论文部分内容阅读
【摘 要】介绍了粉煤灰的物理特性及粉煤灰在各方面的用途以及粉煤灰湿法脱碳的原理、工艺及经济效益和社会效益。
【关键词】粉煤灰;湿法浮选脱碳
1.粉煤灰的形成及特点
粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发电厂经除尘系统收集的一种较细的固体颗粒，主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁等。它是一种人工火山灰质材料，在其以粉状及有水存在时，能在常温下与氢氧化钙反应形成具有胶凝性的化合物。
粉煤灰是在高温流态化条件下快速形成的玻璃液相在表面张力的作用下收缩成的球形液滴在快速冷却过程中形成的玻璃体。粉煤灰的物理组成为：玻璃微珠，海绵状玻璃体（包括颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体和颗粒较大、疏松多孔的玻璃体）和未燃尽的炭粒。我国电厂排放的粉煤灰中微珠含量大约在70%左右，未燃尽的炭含量在5%-20%左右。
2.粉煤灰的用途
2.1粉煤灰在新型建材方面的应用
我国粉煤灰用于生产建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰烧结砖、生产水泥孰料及用作混合材、生产陶粒、砌块、加气混凝土、墙体材料等。其中陶粒、泡沫玻璃和微晶玻璃等新材料的研制成功，促进了粉煤灰在建材方面的更广泛应用。
2.2粉煤灰在建设工程中的应用
粉煤灰用作建设材料工程的基本材料能节约水泥，降低生产成本和工程造价；提高混凝土后期强度及抗渗性和抗化学侵蚀能力；改善混凝土的和易性，便于泵送、浇注和振捣；抑制碱骨料反应的不良影响；降低水泥水化热，抑制温度裂缝的发生与发展；与水泥中的游离氧化钙相化合提高水泥的安定性。
2.3粉煤灰在化工方面的应用
粉煤灰是一种主要含有硅、铝化学成分的特殊资源，以其特有的物理性质，而被用于化学工业中，从粉煤灰中提取铝、锗等金属，改性粉煤灰用作塑料、橡胶等工业的填料，更可以粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃和分子筛等，展示了粉煤灰在化学工业中广阔的应用前景。
2.4粉煤灰在环境方面的应用
粉煤灰多为多空体，比表面积较大，其表面上的原子力均为不饱和，存在着一定的表面能。当粉煤灰与工业废水接触后，就吸附废水中的BOD、COD、色度等污染物，直至达到吸附平衡为止。
3.粉煤灰脱炭的意义
我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤火力发电为主。由于燃煤机组的不断完善，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增长，据统计，截止到2007年粉煤灰排放量达到3亿吨。
电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质烟煤的情况下，由于经济燃烧还存在一些技术上的困难，因此煤粉不能完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高，一般波动于8％一20％；由于粉煤灰中含有未燃尽炭，会造成粉煤灰综合利用困难．影响了粉煤灰资源的开发，不利于环境保护。
因此粉煤灰脱碳不仅为国家节省了大量的煤炭资源，而且为粉煤灰的综合利用奠定了基础。
4.粉煤灰脱炭工艺:干法电选和湿法浮选
4.1干法电选
干法电选原理是利用粉煤灰在高压电场作用下，因灰与碳导电性能不同．而进行分离。粉煤灰是非导体物料，炭粒是良导体物料，在圆形电晕电场中，当粉煤灰获得电荷后．炭粒因导电性能良好。很快地将所获电荷通过圆筒带走，在重力惯性离心力作用下，脱离圆筒表面，被抛入导体产品槽中，而非导体的粉煤灰所获电荷在表面释放速度较慢，故在电场力作用下，吸收在圆筒表面上，被旋转圆筒带到后部，由卸料毛刷排入非导体产品槽中，从而达到灰炭分离。 国内干法分级设备的回收率在60-70%，同时分选设备的磨损快、高压风机的安全经济问题以及细灰的收集和除尘等问题，制约着电选的进一步发展。
