關(guān)于粉煤灰，這些你需要了解

聞寶聯(lián)

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京 100024）

將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成工質(zhì)的熱能，生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的工質(zhì)的設(shè)備稱為鍋爐。按用途可以分為：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機(jī)車鍋爐和船舶鍋爐等。工作的基本過程是燃料在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒，生成高溫?zé)煔猓缓罄脫Q熱器，通過輻射及對流換熱，將工質(zhì)水加熱成為過熱蒸汽。在相當(dāng)長時間內(nèi)，我國還是煤作為主要能源。按燃燒方式，鍋爐分層燃爐、沸騰爐、室燃爐（懸浮燃燒）。工業(yè)鍋爐一般容量較小、壓力較低，大都采用層燃和沸騰爐。電站鍋爐多采用室燃爐。

層燃燃燒就是將煤放置在爐排上燃燒，煤的燃燒包括在煤層中的燃燒和煤層析出的可燃?xì)怏w在煤層上方爐膛內(nèi)的燃燒兩部分。

沸騰鍋爐是將破碎到一定粒度的煤末，用風(fēng)吹起，在爐膛的一定高度上成沸騰狀燃燒。煤在沸騰爐中的燃燒，既不是在爐排上進(jìn)行的，也不是像煤粉爐那樣懸浮在空間燃燒，而是在沸騰爐料床上進(jìn)行的。沸騰料層的平均溫度一般在 850～1050℃。

循環(huán)流化床鍋爐是在沸騰爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它不僅包含床料成分，還包括鍋爐運(yùn)行中給入的燃料、脫硫劑、返送回來的飛灰以及燃料燃燒后產(chǎn)生的其他固體物質(zhì)。

圖1 循環(huán)流化床工藝流程

煤粉燃燒是將煤粉在爐膛空間內(nèi)呈懸浮燃燒。利用燃燒器將煤粉與空氣混合氣流按有利的方式送入爐膛，造成有利的空氣動力場，保證煤粉氣流及時著火、強(qiáng)烈燃燒、潔凈燃燒、良好燃盡。

煤在爐膛內(nèi)燃燒時，火焰中心的溫度到達(dá) 1100～1300℃，灰分的軟化溫度一般在 1150℃，所以當(dāng)爐膛內(nèi)火焰中心的溫度很高時，灰分發(fā)生軟化甚至是熔化，在灰分的相互撞擊、粘接中會形成較大的團(tuán)狀，這就是爐渣，隨著渣塊的變大，重量也在增加，在爐膛內(nèi)向上的風(fēng)速較低的區(qū)域時會落下，落入排渣機(jī)，排出爐膛。

較細(xì)的灰分或形成的灰團(tuán)較小時，則在高速煙氣的帶動下進(jìn)入尾部豎井，其中的體積重量較大的顆粒或片狀灰渣則積存在省煤器灰斗內(nèi)，更為細(xì)小的灰分顆粒則進(jìn)入鍋爐后部的除塵器，經(jīng)除塵器收集后通過除灰系統(tǒng)排出，這就是粉煤灰。

煤成分復(fù)雜，在高溫下會生成為氧化硫和氧化氮，污染空氣，必須去除。

一般層然爐脫硫以石灰脫硫?yàn)橹?，特別循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應(yīng)的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。脫氮一般不做特殊處理，因?yàn)閷τ趯尤紶t：（1）低溫燃燒，燃燒溫度一般控制在 850～900℃左右，此時空氣中的氮一般不會生成 NOx，這個溫度也最適于脫硫；（2）采取分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為 NOx，并使部分已生成的 NOx得到還原。

對于粉燃爐，爐膛溫度更高，必須要進(jìn)行脫硫脫氮，氨法脫硫脫氮居多，粉煤灰中容易出現(xiàn)銨鹽，在混凝土中產(chǎn)生氨氣，這在之前的專欄中有過說明。

而層燃爐，容易形成高鈣灰或夾雜亞硫酸鈣在混凝土中造成緩凝，這需要注意。

[α′(x+f),[y+g,z+h]] =[α′(x+f),[y+z]+ω(y,z)-h°ρA(y)+δg°ρA(z)]

鍋爐的灰渣必須隨時排除，鍋爐的除灰和除渣系統(tǒng)的基本功能就是保證鍋爐內(nèi)煤質(zhì)燃料燃燒后產(chǎn)生的灰渣及時連續(xù)地排出，使鍋爐能夠連續(xù)正常地運(yùn)行。鍋爐的除灰渣系統(tǒng)主要分成兩個部分，即除灰系統(tǒng)和除渣系統(tǒng)。

除灰系統(tǒng)按照設(shè)計原理和輸送介質(zhì)的不同可以分為干除灰和濕除灰兩種類型。

在上世紀(jì)的一些較早建設(shè)的燃煤發(fā)電機(jī)組中，鍋爐的除灰方式以濕式除灰為主。所謂濕除灰，就是以水為輸送介質(zhì)，通過水的流動，將除塵器排出的干灰沖走。

