【正文】 1 第四章 灰渣綜合利用技術(shù) 本章要求 : 火電灰渣的排放、利用狀況 。 。 、渣的分類和幾個主要的性能指標 ； ，對于建筑、農(nóng)業(yè)、環(huán)保方面的應(yīng)用要能理解與其性能的關(guān)系 。 重點 : 1. 灰渣的性能指標 2. 利用領(lǐng)域及與有關(guān)性能的關(guān)系 難點 : 1. 性能指標 2 上課時間 :第十三 次 上課地點 : 綜合樓主階 6 課程名稱 ： 電廠環(huán)保技術(shù) 年級： 班級： 第 13 周 第 25～ 26 學(xué)時 年 月 日 本次課題章節(jié)： 第四章 灰渣綜合利用技術(shù) 第一節(jié) 概述 教學(xué)目的： （ 1） 了解我國火電灰渣的排放、利用狀況 。 （ 2）熟悉幾個粉煤灰常用領(lǐng)域的相關(guān)標準 。 重點： 粉煤灰常用領(lǐng)域的相關(guān)標準 難點： 粉煤灰常用領(lǐng)域的相關(guān)標準 中的某些指標的定義、物理意義等 教學(xué)方法： 采用多媒體教學(xué)課件 講課內(nèi)容及時間分配： 第四章 灰渣綜合利用技術(shù) 第一節(jié) 概述 共 2 課時，講授 3 教學(xué)內(nèi)容 第四章 灰渣綜合利用技術(shù) 第一節(jié) 概述 一、我國火電廠灰渣排放現(xiàn)狀 （一）火電廠粉煤灰 （渣） 的排放現(xiàn)狀 粉煤灰 （渣） 是磨成一定細度的煤粉 在 燃煤 發(fā)電廠 煤粉爐中高溫燃燒后的副產(chǎn)品 ， 由除塵器收集下來的飛灰 (fly ash)即為 粉煤灰 ；由爐底排出的廢渣稱為 爐渣 。 一般來講，每燃燒 1000kg 煤，就能產(chǎn)出 230~300kg 粉煤灰和 20~30kg 的爐渣。無論是煤粉爐還是沸騰滬，灰渣排放量約為燃煤總量的 1/3。 據(jù)統(tǒng)計，燃煤發(fā)電機組 1kW 裝機容量年排放粉煤灰 （渣） 1t 左右 。例如，一座裝機容量為 100 104kW 的電廠，一年將排放出 100 104t 粉煤灰，而每儲存 1 104 t 粉煤灰占地1334m2。 （二）火電廠脫硫灰渣的排放現(xiàn)狀 為了控制二氧化硫的排放，近年來，國家采取一系列措施加快火電廠二氧化硫治理，煙氣脫硫設(shè)施建設(shè)規(guī)摸不斷擴大。 2020 年底我國已采取煙氣脫硫措施的火電機組容量僅 500萬 kW 左右， 到 2020 年底，我國火電廠煙氣脫硫裝機容量超過 億 KW，其中， 2020 年、2020 年連續(xù)兩年當年投運的脫硫設(shè)施 的裝機容量 超過 1 億千瓦。煙氣脫硫機組占煤電機組的比例已由 2020 年底的 2%上升到目前的 50%以上， 超過 了 美國煤電機組的脫硫比例。 煙氣脫硫 會 產(chǎn)生大量的廢棄物。除濕法脫硫產(chǎn)生脫硫石膏外，其它都將產(chǎn)生脫硫粉煤灰。由于在脫硫過程中加 入 了脫硫劑，其主要成分是 CaCO3 或 CaO，因而灰渣的化學(xué)組成發(fā)生了變化 。 目前對這種灰渣綜合利用研究較少，主要還是以堆放為主 。 有關(guān)數(shù)據(jù)表明：一個裝機 l00MW 的 循環(huán)流化床（ CFB）鍋爐 電廠，每年排放 1 106 t 左右的 脫硫 灰渣，灰渣的堆積不僅擠占了大量的土地，還帶來了資源的浪費與環(huán)境的污染。 二、 火電廠 灰渣綜合利用的意義 （一）粉煤灰 （渣） 綜合 利用的意義 粉煤灰是火山灰質(zhì)材料 ， 它具有潛在活性高，礦物體化學(xué)穩(wěn)定性好，顆粒細，有害物質(zhì)少，可以改善混凝土或砂漿物理性能等優(yōu)點 。爐渣的化學(xué)組成與粉煤灰相似。 