火力發(fā)電廠粉煤灰資源的綜合利用工藝的分析

潘祖雄

摘 要： 現(xiàn)如今，我國工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，煤炭燃燒時(shí)會有大量的粉煤灰產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了周邊的生態(tài)環(huán)境。因此，必須采取有效的措施來處理粉煤灰。鑒于粉煤灰特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，在某種程度上也可以將粉煤灰當(dāng)作一種資源。分析了粉煤灰的主要成分及性質(zhì)，探討了粉煤灰利用的幾種途徑，可以為粉煤灰資源化綜合利用提供參考。

關(guān)鍵詞： 煤炭;粉煤灰;資源化;綜合利用

【中圖分類號】F407 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）20-0193-01

引言：粉煤灰也稱飛灰，是在煤燃燒后產(chǎn)生的、收捕于煙氣中的細(xì)灰，是目前我國排放量最大的工業(yè)廢渣之一。我國粉煤灰排放量始終處于世界前列，根據(jù)灰色預(yù)測模型估算，2020年我國粉煤灰排放量將突破9億t。如果不對其進(jìn)行及時(shí)的處理及綜合利用，必將大量引起占用土地及揚(yáng)塵等惡劣后果，進(jìn)而對我國生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。我國在粉煤灰的利用方面也處于世界領(lǐng)先的位置，2020年我國粉煤灰行業(yè)供給量預(yù)計(jì)將達(dá)到7.81億t，而粉煤灰行業(yè)需求量預(yù)計(jì)也將突破6億t。在如此龐大的需求基礎(chǔ)上，如何有效的對粉煤灰進(jìn)行綜合利用至關(guān)重要。

1 粉煤灰的成分及性質(zhì)

粉煤灰是指煤炭在高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的碎末，主要是煤炭在燃燒時(shí)有機(jī)物、水丟失形成的灰分。當(dāng)初形成的粉煤灰在空氣中快速冷卻時(shí)，會形成規(guī)則且致密的固體物質(zhì)。粉煤灰的產(chǎn)量與煤的變質(zhì)程度有很大的關(guān)系，變質(zhì)程度越高的煤燃燒形成粉煤灰的含量會越低。通常情況下，粉煤灰表現(xiàn)為球狀顆粒，其粒徑在0.5～200μm之間，具有較大的空隙且不致密，比表面積范圍為1600～3500cm3/g，密度比較小。經(jīng)過化驗(yàn)可知，粉煤灰主要是由莫來石等組成的結(jié)構(gòu)致密且化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的礦物，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，這3種物質(zhì)占總量的70%左右，其他成分如CaO、MgO和微量元素占30%左右。值得注意的是，粉煤灰的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)與煤粉的細(xì)度、燃燒條件及收集方式存在很大的關(guān)系。

2 火力發(fā)電廠的粉煤灰處理現(xiàn)狀

粉煤灰主要是指火力發(fā)電廠煤炭燃燒中所留下的沒有燃盡的物質(zhì)，其主要包括飛灰和爐膛中排出的灰渣。目前，粉煤灰排放主要是通過對水的大量利用進(jìn)行濕排，其在堆放過程中會占用大量土地。當(dāng)前，我國火力發(fā)電廠的排灰用水達(dá)到十多億噸，粉煤灰的占地面積也達(dá)到三萬多公頃，年粉煤灰排放量接近兩億噸，累計(jì)已達(dá)十億噸?，F(xiàn)如今，大多數(shù)火力發(fā)電廠都存在這樣的現(xiàn)象，廢棄灰塵堆積如山，卻很難將其加以利用，這樣不僅占用土地，也對環(huán)境造成污染。若能將其有效加以利用，便可將粉煤灰變廢為寶，因此粉煤灰的綜合利用受到我國政府的高度重視。粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物，其礦物組成的波動(dòng)范圍較大，主要化學(xué)成分是氧化硅和氧化鋁。很多火力發(fā)電廠對粉煤灰進(jìn)行加工，將粉煤灰變?yōu)楦吒郊又档慕ㄖ牧?，不僅實(shí)現(xiàn)了資源的持續(xù)利用，也在一定程度上減少了環(huán)境污染。

