火力发电厂粉煤灰资源的综合利用工艺的分析

潘祖雄

摘 要： 现如今，我国工业化进程不断加快，煤炭燃烧时会有大量的粉煤灰产生，严重影响了周边的生态环境。因此，必须采取有效的措施来处理粉煤灰。鉴于粉煤灰特殊的物理化学性质，在某种程度上也可以将粉煤灰当作一种资源。分析了粉煤灰的主要成分及性质，探讨了粉煤灰利用的几种途径，可以为粉煤灰资源化综合利用提供参考。

关键词： 煤炭;粉煤灰;资源化;综合利用

【中图分类号】F407 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）20-0193-01

引言：粉煤灰也称飞灰，是在煤燃烧后产生的、收捕于烟气中的细灰，是目前我国排放量最大的工业废渣之一。我国粉煤灰排放量始终处于世界前列，根据灰色预测模型估算，2020年我国粉煤灰排放量将突破9亿t。如果不对其进行及时的处理及综合利用，必将大量引起占用土地及扬尘等恶劣后果，进而对我国生态环境造成极大破坏。我国在粉煤灰的利用方面也处于世界领先的位置，2020年我国粉煤灰行业供给量预计将达到7.81亿t，而粉煤灰行业需求量预计也将突破6亿t。在如此庞大的需求基础上，如何有效的对粉煤灰进行综合利用至关重要。

1 粉煤灰的成分及性质

粉煤灰是指煤炭在高温燃烧时产生的碎末，主要是煤炭在燃烧时有机物、水丢失形成的灰分。当初形成的粉煤灰在空气中快速冷却时，会形成规则且致密的固体物质。粉煤灰的产量与煤的变质程度有很大的关系，变质程度越高的煤燃烧形成粉煤灰的含量会越低。通常情况下，粉煤灰表现为球状颗粒，其粒径在0.5～200μm之间，具有较大的空隙且不致密，比表面积范围为1600～3500cm3/g，密度比较小。经过化验可知，粉煤灰主要是由莫来石等组成的结构致密且化学性质比较稳定的矿物，其主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，這3种物质占总量的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，粉煤灰的物理性质和化学性质与煤粉的细度、燃烧条件及收集方式存在很大的关系。

2 火力发电厂的粉煤灰处理现状

粉煤灰主要是指火力发电厂煤炭燃烧中所留下的没有燃尽的物质，其主要包括飞灰和炉膛中排出的灰渣。目前，粉煤灰排放主要是通过对水的大量利用进行湿排，其在堆放过程中会占用大量土地。当前，我国火力发电厂的排灰用水达到十多亿吨，粉煤灰的占地面积也达到三万多公顷，年粉煤灰排放量接近两亿吨，累计已达十亿吨。现如今，大多数火力发电厂都存在这样的现象，废弃灰尘堆积如山，却很难将其加以利用，这样不仅占用土地，也对环境造成污染。若能将其有效加以利用，便可将粉煤灰变废为宝，因此粉煤灰的综合利用受到我国政府的高度重视。粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，其矿物组成的波动范围较大，主要化学成分是氧化硅和氧化铝。很多火力发电厂对粉煤灰进行加工，将粉煤灰变为高附加值的建筑材料，不仅实现了资源的持续利用，也在一定程度上减少了环境污染。

3 粉煤灰工艺原理

粉煤灰作为火力发电厂的固体废物，其中含未完全燃烧炭粉、铁矿粉、细灰、粗灰等高附加值组分，分选出这些组分可作为各种建材的主要原料。工艺采取“浮选+磁选+风选”等方法进行以上组分的分选。浮选是一个涉及到气、液、固三相十分复杂的过程，不同变质程度的煤具有不同的可浮性。在浮选过程中，气、液、固三相接触时，就能形成固-液、液-气、气-固三个相界面。根据各个组分的性质，利用和改变相界面上的作用，则可能用浮选法把煤和矸石等杂质分离开，或者达到改善浮选效果的目的。当煤粒表面吸附液相中的离子或分子后，其水化作用的程度会变化，故可通过向水中加入药剂的方法来扩大被分离组分间亲水性的差别，并产生大量合适的气泡，促使被分离组分上浮。浮选过程要加入捕收剂和起泡剂。利用煤的天然疏水性，以0#柴油为捕收剂。0#柴油主要是烃类化合物，其中不饱和烃的双键增加煤的疏水性能;而芳烃、萘等环烃类，大大增强了对细煤的捕收能力。起泡剂为仲辛醇，起泡剂的作用机理是在捕收剂捕集散在煤泥水中的煤粉形小团粒的基础上，粘附于亲油性的煤粒表面，在鼓入空气的作用下形成泡沫，带动精煤上浮回收。磁选原理为待选别的物料进入磁选机后，受到磁力和其他机械力（如重力、离心力、摩擦力、介质阻力等）的共同作用，磁性矿物颗粒主要受磁力的作用，非磁性矿物颗粒主要受机械力的作用，各沿不同路径运动，得到分选。重力风选是利用不同种类、不同大小的物体的质量不同，因此惯性也不同，轻小物体在风中被吹得远（易改变方向）的原理进行物体分选的方法。

4 微珠生成方法

粉煤灰的生成质量与锅炉设计和负荷燃料条件息息相关。在一些火力发电厂中，锅炉的炉膛应保持在1600℃上下，在如此温度之下，矿物杂质除少量石英之外，便可全部进行熔融。燃烧温度越高，微珠的成型率越大，生成之后，其特点为含碳量更低、质量更好。影响硅酸盐灰粒熔融温度的主要原因有两个，一是粉煤灰颗粒矿物的组成成分，二是煤粉的颗粒粒径。煤粉的颗粒越粗糙，其中的成分越复杂，越不利于形成微珠;煤粉的颗粒越精细，矿物组成越简单，便越有利于微珠的形成。这便要求火力发电的工程锅炉容量必须大，炉膛温度应控制在1600℃上下，煤粉保持一定细度，从而产生出条件最佳的微珠。

结语：粉煤灰是火力发电厂煤炭燃烧过程中遗留下来的未充分燃烧的物质，主要包括从烟筒排出的飞灰、除尘器中排出的细灰和燃烧炉中排出的灰渣。粉煤灰排放目前大多是湿排，需耗用大量的水;堆放需占用大量的土地。据估算，当前我国排灰用水达10亿多t/a;贮灰占地约达3万多hm2，粉煤灰排放量每年超过1.6亿t，历年累积堆放总量已达10亿t以上。在火电厂周围，废弃的灰渣堆积如山，不但占用土地，而且造成严重的环境污染。如能将其加以利用，既节能节地，且化害为利、变废为宝。目前，国家在大力提倡粉煤灰资源化综合利用，且出台了一系列相关政策，粉煤灰资源化综合利用的发展前景仍然可观。

参考文献

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