火力發(fā)電廠粉煤灰的工程分類

(山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001)

1 概述

1.1 粉煤灰的產(chǎn)生

粉煤灰主要產(chǎn)生于燃煤電廠。煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，絕大部分可燃物都能在爐內(nèi)燒盡，而不燃物大量混雜在高溫煙氣中而部分熔融，由于表面張力的作用，形成大量細小的球形顆粒，在引風機的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾，隨著溫度急劇下降的過程形成了大量表面光滑的球狀玻璃體。在引風機將煙氣排入大氣之前，上述這些細小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器被分離、收集，即形成粉煤灰。因此根據(jù)粉煤灰的形成機理，我們需要明確粉煤灰的定義，在國內(nèi)外的規(guī)范中對于粉煤灰的表述基本一致，均是指燃煤電廠中煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，并明確不包括爐底的灰渣。

1.2 粉煤灰的一般分類

1.2.1 按粉煤灰排放方式分類

粉煤灰的排放主要有干收干排、干收濕排和濕收濕排等方式，一般稱采用干收干排方式得到的粉煤灰為干排灰，而利用干收濕排和濕收濕排方式得到的粉煤灰統(tǒng)稱為濕排灰。

1.2.2 從綜合利用的角度分類

粉煤灰依據(jù)《電廠粉煤灰渣排放與綜合利用技術通則》(GB/T 15321)分為原狀灰和加工灰。其中原狀灰分為濕灰和干灰，濕灰是指除塵器收集的用水力排放的粉煤灰，干灰是指除塵器收集的含水率小于1%的粉煤灰；加工灰是指為綜合利用專門設置設備，以改變其物化性能，達到使用要求的粉煤灰。

1.2.3 按煤種和氧化鈣含量分類

依據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596)、《粉煤灰混凝土應用技術規(guī)范》(GB/T 50146)、《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》(DL/T 5055)，粉煤灰按燃燒的煤種分為F類粉煤灰和C類粉煤灰。其中F類粉煤灰是指由無煙煤或煙煤燃燒收集的粉煤灰；C類粉煤灰是指由褐煤或次煙煤燃燒收集的粉煤灰，其氧化鈣含量一般大于10%。

1.2.4 按粉煤灰的化學成分分類

根據(jù)粉煤灰化學成分不同，粉煤灰又分為低鈣灰、中鈣灰、高鈣灰、高鐵灰和高堿灰，具體劃分指標見表1。

表1 粉煤灰化學成分分類

1.2.5 按電廠鍋爐排渣形式不同分類

按電廠鍋爐排渣形式不同，粉煤灰分為固態(tài)排渣普通煤粉鍋爐粉煤灰、液態(tài)排渣鍋爐粉煤灰、循環(huán)流化床鍋爐粉煤灰。

2 粉煤灰的工程分類

2.1 工程分類的意義

隨著我國電力建設的飛速發(fā)展，每年有幾千萬噸的粉煤灰產(chǎn)生，而粉煤灰也越來越多的被作為工程建設的地基土或地基處理的材料，它的利用和處理已經(jīng)刻不容緩。為此，首先需要解決粉煤灰基本工程特性的測試和評價問題。由于粉煤灰是一種與土不完全相同的、并具有特殊性質的散狀物質，其顆粒粗細不同，物理力學指標及水理性質有一定的差異。目前電力行業(yè)內(nèi)對于粉煤灰的工程分類并沒有明確統(tǒng)一的認識，有些認為粉煤灰的性質類似于粉細砂，有些認為粉煤灰具有類似粉土的性質，而有些又認為粉煤灰是介于粉土與粉細砂之間的一種特殊材料，因此為了保證測試與評價的可靠性，需要客觀而全面的對火力發(fā)電廠粉煤灰進行最基礎的工程分類，統(tǒng)一認識。

2.2 工程分類的依據(jù)

目前行業(yè)內(nèi)對于粉煤灰并沒有明確的工程分類，但根據(jù)《土的工程分類標準》(GB/T 50145)中所述，工程建設所涉及的土均適用本標準，而粉煤灰可以看作是一種特殊的填土材料，同樣適用該標準。標準中所指的土的工程分類是從土的基本特性出發(fā)，以土的顆粒尺寸、水理性質等為界定指標的分類體系，是土的基本分類。因此，作者認為粉煤灰完全可以按照土的基本工程分類來劃分。

