1 7 2 -CFB 灰的有益利用上海市石油学会论文集C F B 灰的有益利用L i n J i u a n ( L i l y ) Y o u n gA h l s t r o m 热电公司圣地亚哥，C r e s t m a rP o i n t8 9 7 0 号，加州9 2121 3 2 2 2小J a c kL C o t t o n ，热电公司圣地亚哥，R e h c o 路8 9 2 5 号，加州9 2 1 2 1 - 3 2 6 9摘要燃煤发电I ，叶美国发电量的约5 5 。据估计，在1 9 9 0 年。由此产生的燃煤废品已超过9亿n 屯。目前，这些废料中仅有3 0 被回收利用。其余的主要是掩埋或堆在地面1 1 一J 。随着以后用电餐的增加以及1 9 9 0 空气清洁法修正案第篇的执行，循环流化床( C F B ) 燃烧技术将会在供电行业中发挥重要作用。C F B 灰副产品有许多有益的刖途。本文根据C F B 灰的特性，说明该种灰可能的用途。这里讨论的有益用途包括把C F B 灰用丁农业，制成酸性废料稳定剂，灰砖，泥浆稳定剂，以及用于露天采矿和结构填充。引言发展C B F 燃烧技术，使N 0 2 产生量降至最低水平，去除S 0 2 ，燃烧各种燃料，同时能够满足空气排放标准的要求。需要遵守空气清洁及其他政府规定的发电厂将会经常使J E I jC F B 燃烧技术。C F B 废渣已按其特征有了很多刚途。电力研究所( E P R I ) 已对流化床燃烧( F B C ) 废渣进行了技术评估，并对其应用作了初步市场分析。E P R I 认为以卜应川具有较人潜力：结构填充，稳定路基，十壤稳定，S 0 2 洗涤器，以及工业泥浆稳定剂，农业用途，制成砖块，中等潜力的用途为水泥生产、混凝十块生产，废水泥浆稳定，矿料填充，合成骨料，陶瓷制品，矿渣棉和灌浆矿物同填l 川。灰的特性决点了其对周围环境作如何反应及其用途。本文说明A h l s t r o mP Y F O F L O W 噬) 牌锅炉中产生的C F B 灰的特性。这种锅炉使用三种类型的燃料：煤，g o b ，煤和生物量的混合物。本文将根据各自不同的特性，对P y r o f l o w 灰的有益用途进行讨论。C F B 灰特性区分方法对P y r o f l o w 灰的化学性质和物理性质都进行了分析。通过确定这些残渣的元素成份，碳含苗和含碱鼙评定了其化学特性。并测定了灰的水份含量，松( 堆) 密度，真实密度雨I 烧火蛀等物理性质。分别J f _ I jL E C O 元素分析仪，C H N 6 0 0 和S C 1 3 2 测定了碳和硫的含量。用U I CC 0 2 分析仪测定了碳酸盐和碳的含量。用一只感应耦合的氩气等离子分光仪按A S T M 方法D 3 6 8 2 测定主要和次要矿物成份。用氢氧化钠滴定法来测定灰渣的含碱量，并按照D C E 报告1 4 1 中规定的程序表示成氢J 二海市石油学会论文集CFB 灰的有益利用1 7 3 氧化钙的含量。含碱量表明了石灰含量，这可用来中和酸性废渣。分别按照A S T M 方法D 2 2 1 6 ，C 2 9 ，D 8 5 4 和C 2 5 确定了所含水份，松( 堆) 密度，真实密度和烧失量( L O I ) 。结果和讨论P y r o flo w 灰的一般特性由于运行温度较低而且添加有控制S 0 2 发散的吸附剂( 石灰石) ，C F B 灰渣的化学成份与传统的煤灰有所不同。C F B 灰渣中钙和硫的含量较高，但相应的氧化铝，氧化铁和硅土的含量较低。与传统的F 级和C 级烟灰( A S T M 方法c 6 1 8 ) 的灰渣不同，C F B 的灰渣不是呈凝硬玻璃状的颗粒。