采用濕式除灰系統(tǒng)的電廠一般都有灰漿泵、長距離的灰漿管道、儲灰場及灰場設(shè)施等?；覞{泵一般采用柱塞泵。

濕排粉煤灰是采用較多量的水，直接從噴淋除塵器中或靜電除塵器下將粉煤灰稀釋成流體，用泵和管道打入粉煤灰沉淀池中。剛?cè)氤氐姆勖夯?，固液比高達(dá)1：(20～40)。為了能夠利用，需進(jìn)行脫水處理。粉煤灰的脫水工藝，有自然沉降法、自然沉降—真空脫水法、濃縮真空過濾法等。

干排灰是將除塵器收集下來的粉煤灰，通過氣力輸送裝置輸送于儲灰倉中，直接貯存的粉煤灰，由于含有部分黏聚在一起的顆粒，或未燃盡的炭粒，在使用時會增加拌和需水量，影響制品的強(qiáng)度。再者，即使顆粒極細(xì)的粉煤灰，在滲入膠凝材料后也會使膠凝材料的早期強(qiáng)度降低。為此，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚硎潜匾摹?/p>

電廠出于提高燃煤效率或輔助劣質(zhì)煤燃燒等方面的考慮，在燃煤過程中添加重油等油性物質(zhì)以助燃。如果添加量過大或燃燒不充分，或是重油裂解成碳，便出現(xiàn)浮油灰，黑黑一層。

對煤粉灰的分選，主要是將顆粒粒度不一的粉煤灰，按照要求分成不同的粒級。常用的分選設(shè)備為旋風(fēng)式粗細(xì)分離器。

煤灰分選中的原灰與粗灰的區(qū)別如下：

（1）原灰指收塵直接得到的粉煤灰，即沒有經(jīng)過任何分選、粉磨或其它加工處理的粉煤灰。

（2）將粉煤灰進(jìn)行分選，由于引風(fēng)機(jī)的作用而使煙氣向除灰流動。此時，在除灰進(jìn)行飛灰的收集。首先收集到的飛灰顆粒較大，稱為粗灰；繼續(xù)收集到的飛灰顆粒較小，稱為細(xì)灰（根據(jù)細(xì)度，分選出Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ 級）。

粉煤灰的活性與細(xì)度有關(guān)，還與粉煤灰的成分、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)密切相關(guān)。目前，為增強(qiáng)粉煤灰的活性一般采用兩條渠道：一是增鈣處理，即在電廠磨煤時有意摻入一定量的石灰或石灰?guī)r，在燃燒過程中與煤灰中的氧化硅、氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的硅酸鈣、鋁硅酸鈣；二是用球磨機(jī)或立磨機(jī)進(jìn)行磨細(xì)，使其在細(xì)增加的同時產(chǎn)生具有活性的新鮮斷面。如果在磨細(xì)的同時，再摻入一部分化學(xué)活性劑，則活化效果更好，被稱為物理—化學(xué)聯(lián)合活化。

爐渣經(jīng)渣井落入刮板撈渣機(jī)水槽中，冷卻后由刮板撈渣機(jī)連續(xù)從爐底輸送至爐外的渣倉貯存，運(yùn)渣汽車直接在渣倉下裝車外運(yùn)。

濕式除渣系統(tǒng)一般由渣井、濕式刮板撈渣機(jī)、碎渣機(jī)、輸送帶、渣倉和渣散裝機(jī)等組成，有些濕式除渣系統(tǒng)還配有渣漿高效濃縮機(jī)、渣漿池、渣水循環(huán)泵等設(shè)施或設(shè)備，以使系統(tǒng)內(nèi)的水得到循環(huán)利用。

干式排渣系統(tǒng)主要由渣井、液壓關(guān)斷門、干式排渣機(jī)、碎渣機(jī)、斗式提升機(jī)、渣倉、脈沖布袋除塵器、壓力真空釋放閥空氣炮、雙軸攪拌機(jī)和干渣散裝機(jī)等組成。

在鍋爐下部設(shè)置 1 臺大傾角刮板撈渣機(jī)，刮板撈渣機(jī)的頭部直接抬升到渣倉頂部，使從刮板撈渣機(jī)水槽中撈出的渣在進(jìn)入渣倉前有足夠的時間脫水。刮板撈渣機(jī)出力可無級調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)鍋爐排渣量變化的需要。

爐渣經(jīng)渣井落入干式排渣機(jī)，在排渣機(jī)內(nèi)向外輸送過程中被空氣冷卻，被加熱的空氣進(jìn)入爐膛燃燒，冷卻后的爐渣經(jīng)碎渣機(jī)破碎后，由斗式提升機(jī)提升至渣倉貯存。

隨著環(huán)保壓力、煤改氣、停產(chǎn)限產(chǎn)等，粉煤灰越來越緊缺，爐渣也紛紛被磨細(xì)使用（磨細(xì)后的爐渣見圖2），爐渣也具有活性，但一般燒失量偏大，而且磨細(xì)后粒形有棱角，收塵出來的粉煤灰是圓形顆粒。

圖2 磨細(xì)后的爐渣