电选由于脱炭效率低、工艺不成熟、现还未获得广泛应用。
4.2湿法浮选脱炭
湿法浮选脱炭是利用新型高效浮选工艺进行脱炭，其工作原理是：残余的炭粒子是高度分散的亲水性颗粒，当粉煤灰浆体中加入浮选剂后，一方面，浮选剂与煤粒的亲和力比灰强；另一方面，由于浮选剂是一种异极性物质，能改变水中煤粒表面湿润性，使炭粒表面由亲水性变成疏水性，从而附着于气泡上随着浮选机运行过程中产生气泡一起浮到水面，而使煤和灰分离，分别经浓缩、脱水后即得到有用的精煤和湿粉煤灰。湿粉煤灰经烘、分选、粉磨之后，即得到优质粉煤灰。浮选的废液循环利用。
湿法浮选脱炭工艺过程:
粉煤灰原灰由汽车或皮带机运输至处理厂，经计量称和皮带输送机送入回转筛中，筛去大于0.5mm粗颗粒后的细灰流入矿浆准备理器中加入浮选药剂混合搅拌后由渣浆泵送入新型高效浮选机（浮选柱）浮选。在浮选机（浮选柱）的强力作用下，浮选药剂中发泡剂产生大量气泡，气泡在上升至液面的过程中将吸附油的煤粒子带到液面形成泡沫层而自溢出来，炭粒子与煤灰分离后，自流到浓缩机浓缩，经过滤机（立式压滤机）脱水，由皮带机送至精煤堆场。尾灰浮选后流入尾灰浓缩机，经过滤机（立式压滤机）脱水后由皮带输送机送至湿灰堆场。废液流入储水池循环利用。
湿灰由装载机送入料斗，再由提升机送入湿灰仓，经皮带秤计量进入烘干机，烘干后的物料由提升机送入旋风式选粉机进行分选。合格的细粉由提升机送入成品库，烘干机收尘器的回灰也送入成品库，粗粉由提升机送入粗渣库。粗渣经计量秤计量后入磨粉磨，合格后物料由提升机送入成品库。所有成品由散罐车输送出厂。
浮选法适用于湿法排放的粉煤灰。此方法是利用粉煤灰和煤核表面亲水性能的差异而将其区分的一种方法。在灰浆中加入捕收剂(如柴油等)，疏水的煤粒被其浸润而吸附在由于搅拌所产生的空气泡上，上升至液面形成矿化泡沫层，即为精煤；亲水的粉煤灰粒则被作为尾渣排除。为了使空气泡稳定，还需要往灰浆水中加入一种药剂——起泡剂(如杂醉油、松尾油、x油等)以减少水的表面张力。 湿法分选设备简单，运行成本低，回收率高达90%以上，分选后的产品能进一步利用，避免了二次污染，节能环保。经过选碳以后的低含碳尾灰是建材工业的优质原料。而浮选的碳可作为燃料用于锅炉燃烧或其他燃料。
5.经济效益分析及市场前景
以韶关乌石电厂为例：处理1t粉煤灰可选取0.12t精碳（热值：>4000大卡），按每吨220元计算，可获得26.4元；可选取尾灰（一级灰：烧失量<5%）为0.88t，按每吨32元/t计算，可获得28.16元，而处理1t粉煤灰所需药剂成本约为6.8元，水、电、设备折旧等其他成本为18.2元，共25元，则处理每吨粉煤灰获得的效益为29.56元。
(1)单台套年处理25万吨粉煤灰，可提取精煤3万吨，折合标煤1.72万吨。每年可为乌石电厂创年效益：
250000×29.56=739万，经济效益十分可观。
(2)以乌石电厂为例：按产业化生产22台套/年设备，每年可回收精煤（碳）66万吨（热值>4000大卡），折合标煤37.84万吨，节能效果显著。
6.粉煤灰应用项目的经济效益和社会效益
浮选精煤的应用：生产的精煤广泛销售给电厂、水泥厂、砖厂作燃煤用。
脱炭粉煤灰加工后，生产优质一级和超一级粉煤灰，主要用于武广铁路工程和珠三角部分重点工程，由于其质量优良获得用户的高度评价。
脱炭粉煤灰直接用于生产加气混凝土砌块：脱炭粉煤灰在韶关筑成新型节能建材公司用来生产加气混凝土砌块，其质量提高一个等級，且浮选精煤可用来烧锅炉，获得巨大的经济效益。
7.综述
粉煤灰湿法选碳是循环经济综合利用项目，不仅为电厂节省了征地建灰场带来的巨额投资，同时该综合利用项目使粉煤灰综合利用率达到了95%以上，并且浮选得到的精煤，作为电厂的燃料，尾灰得到综合利用，为企业的发展拓宽了产业链，取得了良好的经济效益；减少了环境污染，造福了企业周围的群众，达到了良好的社会效益。■