按照《土的工程分類標準》(GB/T 50145)規(guī)定，試樣中粗粒組含量大干50%的土稱粗粒類土；試樣中細粒組含量不小于50%的土為細粒類土，粗粒組含量不大于25%的土稱細粒土，粗粒組含量大于25%且不大于50%的土稱含粗粒的細粒土。

3 粉煤灰的工程分類分析

為了使粉煤灰的工程分類具有廣泛的代表性，作者搜集了全國范圍內(nèi)4個濕灰場和8個干灰場共12個灰場588個灰樣進行粒組分析統(tǒng)計，并根據(jù)《土的工程分類標準》(GB/T 50145)，以土的顆粒尺寸為界定指標對粉煤灰分類，以此來說明粉煤灰的粗細程度、分布及粒徑范圍。具體參見圖1。

圖1 12個灰場粉煤灰的工程分類統(tǒng)計

按照粒組分類，粉煤灰可以歸入粗粒類土(灰)和細粒類土(灰)，而細粒類土(灰)又可以分為細粒土(灰)和含粗粒細粒土(灰)。

統(tǒng)計的12個灰場分布在東北、寧夏、山東、山西、安徽，顆粒分析統(tǒng)計的的結果如下：

(1) 在東北的2個灰場中以細砂粒為主含量達到43.4%～55.7%，粘粒含量僅2.4%～3.4%。

(2) 在寧夏灰場中以粉粒為主含量達到52.3%，粘粒含量在8%左右；在山東的灰場細粒類土(灰)中以粉粒為主含量達到61.7%～62.6%，粘粒含量6.6%～8.8%。

(3) 在山西的6個灰場中以粉粒為主含量達到50%～90%，粘粒含量10%～20%。

(4) 在安徽的灰場細粒類土(灰)中以粉粒為主含量達到60%～80%，粘粒含量10%～20%。

由圖1可見：干灰場中主要為細粒類土(灰)，而濕灰場中粗粒類土占有一定的比例，而整體統(tǒng)計粗粒類土約為細粒類土的1/3，而細粒類土中細粒土遠多于含粗粒的細粒土。

為了更進一步說明粉煤灰的粒組結構及工程分類，同時搜集了中國水利水電科學研究院關于22個灰樣及渣樣的顆粒分析曲線，以此來說明粉煤灰的粗細程度、粒徑分布范圍，具體參見圖2。

圖2 粉煤灰及渣的顆粒分析曲線

由圖2可見：19個粉煤灰樣本中的粒徑范圍主要在0.001～0.5 mm之間，部分分布在0.5 ～2 mm之間。而其中大部分為細粒類土，而細粒類土中細粒土和含粗粒的細粒土所占比例相當。

因粉煤灰的顆粒尺寸不同，粒組分布范圍不同，其表現(xiàn)出的水理性質，我們統(tǒng)計了9個灰場82個滲透系數(shù)的樣本，具體參見圖3。

圖3 滲透系數(shù)大小統(tǒng)計

從圖3可以看出，粉煤灰滲透系數(shù)一般在10-3～10-6cm/s不等，而10-3～10-5cm/s占到絕大多數(shù)，10-6cm/s的樣本也有一定的樣本。因此，可以看出粉煤灰的粒組分布特性既有粉細砂類土的滲透性的表現(xiàn)，也有粉土的滲透性的表現(xiàn)，同樣也出現(xiàn)了類似粉質黏土的滲透性的表現(xiàn)，這其中大多數(shù)表現(xiàn)為粉細砂及粉土的水理性質。這也恰恰說明粉煤灰的粒組特性既有粗粒類土(粗灰)，又有細粒類土(細灰)，這與前面粒組分析統(tǒng)計的結果一致。

4 結論

粉煤灰可以看作是一種特殊的填土材料，是電力工程建設所涉及的土類，同樣適用《土的工程分類標準》(GB/T 50145)。粉煤灰的工程分類可以從其基本特性出發(fā)，以粉煤灰的顆粒尺寸、水理性質等為界定指標進行分類。

根據(jù)本文分析統(tǒng)計結果，灰場中存儲的粉煤灰既有粗灰又有細灰，而細灰的分布占有絕大多數(shù)。

粉煤灰的粒徑范圍主要為0.001～0.5 mm，部分分布為0.5～2 mm。

灰場中存儲的粉煤灰的顆粒大小與鍋爐的形式、燃燒的煤種、收集排放的方式有很大的關系，而隨著經(jīng)濟技術的發(fā)展，爐型的改進、收集方式的技術提升及高消耗的水力除灰方式逐漸退出，灰場中存儲的粉煤灰大多會以細灰的方式出現(xiàn)。