不同燃料产生的P y r o f l o w 灰，其特性也各不相同( 表1 和表2 ) 。这是由于灰的特性不是仅仅表1不同燃料产生的P y r o f l o w 烟灰的特性煤G o b混合燃料化学成分( 收到时) ：碳，2 19 22 35 O6 6 09 3碳酸盐，1 33 01 3-1 6N A未烧尽碳，3 89 02 04 6N 厂灰中矿物质：N a 2 0 0 2-1 30 2-O 30 30 3K 2 0 ，0 51 11 92 10 5-1 1 M g O ，0 65 01 1-1 30 84 0C a o 。2 4 23 5 71 5 11 7 22 8 53 4 2F e 2 0 a ，5 41 5 57 27 65 16 0A 1 2 0 3 。5 58 41 6 21 7 O6 81 1 1S i 0 2 ，1 8 53 9 54 1 94 3 21 5 12 7 1P 2 0 5 ， 0 1O 2 O 1-O 20 20 3T i 0 2 ，0 3O 5O 9-1 00 7O 7S O a ，8 O1 7 56 59 41 2 21 3 5以C a ( O H ) 2 为代表的碱含量2 0 53 6 21 1 7-1 7 52 7 84 7 2物理特性( 收N , , - t ) ：温度，0 0O 50 3- 0 40 6 O 8L O I 。8 31 3 55 88 61 3 21 9 4松( 堆) 密度，g c m 31 01 60 9-1 01 11 1真实密度，g c m 32 72 82 5-2 62 62 6* 4 0 - 6 0 ( 重量) 的煤和木屑混合物。表2 不同燃料产生的P y r o f l o w 炉底灰的特性煤G o b混合燃料化学成分( 收到时) ：碳，0 34 50 5。0 70 91 2碳酸盐，O 22 2O 20 4N A未烧尽碳，O 24 10 50 7N A灰中矿物质：N a 2 0 ，O 1O 8O 30 30 1O 2K 2 0 ，O 22 82 12 10 70 9M g O 0 71 5O 81 20 85 1C a o ，1 1 85 3 O7 41 5 43 8 33 8 4F e 2 0 3 ，1 72 83 03 - 31 92 9A 1 2 0 3 ，1 41 3 61 7 82 1 95 96 1S i 0 2 ，6 37 9 74 9 05 8 41 8 91 8 9P 2 0 s 。 0 10 30 1O 20 20 2T i O z ，0 1O 70 91 4O 30 4S 0 3 ，3 53 5 85 78 92 1 72 7 8以C a ( O H h 为代表的碱含量1 3 22 7 25 21 3 62 4 43 6 0物理特性( 收到时) ：温度，O 00 40 20 5O 20 2L O I ，1 67 82 22 65 26 3松( 堆) 密度，g c m 31 3- 1 1 41 41 7I 7真实密度，g c m 32 52 92 52 62 62 6* 4 0 - 6 0 ( 重量) 的煤和木屑混合物。受到喂入燃料，吸收剂和其他添加剂的影响，而且还受到操作条件的影响。以g o b 为燃料的装置中出来的P y r o f l o w 灰，相对地氧化铝，氧化铁和硅土的含量较高，但氧化钙的含量较低。G o b 的灰份为4 2 6 2 ，比煤高很多。因此，g o b 留下愈多，导致整体灰中氧化铝，氧化铁，和硅七的含量较高。一般情况下，C F B 烟灰中的碳酸盐，碳，未烧尽的碳和自由态的石灰含量比炉底灰中的高。