綜合利用粉煤灰 （渣） 能夠改善生態(tài)環(huán)境、變 廢 為寶、節(jié)約 資 源，具有顯著的社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益，是一項利國、利民、利企業(yè)的工作，符合保護土地、合理開發(fā)自然資源的基本國策。 4 綜合利用粉煤灰 （渣） 可減少堆灰場占地，防止 灰渣 對水體、大氣環(huán)境造成污染， 將其作為原料來利用， 可 創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟效益。以上海市為例， 2020 年上海市粉煤灰 （渣） 綜合利用量超過 500 萬 t， 為上海節(jié)約了近 10hm2 土地和 3 億多元的灰場建設(shè)處置費，取得了良好的社會 、 經(jīng)濟和環(huán)境效益。 粉煤灰 用于 高速公路 建設(shè) ，效益 甚 為可觀。目前我國在滬寧 （上海至南京）和京深（北京 至深圳）及京冀的三條高速公路建設(shè)中推廣粉煤灰路堤技術(shù)成果。以滬寧高速公路為例，據(jù)測算 ，全線可用灰 700 104t,可節(jié)省土方約 500 104m3，折合農(nóng)田 3700 畝（挖深按 2m計），則每年可增產(chǎn)糧食 350 104kg。 （二）脫硫灰渣綜合利用的意義 石灰石（石灰）一石膏法的脫硫副產(chǎn)品以硫酸鈣及亞硫酸鈣為主要成分，在常規(guī)濕法脫疏工藝中采用強 制 氧化及真空脫水技術(shù)，可以使副產(chǎn)品成為脫硫石膏，用其制作建筑石膏，還可應(yīng)用于生產(chǎn)石膏粉刷 材料、石膏砌塊、礦井回填材料及改良土壤等方面，從而實現(xiàn)資源的利用。 我國的天然石膏儲量雖然豐富，但產(chǎn)地集中在山東、山西， 給石膏的廣泛應(yīng)用造成了困難。 而脫硫石膏作為地方資源．不僅品位高，而且運輸距離短，只要采用適當?shù)念A(yù)處理工藝，穩(wěn)定控制含水率，就能具有較高的市場竟爭力。 循環(huán)流化床鍋爐通常每燃燒 1t 煤要加入 1/3~1/2t 的石灰石進行脫硫，因此流化床鍋爐產(chǎn)生的灰渣比普通煤粉爐多 30％ ~40％。循環(huán)流化床脫硫灰渣與普通煤粉爐灰渣 有很多不同之處，以致很難用常規(guī)的灰渣利用方式對其進行處理，于是研究循環(huán)流化床脫硫灰渣的處理和利用便成了新的課題。目前我國各電廠的大部分脫硫渣都堆放在周圍的灰?guī)飚斨?，就目前的技術(shù)力量還不能夠大量的利用。隨著 CFB 鍋爐的推廣應(yīng)用，產(chǎn)生的大量灰渣的堆放占用了大面積的土地，對于我們這個人多地少的國家無疑是一個嚴重的資源 浪費 問題。如果采用得當?shù)姆椒ê凸に?對 CFB 鍋爐 脫硫灰渣進行綜合利用開發(fā)，必將減少電廠的生產(chǎn)成本，促進循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的發(fā)展，同時也為社會提供新的就業(yè)機會，達到環(huán)境效益 、經(jīng)濟 效益和社會效益的統(tǒng)一。 三 、 火電廠 灰渣的綜合利用概況 （一）粉煤灰綜合利用技術(shù)分類 當前，國內(nèi)外的粉煤灰綜合利用領(lǐng)域很廣，項目很多。美國電力研究院根據(jù)粉煤灰容納量（即吃灰量）和利用技術(shù)，將粉煤灰的綜合利用技術(shù)分為 3 類，見表 41。 表 41 粉煤灰綜合利用容納量和技術(shù)水平分類 類別 用途 應(yīng)用 實例 類別 用途 應(yīng)用 實例 高容量 /低技術(shù) 灌漿材料 廢礦井填充 廢坑道填充 中容量 /中技術(shù) 墻體材料 彩色地面磚 層面保溫 材料 5 筑路工程 基層材料 粉煤灰防水粉 回填材料 大橋橋臺回填土 擋土墻回填土 混凝土 摻和 料 代替部分水泥 中容量 /中技術(shù) 水泥生產(chǎn) 混合物原料 低容量 /高技術(shù) 分選微珠 制造巖棉制品 磁化粉煤灰 粉煤灰提鋁粉 粉 煤灰藝術(shù)制品 吸收材料 新型保溫材料 土壤磁性改良劑 電解鋁原料 炭黑、活性炭等 代替石膏 分子篩原料 墻體材料 粉煤灰 燒 結(jié)磚 粉煤灰磚 粉煤灰陶粒 粉煤灰砌 塊 第一類：高容量 /低技術(shù)。