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宁夏地区炉底渣材料特性及应用建议

发布于:2024-02-02 11:19:02 来自:环保工程/固废处理 [复制转发]


 


摘 要:       炉底渣的产量约占粉煤灰总产量的20%,年产量过亿吨,但是其综合利用率远低于粉煤灰,综合利用并没有受到重视,缺乏材料特性及差异性研究,未能充分发挥其材料性能。本工作从炉底渣颗粒大小形貌、化学成分及矿物相组成三方面对宁夏地区11家煤粉炉电厂和1家循环流化床电厂的炉底渣进行材料特性研究。结果表明,炉底渣细度模数范围为0.9~2.6,其中11家样品的砂粒含量都大于50%,属于砂土;煤粉炉和循环流化床炉底渣颗粒形貌均为不规则形貌,都含有少量未燃尽的多孔碳颗粒,但二者的形貌具有显著差异;11家煤粉炉炉底渣的二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁总质量分数(%)均大于等于70%,循环流化床炉底渣具有低铁高硫高钙的特点。矿物相方面10家炉底渣以石英为主,2家电厂的炉底渣以莫来石为主。炉底渣的材料特性对应其应用的颗粒效应、化学成分效应和矿物相效应,建议根据其颗粒效作为砂土应用于土壤修复和土壤改良,根据其化学效应替代天然砂作为骨料,根据其矿物相效应,应用于莫来石陶瓷,或应用于建材、道路等作为辅助胶凝材料。      
关键词:       炉底渣 颗粒粒度 化学成分 矿物相组分 炉底渣应用      
 

引言

以锅炉进行燃煤发电或发热过程中,为了满足烟气排放的环保要求,除尘工艺产生了粉煤灰,锅炉底部排出了炉底渣。燃煤发电机组分为煤粉炉和循环流化床燃煤机组。一般煤粉炉燃煤机组每万千瓦的装机容量产生约0.66万t粉煤灰、0.14万t炉底渣,而循环流化床燃煤机组每万千瓦产生约0.39万t粉煤灰及0.68万t炉底渣,总体上,炉底渣的产量约占粉煤灰总产量的20%。

2020年全国粉煤灰产生量约6.5亿t,相应的炉底渣年产量过亿吨。目前,我国粉煤灰综合利用率达到70%,但是炉底渣的综合利用并没有受到重视,综合利用率远低于粉煤灰,大部分采用灰场堆埋等方式处置,少量作为水泥、砖和耐火材料的配料、道路的填充料、土壤调节剂、充填或回填工程的填料。炉底渣的基本材料性质与粉煤灰接近,二者最大的差异是颗粒大小分布及形貌,在化学成分方面,都是硅铝酸盐,但是部分炉底渣的硫、钙和碳含量偏高。目前我国的粉煤灰有较完整的基本材料性质研究,同时也有相应的分类及应用标准,但炉底渣尚缺乏完整的基本材料性质研究,因此,本研究采用宁夏地区12家电厂提供的11台煤粉炉及1台循环流化床机组的炉底渣样品,从颗粒大小形貌、化学成分及矿物相组成三方面对其进行材料特性研究,并提出应用建议,推动其资源化利用。

粉煤灰的四大功效

炉底渣样品选自国家能源集团宁夏电力有限公司下属的12家电厂,其中11家为煤粉炉炉底渣,1家为循环流化床炉底渣,其信息及样品代号见表1。

 
炉底渣颗粒大小形貌  
根据GB/T14684《建筑用砂》标准测试了12家电厂炉底渣的粒度分布(见表2)。炉底渣样品的细度模数范围为0.9~2.6。GB/T14684按细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格,其细度模数分别为3.7~3.1、3.0~2.3、2.2~1.6。结果表明,12家电厂炉底渣样品中,BS?5及BS?12的细度模数在2.3~3.0,属于中砂,而BS?7及BS?11细度模数在1.6~2.2,属于细砂。另外8家电厂的炉底渣细度模数都小于1.6,比细砂还细。按照土壤颗粒粒径分类,在50~1000μm的为砂粒,而砂土中的砂粒含量要求大于50%,结果表明,11家电厂的炉底渣样品600μm的筛下灰的含量都大于50%,说明这11家电厂的炉底渣样品的砂粒含量都大于50%,满足砂土的要求。  
 