3 粉煤灰工藝原理

粉煤灰作為火力發(fā)電廠的固體廢物，其中含未完全燃燒炭粉、鐵礦粉、細(xì)灰、粗灰等高附加值組分，分選出這些組分可作為各種建材的主要原料。工藝采取“浮選+磁選+風(fēng)選”等方法進(jìn)行以上組分的分選。浮選是一個(gè)涉及到氣、液、固三相十分復(fù)雜的過程，不同變質(zhì)程度的煤具有不同的可浮性。在浮選過程中，氣、液、固三相接觸時(shí)，就能形成固-液、液-氣、氣-固三個(gè)相界面。根據(jù)各個(gè)組分的性質(zhì)，利用和改變相界面上的作用，則可能用浮選法把煤和矸石等雜質(zhì)分離開，或者達(dá)到改善浮選效果的目的。當(dāng)煤粒表面吸附液相中的離子或分子后，其水化作用的程度會變化，故可通過向水中加入藥劑的方法來擴(kuò)大被分離組分間親水性的差別，并產(chǎn)生大量合適的氣泡，促使被分離組分上浮。浮選過程要加入捕收劑和起泡劑。利用煤的天然疏水性，以0#柴油為捕收劑。0#柴油主要是烴類化合物，其中不飽和烴的雙鍵增加煤的疏水性能;而芳烴、萘等環(huán)烴類，大大增強(qiáng)了對細(xì)煤的捕收能力。起泡劑為仲辛醇，起泡劑的作用機(jī)理是在捕收劑捕集散在煤泥水中的煤粉形小團(tuán)粒的基礎(chǔ)上，粘附于親油性的煤粒表面，在鼓入空氣的作用下形成泡沫，帶動(dòng)精煤上浮回收。磁選原理為待選別的物料進(jìn)入磁選機(jī)后，受到磁力和其他機(jī)械力（如重力、離心力、摩擦力、介質(zhì)阻力等）的共同作用，磁性礦物顆粒主要受磁力的作用，非磁性礦物顆粒主要受機(jī)械力的作用，各沿不同路徑運(yùn)動(dòng)，得到分選。重力風(fēng)選是利用不同種類、不同大小的物體的質(zhì)量不同，因此慣性也不同，輕小物體在風(fēng)中被吹得遠(yuǎn)（易改變方向）的原理進(jìn)行物體分選的方法。

4 微珠生成方法

粉煤灰的生成質(zhì)量與鍋爐設(shè)計(jì)和負(fù)荷燃料條件息息相關(guān)。在一些火力發(fā)電廠中，鍋爐的爐膛應(yīng)保持在1600℃上下，在如此溫度之下，礦物雜質(zhì)除少量石英之外，便可全部進(jìn)行熔融。燃燒溫度越高，微珠的成型率越大，生成之后，其特點(diǎn)為含碳量更低、質(zhì)量更好。影響硅酸鹽灰粒熔融溫度的主要原因有兩個(gè)，一是粉煤灰顆粒礦物的組成成分，二是煤粉的顆粒粒徑。煤粉的顆粒越粗糙，其中的成分越復(fù)雜，越不利于形成微珠;煤粉的顆粒越精細(xì)，礦物組成越簡單，便越有利于微珠的形成。這便要求火力發(fā)電的工程鍋爐容量必須大，爐膛溫度應(yīng)控制在1600℃上下，煤粉保持一定細(xì)度，從而產(chǎn)生出條件最佳的微珠。

結(jié)語：粉煤灰是火力發(fā)電廠煤炭燃燒過程中遺留下來的未充分燃燒的物質(zhì)，主要包括從煙筒排出的飛灰、除塵器中排出的細(xì)灰和燃燒爐中排出的灰渣。粉煤灰排放目前大多是濕排，需耗用大量的水;堆放需占用大量的土地。據(jù)估算，當(dāng)前我國排灰用水達(dá)10億多t/a;貯灰占地約達(dá)3萬多hm2，粉煤灰排放量每年超過1.6億t，歷年累積堆放總量已達(dá)10億t以上。在火電廠周圍，廢棄的灰渣堆積如山，不但占用土地，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如能將其加以利用，既節(jié)能節(jié)地，且化害為利、變廢為寶。目前，國家在大力提倡粉煤灰資源化綜合利用，且出臺了一系列相關(guān)政策，粉煤灰資源化綜合利用的發(fā)展前景仍然可觀。

參考文獻(xiàn)

[1] 宗琪.淺析火力發(fā)電廠粉煤灰的綜合利用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（1）：1-6.

[2] 杜艷霞.粉煤灰資源化綜合利用途徑[J].化工管理，2019（7）：56-57.

[3] 王云紅，鄭福國.大型火力發(fā)電廠粉煤灰的綜合利用[J].節(jié)能與環(huán)保，2005：43.