即不需要深度加工就可以利用的項目。這類項目投資少，上馬快，技術(shù)易掌握，吃灰量大。其缺點是使用地點和數(shù)量經(jīng)常變動難以預(yù)測，如作為建筑材料、回填材料等。 第二類：中容量 ／中技術(shù)。主要用作建筑材料。一般這類項目投資大，吃灰量大，用灰量穩(wěn)定，有一定技術(shù)要求。 第三類：低容量 /高技術(shù)。主要為分選利用，產(chǎn)品層次高，吃灰量 小 ，技術(shù)水平要求高，但經(jīng)濟效益好。 （二）國外粉煤灰綜合利用概況 國外粉煤灰的綜合利用 ， 最早可以迫溯到 20 世紀 20 年代，當時一些發(fā)達國家就開始對粉煤灰進行研究。第二次世界大戰(zhàn)后，歐洲各國急需恢復(fù)被破壞了的建筑物和發(fā)展經(jīng)濟 ，建筑材料奇缺，由于粉煤灰的成分與火山灰一樣，因此粉煤灰水泥在法國得到青睞。目前在國外，粉煤灰已被廣泛應(yīng)用于建材、建工、交通、農(nóng)業(yè)、化工和冶金等 行業(yè)。其中利用量大經(jīng)濟效益好的應(yīng)屬生產(chǎn)水泥和拌制混凝土。美國利用量的 39%，日本的 76%，荷蘭的 59%都用于這一方面。如今，在比利時、丹麥、德國、挪威、瑞典等國，通常的波蘭特水泥 已 部分或全部 被 粉煤灰水泥所取代，不僅創(chuàng)造出較好 的 經(jīng)擠效益，節(jié)約了大量水泥，還極大地改善了混凝土的質(zhì)量。 目前，國外粉煤灰產(chǎn)品、品種不斷增加，技術(shù)也有了較大提高，利用量逐年增加，表現(xiàn)在以下幾個方面 ：① 從消極存儲為主轉(zhuǎn)化為積極進行綜合利用，一些國家的綜合利用率達到100％；②從填充、筑路等低級用途轉(zhuǎn)化為把粉煤灰作為原材料生產(chǎn)建材、化肥和 提取金屬、微量元素；③從收集到加工、銷售有一套完整的設(shè)施，自動化程度較高；④從過去的自用轉(zhuǎn)向部分出口，如荷蘭的粉煤灰向比利時出口等；⑤綜合利用企業(yè)的經(jīng)濟效益從過去的虧損或微利企業(yè)，轉(zhuǎn)向經(jīng)濟效益較 好 的專業(yè)化、大規(guī)模企業(yè)。 （三）中國粉煤灰綜合利用概況 我國利用粉煤灰是 20 世紀 20 年代末 30 年代初從上海楊樹浦發(fā)電廠開始的 。 中國粉煤灰綜合利用工作從 20 世紀 50 年代起，就一直受到國家的高度重視。 20 世紀 80 年代，國家把資源綜合利用作為經(jīng)濟建設(shè)中的一項重大經(jīng)濟技術(shù)政策，提出了一系列鼓勵措施和優(yōu)惠政策，并于 1987 年 9 月在江蘇蕪湖召開的第二次全國資源綜合利用會議上，把粉煤灰確定為全國資源綜合利用的突破口 ， 使粉煤灰綜合利用得到 了 蓬勃的發(fā)展。國家計委 1991 年又出臺了《中國粉煤灰綜合利用技術(shù)政策及其實施要點》 ， 提出了粉煤灰綜合利用總的原則：認真貫徹“突出重點、因地制宜”和“鞏 固 、完善、推廣、提高”的方針。中國潔凈煤技術(shù)“九五”發(fā)展規(guī)劃也把粉煤灰綜合利用列為重點研究的內(nèi)容之一。近年來，我國粉煤灰的綜合利用取得了十分明顯的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。 目前我國粉煤灰的綜合利用有以下幾個特點 ：① 粉煤灰綜合利用率逐年提高，但利用效率不高 。 如 上海、南京等地的粉煤灰利用率連年達到 100％，但大量的只是利用原灰作填 6 充土回填、代替盆土和砂石作土建原材料。