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摘 要：循环流化床锅炉属于低温燃烧，燃烧过程产生的灰渣。产生的大量灰渣中钙含量明显增加，在综合利用方面遇到了难题。本文通过研究流化床锅炉灰渣的综合利用，对节约资源、合理利用资源具有重要意义。
关键词：循环流化床锅炉；灰渣；综合利用
现阶段我国的能源消费主要是煤炭，通过煤炭的燃烧产生热量带动生产。我国部分地区依然采用的是设备陈旧、效率低的模式，没有控制的排放造成了能源和环境污染严重。当前，节约能源与保护环境已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。循环流化床（Circulating Fluidized Bed简称CFB）燃烧技术是一项近二十年来迅速发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术。当前我国大范围出现的雾霾天气使得CFB锅炉成为发电厂和热电厂优选技术之一。但同时，随着国家节能减排措施，对大产能项目的支持，CFB锅炉的大型化逐渐普遍，其灰渣排放量将大幅度增加。因此研究CFB锅炉灰渣的处理和利用具有重要的实践意义。
一、CFB锅炉灰渣物化特性
（一）CFB锅炉灰渣物理特性
灰渣物理外形基本为颗粒状具有微细孔的分散颗粒，底渣含碳量较低，一般均在3 %以下，直径可达50μm～1 000μm，飞灰受分离器效率及炉膛中飞灰一次燃尽率的影响较大，含碳量一般均>10 %，化学活性较差，颗粒直径约为0.5μm～100μm，颜色呈白色或灰色。由于炉内加入了大量的脱硫剂，CFB锅炉灰渣量较多，其加大量与石灰石的纯度，煤的含硫量和发热量有关。底渣和飞灰的比例是不一定的，这取决于煤种特性、煤和脱硫剂的磨损特性、分离器性能以及锅炉的运行条件等，其中以煤的特性影响最大。
（二）CFB锅炉灰渣化学特性
由于CFB锅炉燃烧温度在1 000℃以下，属于低温燃烧，产生的灰渣主要是土质材料，化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等。矿物组成主要为原煤中50 %以上的高岭石，在1 000℃以下燃烧形成的具有活性的无定形偏高岭石。由于低温燃烧和燃烧效率高使CFB锅炉排出的灰渣未经溶化过程不会软化和粘结，燃烧过程加入脱硫剂使得灰渣中含有大量的CaO和CaSO4，因此具有一定的自硬性。向灰渣中加入水，与氧化钙反应生成氢氧化钙，因此灰渣一般呈碱性，高钙是CFB锅炉灰渣最突出的特点。
二、CFB锅炉灰渣综合利用
（一）飞灰的利用
1.飞灰活化的利用
CFB飞灰中含有较高的氧化钙和未燃烧碳，但是活性氧化钙的量不高，这是由于飞灰含有新生成的硫酸钙外壳，将未反应的氧化钙覆盖，而且氧化钙与二氧化硫反应后生成的硫酸钙将氧化钙的孔堵塞，大大降低了飞灰中氧化钙与二氧化硫反应的接触面积，用水和飞灰中的氧化钙在一定温度下混和，氧化钙反应生成氢氧化钙，由于氢氧化钙摩尔体积（33.1 cm3/mol）比氧化钙摩尔体积（16.9cm3/mol）大，所以大部分未参与脱硫的氧化钙因活化反应变成氢氧化钙后，挤压、膨胀硫酸钙覆盖面而暴露出来，增加了与二氧化硫接触的机会，实际上是改变了飞灰的孔径结构和比表面，因而活化后的飞灰在循环利用中，显著提高了钙的利用率和脱硫能力。
2.飞灰再燃烧利用
飞灰燃烧后有一定的含碳量，为了节约能源大多数厂采用飞灰的二次利用。将收集到的飞灰与煤掺混燃烧，能够节约大量的煤炭资源。飞灰中附有一定量的脱硫剂，对于流化床脱硫，降低脱硫剂量有重要作用。锅炉中采用的是电除尘，炉前设计了一小灰库。小灰库控制锅炉总飞灰量参与再燃烧。该装置的安装使飞灰可燃物含量大幅度下降，可以大大提高锅炉的利用效率，增加热值，增加飞灰的利用价值，节约了大量标准煤的消耗。
（二）灰渣综合利用
1.建筑回填利用
建筑工程上需要填充物，填充物的选择对建筑工程的质量具有重要影响。对于建筑中有大的承载物，需要能够承担负荷的填充物打基础。研究表明，在填充物的选择上，对于密度松散的物来说，不能承载大的物件。这需要有大小颗粒不一样，松散不均，结合在一起能够承载大的负荷，对建筑物来说也是安全的。
循环流化床灰渣，因它具有较高的pH值、高吸水性和一定的自硬性能，所以它还可以有效地应用在城市垃圾固化和酸性废弃物的中和方面、应用到交通工程的回填、路堤和路基中。另外，由于循环流化床灰渣70% ～80%的颗粒在砂的细度范围，现在我国很多地方的交通工程中缺少砂资源，因此可以利用循环流化床灰渣代替天然砂。调查得知，我国建筑工程中采用这种回填的方式已经非常普遍了，以后这种回填的方式还会进一步增加，这是灰渣综合利用中的又一杰作。
2.综合利用元素
CFB灰渣中常常含有多种重金属元素，对于综合利用意义重大。灰渣中可以提炼钒，钒是一种稀有金属，具有许多可贵的物理化学特性和机械特性，广泛地应用于近代工程技术中。从含钒灰渣中提取V2O5的方法很多，当前采用较多的是盐焙烧法，并成为标准流程。焙烧转化率的高低决定总回收率的高低，流化床焙烧是目前石煤提钒较先进的一种工艺，可达到较佳热工参数和状态。