炉底渣颗粒大小形貌  
采用SEM表征12家电厂炉底渣的颗粒形貌,见图1。11家煤粉炉炉底渣样品和1家循环流化床炉底渣样品形貌均为不规则形貌,都含有少量未燃尽的碳颗粒。11家煤粉炉炉底渣样品的形貌相似,炉底渣颗粒与颗粒之间通过烧结形成颈部连接,较大的颗粒中包裹了很多小的球形颗粒。炉底渣颗粒在烧结过程中,相同的烧结温度,小颗粒优先熔融,包裹于其他熔融物中,形成不规则的较大粒度的熔融颗粒。BS?7为循环流化床炉底渣,粉体主要为不规则的颗粒形貌,但是颗粒与颗粒之间独立,没有类似于煤粉炉炉底渣颗粒间的颈部连接及熔融大颗粒。这是由于循环流化床(CFB锅炉)的烧结温度通常在800~900℃,由于燃烧温度不足以实现大多数矿物的熔融,炉底渣保持了独立的不规则形貌。因而,燃煤机组类型对炉底渣形貌的影响较大,煤粉炉炉底渣和循环流化床炉底渣在形貌上具有显著差异。但是相同燃煤机组类型,不同电厂的炉底渣形貌较相似,没有显著差异。  
 
 
炉底渣化学成分与含量  
 
 
炉底渣的应用建议  
炉底渣的三方面材料特性,颗粒大小形貌、化学成分、矿物组成对应其应用的颗粒效应、化学成分效应和矿物相效应。首先颗粒效应用于集料或填料,例如用于改良土壤的孔隙率、取代天然砂石等。12家电厂炉底渣的粒度分布数据表明,只有其中4家能满足建筑用砂标准的细度模数要求,但是进一步按照建筑用砂标准的颗粒级配要求评估,12家电厂的样品都不满足颗粒级配的要求。因而,炉底渣不建议直接应用于建筑用砂,需要增加筛分或者分级的工艺应用于建筑用砂。土壤颗粒以粒径大小分为四类:粒径不大于2μm的为黏粒,在2~50μm的为粉粒,在50~1000μm的为砂粒,以及不小于1mm的为砾石。根据不同土壤颗粒含量,土壤划分为黏土、壤土和砂土三类。黏土以黏粒为主,壤土以粉粒为主,而砂土的砂粒含量大于50%。数据表明,大部分炉底渣的砂粒含量大于50%,属于砂土,因而,可以将炉底渣作为砂土应用于土壤修复和土壤改良。  
化学成分效应方面,12家电厂炉底渣的化学含量以氧化硅为主,含量在40.5%~56.0%,接近天然砂的组分,因为从化学成分效应的角度,可以考虑采用炉底渣替代天然砂进行应用。另外,炉底渣和土壤颗粒的主要化学成分都是硅铝酸盐,建议可以采用炉底渣作为砂土进行应用。  
矿物相效应方面,BS?1和BS?2两家电厂的炉底渣以莫来石为主,莫来石含量分别为34.5%和30.2%,因而建议这两家电厂的炉底渣可以作为增强颗粒应用于陶瓷、烧结陶粒产品。11家煤粉炉的炉底渣都具有较高的玻璃相含量,范围在45.1%~58.2%,在碱性条件下,有胶凝性能,可以用于建材、道路等作为辅助胶凝材料。  
结语  
炉底渣是产量仅次于粉煤灰的大宗燃煤固废之一,目前普遍面临着缺乏材料特性数据支撑其应用的问题。本工作从颗粒大小形貌、化学成分及矿物相组成三方面对宁夏地区11家煤粉炉电厂和1家循环流化床电厂的炉底渣进行材料特性及其差异性研究。结果表明,炉底渣样品的细度模数范围为0.9~2.6,大部分属于砂土。11家煤粉炉炉底渣样品和1家循环流化床炉底渣样品形貌均为不规则形貌,都含有少量未燃尽的炭颗粒,煤粉炉炉底渣和循环流化床炉底渣由于机组烧结温度不同,其形貌具有较大差异,煤粉炉炉底渣样品都具有颗粒间熔融形成的大颗粒形貌。11个煤粉炉炉底渣样品化学含量都以二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁含量为主,循环流化床炉底渣具有低铁高硫高钙的特点。12家电厂炉底渣烧失量在0.8%~46.9%,不同电厂炉底渣烧失量的差距主要来源于水和无机盐含量。矿物相方面,10家电厂的炉底渣以石英为主,2家电厂的炉底渣以莫来石为主。鉴于炉底渣的材料特性,建议根据其颗粒效应作为砂土应用于土壤修复和土壤改良,根据其化学效应替代天然砂作为骨料,根据其矿物相效应,应用于莫来石陶瓷,或应用于建材、道路等作为辅助胶凝材料。            

  • yj蓝天
    yj蓝天 沙发

    好资料,学习啦,谢谢楼主分享

    2024-02-03 09:22:03

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这个家伙什么也没有留下。。。

固废处理

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