这是由于烟灰颗粒尺寸小，在锅炉中停留时间短造成的。P y r o f l o w 灰的使用可能性由于石灰石的未充分利用，使C F B 灰中自由态的石灰含量较高。这是C F B 灰最突出的特点。l ：海市石油学会论文集cFB 灰的有益利用1 7 5 -( 1 ) 农业用途多年以米，石灰或石灰石因如下优点而一直为农民所利用：中和土壤酸性，使土壤条件接近庄稼或植物生长的最佳条件，提供支持植物生命的直接营养来源，增加其它营养物质的供应，促进土壤中的微生物作用，改善土壤的耕作5 1 。有些研究显示由于自由态石灰含量高，F B C 灰渣已成为农业石灰石理想的替代品【6 一】。自由态石灰含量较高的煤进料或混合燃料的C F B 灰，在农业用途I - _ L 匕烧g o b 锅炉产生的灰理想。目前，从几台P y r o f l o w锅炉中产出的灰已成功卖给了农民，用作农用并：i 灰。这是P y r o f l o w 灰最常见的用途。灰是按照碳酸钙当量来出售的。( 2 ) 酸性废料的稳定剂C F B 废渣中的自由态石灰可用来中和各种工艺过程操作中产出的酸性废料。表l 和表2 中P y r o f l o w 灰的含碱量显示出这些废渣的中和能力。虽然中和酸时，灰中的石灰含量决定了灰的需削量，但这时石灰含量不如农业用时那么关键。因为农业用的灰必须和市场上的天然石灰和石灰石竞争。看来对于任何一种燃料( 煤，g o b ，或混合燃料) 的P y r o f l o w 灰来说，中和剂是一种前景广阔的用途。一( 3 ) 泥浆稳定剂灰中白由态的彳i 灰也可刚作泥浆稳定剂。由于自由态彳彳灰和水会发生放热反应，且由于灰的高碱特性，所以这种灰是一种理想的泥浆低温杀菌剂和稳定剂。将泥浆和C F B 灰相混合形成固体稳定材料，也便于泥浆的搬运处理。几个P y r o f l o w 厂中，有难运送和处理的泥浆，都使用了这种灰。N V i m 能源系统公司止在出售一种名叫N V i r o 土的泥七状物质。这是一种碱和泥浆的混合物。最初是用窑灰作为碱掺合料，但现在无论C 级烟灰还是流化床烟灰都普遍使用，对废水泥浆作低温灭菌并使其稳定。N V i r o 能源系统公司的研究显示，F B C 灰消除异味的效果比其他碱性掺合料更好。这可能是由丁F B C 灰颗粒细，且碳含量高，增加了吸附能力【8 】。在N V i r o 技术中使用P y r o f l o w灰作为碱掺合料是一种有潜力的应用。( 4 ) 结构填充由于C F B 灰渣具有单位重量轻及适度的胶粘性，所以与一般的挖掘土相比较有优势。由于存在自由态的石灰，硅土，氧化铝，氧化铁和硫酸钙所以会白行变硬。当灰渣用作填充材料时，硅十，氧化锅，氧化铁等成份会强化反应性。所以当用作结构填充材料时，燃g o b 锅炉产生的C F B灰效果比燃煤或燃混合燃料装置产生的灰好。( 5 ) 灰块一台P y r o f l o w 燃煤锅炉中产出的C F B 灰已被制成一种简单且便宜的灰砖。灰砖是田炉底灰和烟灰混合，加入水，夯实至不低于9 0 密实度，然后养护至少7 天。将凝结的材料碾碎并筛除尺寸过火的材料，得到一种尺寸小于1 筛号的砂质砾石骨，可作道路表面骨料及基础用料。- 1 7 6 -CFB 灰的有益利用t 海市石油学会论文集( 6 ) 露天矿的回填露天矿的填筑是C F B 灰渣最具潜力的用途之一。最近，两弗吉尼亚大学收到能源部) D O E )一笔1 5 0 万美元的拨款，用丁开发一种F B C 灰渣制成的混凝士用于煤矿填筑。使用这种材料的目的是利用其含碱量的特点控制酸性矿物质的排放。目前，