【关键词】粉煤灰;湿法浮选脱碳
1.粉煤灰的形成及特点
粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发电厂经除尘系统收集的一种较细的固体颗粒，主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁等。它是一种人工火山灰质材料，在其以粉状及有水存在时，能在常温下与氢氧化钙反应形成具有胶凝性的化合物。
粉煤灰是在高温流态化条件下快速形成的玻璃液相在表面张力的作用下收缩成的球形液滴在快速冷却过程中形成的玻璃体。粉煤灰的物理组成为：玻璃微珠，海绵状玻璃体（包括颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体和颗粒较大、疏松多孔的玻璃体）和未燃尽的炭粒。我国电厂排放的粉煤灰中微珠含量大约在70%左右，未燃尽的炭含量在5%-20%左右。
2.粉煤灰的用途
2.1粉煤灰在新型建材方面的应用
我国粉煤灰用于生产建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰烧结砖、生产水泥孰料及用作混合材、生产陶粒、砌块、加气混凝土、墙体材料等。其中陶粒、泡沫玻璃和微晶玻璃等新材料的研制成功，促进了粉煤灰在建材方面的更广泛应用。
2.2粉煤灰在建设工程中的应用
粉煤灰用作建设材料工程的基本材料能节约水泥，降低生产成本和工程造价；提高混凝土后期强度及抗渗性和抗化学侵蚀能力；改善混凝土的和易性，便于泵送、浇注和振捣；抑制碱骨料反应的不良影响；降低水泥水化热，抑制温度裂缝的发生与发展；与水泥中的游离氧化钙相化合提高水泥的安定性。
2.3粉煤灰在化工方面的应用
粉煤灰是一种主要含有硅、铝化学成分的特殊资源，以其特有的物理性质，而被用于化学工业中，从粉煤灰中提取铝、锗等金属，改性粉煤灰用作塑料、橡胶等工业的填料，更可以粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃和分子筛等，展示了粉煤灰在化学工业中广阔的应用前景。
2.4粉煤灰在环境方面的应用
粉煤灰多为多空体，比表面积较大，其表面上的原子力均为不饱和，存在着一定的表面能。当粉煤灰与工业废水接触后，就吸附废水中的BOD、COD、色度等污染物，直至达到吸附平衡为止。
3.粉煤灰脱炭的意义
我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤火力发电为主。由于燃煤机组的不断完善，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增长，据统计，截止到2007年粉煤灰排放量达到3亿吨。
电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质烟煤的情况下，由于经济燃烧还存在一些技术上的困难，因此煤粉不能完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高，一般波动于8％一20％；由于粉煤灰中含有未燃尽炭，会造成粉煤灰综合利用困难．影响了粉煤灰资源的开发，不利于环境保护。
因此粉煤灰脱碳不仅为国家节省了大量的煤炭资源，而且为粉煤灰的综合利用奠定了基础。
4.粉煤灰脱炭工艺:干法电选和湿法浮选
4.1干法电选
干法电选原理是利用粉煤灰在高压电场作用下，因灰与碳导电性能不同．而进行分离。粉煤灰是非导体物料，炭粒是良导体物料，在圆形电晕电场中，当粉煤灰获得电荷后．炭粒因导电性能良好。很快地将所获电荷通过圆筒带走，在重力惯性离心力作用下，脱离圆筒表面，被抛入导体产品槽中，而非导体的粉煤灰所获电荷在表面释放速度较慢，故在电场力作用下，吸收在圆筒表面上，被旋转圆筒带到后部，由卸料毛刷排入非导体产品槽中，从而达到灰炭分离。 国内干法分级设备的回收率在60-70%，同时分选设备的磨损快、高压风机的安全经济问题以及细灰的收集和除尘等问题，制约着电选的进一步发展。
