jī)構(gòu)定期裝車外運(yùn)[2]。

（3）目前爐渣的利用現(xiàn)狀。采用濕排渣的電廠直接將濕渣裝車外運(yùn)，而采用干排渣的廠家，因干渣外運(yùn)時(shí)易形成揚(yáng)塵，因而在外運(yùn)時(shí)需進(jìn)行噴水處理，含水量約在30%。因此，無(wú)論目前電廠采用的是濕排渣還是干排渣方式，爐渣在裝車外運(yùn)時(shí)，都含有一定的水分，基本上作為高速公路的路基建造材料或銷售給建材廠生產(chǎn)爐渣磚、保溫磚等。這些都沒有對(duì)爐渣進(jìn)行進(jìn)一步的深加工，并沒有完全開發(fā)出爐渣的價(jià)值，沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)爐渣真正的綜合有效利用。

2 爐渣的深加工方案

本文論述的爐渣深加工方案包括爐渣的烘干和爐渣的磨細(xì)2個(gè)環(huán)節(jié)，爐渣在經(jīng)過磨細(xì)前必須對(duì)爐渣進(jìn)行脫水處理，使得爐渣由含水量30%～40%降到5%左右，爐渣的含水量過高可磨性不佳，不易出料造成堵磨；含水量低可磨性雖好但會(huì)增加烘干系統(tǒng)的壓力，增加能耗降低出力。

2.1 爐渣的烘干

爐渣的烘干是針對(duì)電廠濕排渣系統(tǒng)而言的，目前大多數(shù)電廠采用的都是濕排渣系統(tǒng)，對(duì)這些渣料進(jìn)行磨細(xì)前必須先進(jìn)行烘干。烘干原理是采用天然氣、柴油、煤炭等能源作為燃料加熱空氣，在空氣達(dá)到600～700℃后使得空氣流經(jīng)烘干機(jī)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的烘干機(jī)對(duì)進(jìn)入其內(nèi)的爐渣粉料進(jìn)行攪拌，這樣被攪拌的爐渣和經(jīng)過的熱空氣進(jìn)行充分混合產(chǎn)生熱交換，從而使得爐渣中的水分氣化排出，最終達(dá)到爐渣脫水被烘干的目的。由于采用天然氣作為能源需要布設(shè)管道，這對(duì)供應(yīng)商有一定的局限性，柴油作為燃料的成本又太高，因此選用煤炭作為燃料來(lái)加熱空氣是比較經(jīng)濟(jì)的選擇，煤加熱烘干的工藝系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 煤加熱烘干系統(tǒng)工作示意圖

采用煤炭作為能源的爐渣烘干系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。原煤通過碎煤機(jī)形成煤粉后，噴煤機(jī)將煤粉噴進(jìn)燃燒室與空氣混合燃燒，產(chǎn)生600～700℃的熱煙氣，熱煙氣從烘干機(jī)的側(cè)面進(jìn)入烘干機(jī)，同時(shí)待烘干的濕爐渣從烘干機(jī)的上方通過給料機(jī)均勻進(jìn)入烘干機(jī)。爐渣在轉(zhuǎn)動(dòng)的烘干機(jī)帶動(dòng)下不停地翻動(dòng)、揚(yáng)起、落下，與熱煙氣充分混合接觸，進(jìn)行熱交換。爐渣中所含的水分在高溫?zé)煔獾淖饔孟缕c爐渣分離，從而達(dá)到爐渣脫水烘干的目的。烘干后的干渣通過輸送機(jī)進(jìn)入成品渣倉(cāng)，而含有粉塵、水蒸氣的煙氣則通過除塵器、風(fēng)機(jī)最終排入大氣。

2.2 爐渣的磨細(xì)

爐渣的磨細(xì)系統(tǒng)設(shè)備主要包括原渣倉(cāng)、給料機(jī)、磨渣機(jī)、提升機(jī)、成品倉(cāng)、卸料裝置等，其中磨渣機(jī)是系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，磨型可以采用鋼球磨和立式磨，鋼球磨作為磨細(xì)系統(tǒng)的早期設(shè)備由于存在效率低、能耗大、噪音大、占地面積大等缺點(diǎn)，在本磨細(xì)系統(tǒng)中推薦采用立式磨。立式磨的工作原理類似于電廠制粉系統(tǒng)的中速磨煤機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)由主機(jī)、選粉機(jī)、管道裝置、引風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)集粉器、除塵器等組成。具有磨細(xì)、分選一體化的功能，設(shè)備的集成度較高，所需的安裝場(chǎng)地較小，易于安裝。同時(shí)設(shè)備在負(fù)壓下運(yùn)行，除塵器除塵效率高，降低了粉塵噪音對(duì)環(huán)境的污染。磨細(xì)系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示。其系統(tǒng)的工藝流程如圖4所示。

