【技术交流】粉煤灰的特征、综合利用的技术路线与产业化前景-北极星固废网

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燃煤电厂的燃烧产物(Coal Combustion Products ，简称CCPs)，包括粉煤灰(fly ash，简称FA)，炉底灰(bottom ash，简称BA)，炉渣(boiler slag，简称BS)，流化床锅炉灰(fluidized bed combustion ash，简称FBC灰)，以及半干法脱硫灰(semi dry absorption product，简称SDA脱硫灰)和脱硫石膏(flue gas desulphurization gypsum，简称FGD gypsum)。

一、燃煤电厂粉煤灰的特征

(一)粉煤灰的形成过程

煤粉以一定压力喷入炉膛，由于粒度、初始速度的不同，呈悬浮——沉降状态。

部分煤粉颗粒处于焰心部位，挥发分迅速从硅酸盐、铝酸盐粘土矿物质与固体碳之间的缝隙间逸出，比表面积迅速放大;固体碳完全燃烧;矿物质脱水、分解、氧化、部分熔融，比表面积逐渐缩小;烟气温度迅速降低，颗粒内部的气体来不及排出，形成包裹着气体、珠壁也带有大量微小的海绵状气孔的空心微珠。

部分煤粉颗粒由于粒度偏大、在高温区域停留时间过短，上述相变过程进行不充分，形成具有较高潜在活性的球形玻璃体。还有少量煤粉颗粒燃烧不充分，形成多孔碳粒。

在锅炉尾部引风机的负压作用下，含有大量上述颗粒烟气流向炉尾，经除尘器过滤、收集、风选后获得的细小颗粒统称飞灰;风选分离出来、沉降下来的比较粗的颗粒称为炉底灰。合称粉煤灰。

因此，粉煤灰是颗粒不均匀、矿物相组成复杂、活性多变的混合物，受到煤粉颗粒成分、粒度、燃烧温度、风压等多种因素的随机叠加影响。

工业发达国家因为煤种和火电厂燃烧条件单一，所以粉煤灰的特征相对稳定;而我国幅员辽阔，煤炭资源分布面广，各地工业发展水平不同，因此粉煤灰特征各异。

(二)粉煤灰的化学成分

1、粉煤灰的主要化学成分

粉煤灰的化学成分来源于煤粉的无机组分。煤的无机组分包括粘土矿物、少量黄铁矿、方解石、石英等。因此我国燃煤电厂粉煤灰的主要化学成份为：SiO2、AI2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3及未燃尽有机质(烧失量)等。其中SiO2、AI2O3来自黏土、页岩;氧化铁主要来自黄铁矿;氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。不同来源的煤在不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。

2、粉煤灰各化学成分对其性能的影响：

SiO2和Al2O：

粉煤灰的活性主要来自玻璃体SiO2和玻璃体 Al2O3在一定碱性条件下的水化能力。

CaO、MgO和R2O：

结合态的CaO 含量愈高，愈能提高其自硬性，使其活性大大高于低钙粉煤灰，对提高混凝土的早期强度很有帮助。然而，我国电厂排放的粉煤灰 90% 以上为低钙粉煤灰，因此，开发高钙粉煤灰不失为改善粉煤灰资源化特性的一条途径。

即粉煤灰中的f-CaO、MgO、有效碱在一定的条件下有利于促进SiO2和AI2O3的水化反应。但为了绝对保证用于混凝土中粉煤灰的质量，在各国的规范中都对这类物质的含量加以限制。

MgO含量过高时，将使掺入粉煤灰的水泥、混疑土安定性带来不利影响。

SO3：

粉煤灰中硫以氧化物SO3形态存在，且含量过多时，有可能产生膨胀和对钢筋有锈蚀作用.GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都规定拌制混凝土和砂浆用粉煤灰SO3 不大于3%。水泥活性混合材料用粉煤灰不大于3.5%。

Fe2O3：

过量的Fe2O3对粉煤灰的活性不利。

未燃炭粒：

粉煤灰中的未燃炭粒为非活性物质，由于疏松多孔、吸水大，当含炭量过多时，对混凝土的需水性、密实度、外加剂掺量不利。值得注意的是，碳粒颗粒的粒径大部分在45μm以上，平均密度只有1.5g/cm3左右。其体积比要比重量比大得多。

烧失量略大于含炭量，—般相差0.5%，若粉煤灰中有Ca(OH)2或碳酸盐存在时，由于它们在600℃时会分解，差别会更大。

GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都规定拌制混凝土和砂浆用I级灰烧失量不大于5%，II级粉煤灰不大于8%，III级粉煤灰不大于15%。国内有80%以上的粉煤灰烧失量超过6%，许多地区的粉煤灰烧失量达不到II级要求。上海市推广的磨细粉煤灰研究表明：磨细后烧失量虽不降低，但碳粒对混凝土的不利影响明显改善，烧失量限值可以适当放宽。

水泥活性混合材料用粉煤灰烧失量不大于8%。

含水率：

含水率影响粉煤灰的储、运，对高钙粉煤灰来说，含水还会明显影响粉煤灰的活性，并造成固化结块。

GB/T1596-2005和JGJ28-1986、GBJ146-90都规定含水率不得超过1%。

原标题：[技术交流] 粉煤灰的特征、综合利用的技术路线与产业化前景

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