部分用于制造磚、砌塊和板材等墻體材料，用于水泥混合材，混凝土摻和料。更高級資源化利用產(chǎn)品不多。 ② 全國綜合利用水平極不平衡。近些年來，我國很多省市粉煤灰綜合利用取得了新進展。除上海外，南京、南通、南昌等城市亦連續(xù)幾年利用率實現(xiàn)了 100％，哈爾濱等城市粉煤灰利用率也由 50％提高到了 90％?？偟膩碇v，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)及大城市利用率較高，內(nèi)地及中小城市利用率較低。③國家優(yōu)惠政策強度大，但地方政府執(zhí)行力度不一。 國家制定了一系列鼓勵資源綜合利用的優(yōu)惠政策，極大地調(diào)動了企業(yè)的積極性。優(yōu)惠政策主要是稅收減免涉及到地方政府的財政收入，各地態(tài)度不一。地方政府態(tài)度積極的，該地粉煤灰綜合利用率就高。 ④ 綜合利用新技術(shù)和新工藝多，但實用性和穩(wěn)定性程度不高，新產(chǎn)品推廣和使用存在較大的技術(shù)和市場壁壘。目前，中國粉煤灰綜合利用技術(shù)有近 200 項，其中得以實施應(yīng)用的僅 70 項左右。 就電力企業(yè)而言，對粉煤灰的綜合利用，主要存在兩方面的問題：一方面是粉煤灰的品質(zhì)限制了其綜合利用效率，如灰中含碳量高，影響了粉煤灰建材的強度；另一方面是由于粉煤灰綜 合利用率逐年提高，造成某些地方粉煤灰供不應(yīng)求，最終影響了用灰企業(yè)的效益與積極性，時間一長，又反過來，影響了粉煤灰的出路。 四、 粉煤灰利用控制標準 火電廠灰渣的理化性能變化很大，相應(yīng)地 它 在混凝土等制品中的行為 也 有較大的波動性，為保證粉煤灰混凝土等制品的質(zhì)量，使用于不同場合的灰渣都應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)標準。 （一）粉煤灰標準的功能 粉煤灰標準的主要功能是規(guī)定下列 4 方面粉煤灰的性能： （ 1）強度貢獻。粉煤灰摻入制品后 ， 應(yīng)有一定的強度貢獻 。 粉煤灰的強度貢獻一般由細度、需水量比 、 火山灰活性指數(shù)及硅、鋁、鐵氧化物含量 等指標控制。 （ 2)安定性。粉煤灰摻入混凝土制品后，應(yīng)確保制品的體積安定 性 ?？刂瓢捕ㄐ缘膮?shù)有氧化鎂、三氧化硫、游離氧化鈣、堿量、蒸壓膨脹值及與水泥內(nèi)堿的反應(yīng)性等。 （ 3）均勻性。粉煤灰的理化性能應(yīng)有一定的均勻性，均勻性由燒失量、細度及密度等指標的波動范圍控制。 （ 4)運輸及貯存性。粉煤灰應(yīng)有較好的運輸及貯存性能，此性能由含水量控制。 由于國內(nèi)外對脫硫灰渣的應(yīng)用范圍還不廣，大部分用于回填及灰場貯存，涉及到工程應(yīng)用時可參考相關(guān)的標準。 （二）我國粉煤灰標準 拌制混凝土和砂漿用粉煤灰應(yīng)符合 GB/T15962020《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的技術(shù)要求，見表 42。它將粉煤灰分為三個質(zhì)量等級， F 和 C 兩類，并對 F 和 C 兩類粉煤灰不同的技術(shù)指標作出了規(guī)定，這些技術(shù)指標有：細度、需水量比、燒失量、含水量、三氧化硫、游離氧化鈣和安定性。 I 級灰與英國的粉煤灰標準 BS3892 第一部分《結(jié)構(gòu)混凝土用粉煤灰》接近，在國際上這一標準是最嚴格的。 I 級灰具有較大的減水作用，可用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。 II 級灰主要應(yīng)用于一般的鋼筋混凝土 ,III 級灰主要用于混凝土或代砂。 表 42 拌制混凝土和砂漿用粉煤灰技術(shù)要求 項目