圖3 爐渣磨細(xì)流程

圖4 爐渣磨細(xì)工藝圖

圖4中，爐底渣由渣倉(cāng)1通過稱重給料機(jī)2進(jìn)入磨渣機(jī)3進(jìn)行磨細(xì)加工，磨制后的細(xì)渣經(jīng)過磨渣機(jī)自帶的分選裝置通過提升機(jī)4進(jìn)入成品倉(cāng)5暫存，之后通過卸料裝置6、7排出作為二級(jí)灰或細(xì)灰銷售?；蛘咴诔善穫}(cāng)底部加裝輸送倉(cāng)泵，通過空壓機(jī)氣力輸送至灰?guī)炫c灰?guī)靸?nèi)二級(jí)灰或細(xì)灰摻混銷售。

3 爐底渣磨細(xì)經(jīng)濟(jì)效益分析

爐底渣作為濕渣外運(yùn)綜合利用的效益不是很高，且在水渣外運(yùn)過程中，由于含水量較大，運(yùn)渣車輛密封欠佳，對(duì)運(yùn)渣道路造成了持續(xù)的污染，并且濕渣雖然含水但仍然無(wú)法避免形成揚(yáng)塵造成環(huán)境污染。因此，將爐渣進(jìn)行烘干磨細(xì)形成二級(jí)灰作為干灰細(xì)灰進(jìn)行銷售，不僅銷售價(jià)格大幅上升，也將徹底解決二次排渣區(qū)域的污染問題，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)灰（一級(jí)灰）的細(xì)度是指45 um方孔篩篩余量不大于12%。二級(jí)灰要求45 um方孔篩余量不大于25%，粗灰（三級(jí)灰）要求45 um方孔篩余量不大于45%。在目前的爐渣市場(chǎng)上，爐渣經(jīng)噴淋形成含水量30%～40%的濕渣后市場(chǎng)銷售價(jià)格為5～10元/t（含水價(jià)），平均價(jià)格約7元/t；而爐渣磨細(xì)成二級(jí)灰（品質(zhì)介于粗、細(xì)灰之間）銷售價(jià)格為旺季100元/t，淡季70～80元/t，考慮到淡、旺季價(jià)格浮動(dòng)，年平均價(jià)格為80～90元/t。干渣磨細(xì)成細(xì)灰銷售價(jià)格旺季120元/t，淡季80～100元/t，考慮到淡、旺季價(jià)格浮動(dòng)，年平均價(jià)格為100～110元/t。烘干、磨細(xì)設(shè)備的運(yùn)行成本如人工、電耗、設(shè)備折舊等按照45元/t計(jì)算，則干渣磨細(xì)成二級(jí)灰時(shí)，每噸凈收益可達(dá)35～45元/t；如果干渣磨細(xì)成細(xì)灰（一級(jí)灰）時(shí)，每噸凈收益則可達(dá)55～65元/t。

以一臺(tái)600 MW機(jī)組為例。每天機(jī)組的耗煤大約6000 t，以灰分30%、渣占灰比例10%計(jì)，一年的渣量為6000×30%×10%×365=65700 t。折合每小時(shí)渣量為7.5 t（干渣）。

如果采用濕渣（含水量約30%）外運(yùn)銷售,全年收益為（考慮到峰谷價(jià)格，取平均價(jià)7元/t計(jì)算）:

如果干渣磨細(xì)成二級(jí)灰外運(yùn)銷售,全年凈收益為（按凈收益40元/t計(jì)算）:

如果干渣磨細(xì)成細(xì)灰外運(yùn)銷售,全年凈收益為（按凈收益60元/t計(jì)算）：

由上可以看出，在爐底渣經(jīng)過磨細(xì)成二級(jí)灰或細(xì)灰后進(jìn)行銷售，收益分別是磨細(xì)前的4倍和6倍，收益在原單售爐底渣（濕渣）的基礎(chǔ)上凈增長(zhǎng)197.1萬(wàn)元和328.5萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益極其顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，盡管目前爐渣已經(jīng)得到了一定程度上的應(yīng)用，如作為高速公路的路基等，但爐渣的這種應(yīng)用僅僅停留在初級(jí)階段，其附加值并不高。如果將煤渣進(jìn)行深層次的加工，按上述工藝將爐渣烘干磨細(xì)變成二級(jí)灰或一級(jí)灰后，達(dá)到要求的爐渣灰可直接用于水泥、建筑用磚、墻體等材料的制作中，真正實(shí)現(xiàn)了電廠爐渣的變廢為寶，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了積極的作用。同時(shí)烘干磨細(xì)后的爐渣價(jià)格也將成倍的上漲，大幅度提高了爐渣綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]商曉峰，周曉平.礦粉磨摻加煤渣的應(yīng)用[J]，水泥工程，2012（1）：38，54.

[2]沙 威，孫國(guó)通，劉新利，等.火電廠干排渣系統(tǒng)特點(diǎn)及國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用[J].天津電力技術(shù)，2008（4）：15-17.