电选由于脱炭效率低、工艺不成熟、现还未获得广泛应用。
4.2湿法浮选脱炭
湿法浮选脱炭是利用新型高效浮选工艺进行脱炭，其工作原理是：残余的炭粒子是高度分散的亲水性颗粒，当粉煤灰浆体中加入浮选剂后，一方面，浮选剂与煤粒的亲和力比灰强；另一方面，由于浮选剂是一种异极性物质，能改变水中煤粒表面湿润性，使炭粒表面由亲水性变成疏水性，从而附着于气泡上随着浮选机运行过程中产生气泡一起浮到水面，而使煤和灰分离，分别经浓缩、脱水后即得到有用的精煤和湿粉煤灰。湿粉煤灰经烘、分选、粉磨之后，即得到优质粉煤灰。浮选的废液循环利用。
湿法浮选脱炭工艺过程:
粉煤灰原灰由汽车或皮带机运输至处理厂，经计量称和皮带输送机送入回转筛中，筛去大于0.5mm粗颗粒后的细灰流入矿浆准备理器中加入浮选药剂混合搅拌后由渣浆泵送入新型高效浮选机（浮选柱）浮选。在浮选机（浮选柱）的强力作用下，浮选药剂中发泡剂产生大量气泡，气泡在上升至液面的过程中将吸附油的煤粒子带到液面形成泡沫层而自溢出来，炭粒子与煤灰分离后，自流到浓缩机浓缩，经过滤机（立式压滤机）脱水，由皮带机送至精煤堆场。尾灰浮选后流入尾灰浓缩机，经过滤机（立式压滤机）脱水后由皮带输送机送至湿灰堆场。废液流入储水池循环利用。
湿灰由装载机送入料斗，再由提升机送入湿灰仓，经皮带秤计量进入烘干机，烘干后的物料由提升机送入旋风式选粉机进行分选。合格的细粉由提升机送入成品库，烘干机收尘器的回灰也送入成品库，粗粉由提升机送入粗渣库。粗渣经计量秤计量后入磨粉磨，合格后物料由提升机送入成品库。所有成品由散罐车输送出厂。
浮选法适用于湿法排放的粉煤灰。此方法是利用粉煤灰和煤核表面亲水性能的差异而将其区分的一种方法。在灰浆中加入捕收剂(如柴油等)，疏水的煤粒被其浸润而吸附在由于搅拌所产生的空气泡上，上升至液面形成矿化泡沫层，即为精煤；亲水的粉煤灰粒则被作为尾渣排除。为了使空气泡稳定，还需要往灰浆水中加入一种药剂——起泡剂(如杂醉油、松尾油、x油等)以减少水的表面张力。 湿法分选设备简单，运行成本低，回收率高达90%以上，分选后的产品能进一步利用，避免了二次污染，节能环保。经过选碳以后的低含碳尾灰是建材工业的优质原料。而浮选的碳可作为燃料用于锅炉燃烧或其他燃料。
5.经济效益分析及市场前景
以韶关乌石电厂为例：处理1t粉煤灰可选取0.12t精碳（热值：>4000大卡），按每吨220元计算，可获得26.4元；可选取尾灰（一级灰：烧失量<5%）为0.88t，按每吨32元/t计算，可获得28.16元，而处理1t粉煤灰所需药剂成本约为6.8元，水、电、设备折旧等其他成本为18.2元，共25元，则处理每吨粉煤灰获得的效益为29.56元。
(1)单台套年处理25万吨粉煤灰，可提取精煤3万吨，折合标煤1.72万吨。每年可为乌石电厂创年效益：
250000×29.56=739万，经济效益十分可观。
(2)以乌石电厂为例：按产业化生产22台套/年设备，每年可回收精煤（碳）66万吨（热值>4000大卡），折合标煤37.84万吨，节能效果显著。
6.粉煤灰应用项目的经济效益和社会效益
浮选精煤的应用：生产的精煤广泛销售给电厂、水泥厂、砖厂作燃煤用。
脱炭粉煤灰加工后，生产优质一级和超一级粉煤灰，主要用于武广铁路工程和珠三角部分重点工程，由于其质量优良获得用户的高度评价。
脱炭粉煤灰直接用于生产加气混凝土砌块：脱炭粉煤灰在韶关筑成新型节能建材公司用来生产加气混凝土砌块，其质量提高一个等級，且浮选精煤可用来烧锅炉，获得巨大的经济效益。
7.综述
粉煤灰湿法选碳是循环经济综合利用项目，不仅为电厂节省了征地建灰场带来的巨额投资，同时该综合利用项目使粉煤灰综合利用率达到了95%以上，并且浮选得到的精煤，作为电厂的燃料，尾灰得到综合利用，为企业的发展拓宽了产业链，取得了良好的经济效益；减少了环境污染，造福了企业周围的群众，达到了良好的社会效益。■