目前的研究表明，粉煤灰空心微珠的生成与燃煤的成分和微结构以及煤粉颗粒的燃烧过程有关。颜色为灰色，形态是球形，由于微珠具有颗粒微小、质轻、绝缘、耐磨、抗压强度大、热稳定性好和耐酸、耐碱、可作为轻质、隔热、隔音、绝缘及耐磨材料，作为新型建材已经广泛运用到建材、塑料、化工、航空等领域。
3.工、农业综合利用
CFB锅炉灰渣中含有硅、磷、镁、钾等多种元素，在农业生产中可以用来制作肥料。在新一轮的国家鼓励产业中就有能源综合利用的政策，鼓励兴办二次利用工业废弃物，建造新型农业生产基地，新建农业产业化工厂，提供农业生产，保证农业顺利开展。改良土壤的碱性，对含脱硫产物和脱硫剂较高的循环流化床灰渣，因自由CaO和H2O反应生成Ca（OH）2，使灰渣呈碱性，因此，此种灰渣可用于农田、恢复酸性矿地、中和工业废料等方面。石煤渣也是强碱性物质，pH值在10～12，所以直接施用石煤渣后可以不同程度地提高土壤的碱度。石煤渣很适合在南方酸性土壤中施用，特别是在南方缺钾需硅的酸性水稻田里施用，更有良好的作用。也可以在工业企业中得到综合利用，可以为水泥厂提供原料，利用CFB的灰渣制作膨胀剂和膨胀，生产出的水泥具有性能好、成本低的优势。
CFB锅炉灰渣与普通煤粉炉灰渣有很多不同之处，需要技术改造和国家政策支持。随着国家对环保工作的逐渐重视，加上CFB锅炉自身的优点，在以后的生产中必定会得到推广和应用，加强对CFB锅炉灰渣利用研究具有重要的意义。
参考文献：
[1]闫维勇，高廷源，熊仁森.循环流化床锅炉脱硫灰渣综合利用研究[J].洁净煤技术，2000，6（1）
[2]杨文，谢晓闻，黄羽雕，等.循环流化床锅炉飞灰综合利用初探[J].工业锅炉，1999，（1）
[3]林宗虎，魏敦菘，安恩科，等.循环流化床锅炉[M].北京：化学工业出版社，2004：229.
[4]吕俊复.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社.1998.
[5]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社.2000.
[6]辽宁省电力公司.锅炉运行[M].北京：中国电力出版社.2003.
作者简介：
金昊（1984年4月10日-），男，籍贯：辽宁省调兵山市，单位：辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，职称：初级，学历：本科。
关键词：循环流化床锅炉；灰渣；综合利用
现阶段我国的能源消费主要是煤炭，通过煤炭的燃烧产生热量带动生产。我国部分地区依然采用的是设备陈旧、效率低的模式，没有控制的排放造成了能源和环境污染严重。当前，节约能源与保护环境已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。循环流化床（Circulating Fluidized Bed简称CFB）燃烧技术是一项近二十年来迅速发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术。当前我国大范围出现的雾霾天气使得CFB锅炉成为发电厂和热电厂优选技术之一。但同时，随着国家节能减排措施，对大产能项目的支持，CFB锅炉的大型化逐渐普遍，其灰渣排放量将大幅度增加。因此研究CFB锅炉灰渣的处理和利用具有重要的实践意义。
一、CFB锅炉灰渣物化特性
（一）CFB锅炉灰渣物理特性
灰渣物理外形基本为颗粒状具有微细孔的分散颗粒，底渣含碳量较低，一般均在3 %以下，直径可达50μm～1 000μm，飞灰受分离器效率及炉膛中飞灰一次燃尽率的影响较大，含碳量一般均>10 %，化学活性较差，颗粒直径约为0.5μm～100μm，颜色呈白色或灰色。由于炉内加入了大量的脱硫剂，CFB锅炉灰渣量较多，其加大量与石灰石的纯度，煤的含硫量和发热量有关。底渣和飞灰的比例是不一定的，这取决于煤种特性、煤和脱硫剂的磨损特性、分离器性能以及锅炉的运行条件等，其中以煤的特性影响最大。
（二）CFB锅炉灰渣化学特性
由于CFB锅炉燃烧温度在1 000℃以下，属于低温燃烧，产生的灰渣主要是土质材料，化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等。矿物组成主要为原煤中50 %以上的高岭石，在1 000℃以下燃烧形成的具有活性的无定形偏高岭石。由于低温燃烧和燃烧效率高使CFB锅炉排出的灰渣未经溶化过程不会软化和粘结，燃烧过程加入脱硫剂使得灰渣中含有大量的CaO和CaSO4，因此具有一定的自硬性。向灰渣中加入水，与氧化钙反应生成氢氧化钙，因此灰渣一般呈碱性，高钙是CFB锅炉灰渣最突出的特点。
二、CFB锅炉灰渣综合利用
（一）飞灰的利用
1.飞灰活化的利用
CFB飞灰中含有较高的氧化钙和未燃烧碳，但是活性氧化钙的量不高，这是由于飞灰含有新生成的硫酸钙外壳，将未反应的氧化钙覆盖，而且氧化钙与二氧化硫反应后生成的硫酸钙将氧化钙的孔堵塞，大大降低了飞灰中氧化钙与二氧化硫反应的接触面积，用水和飞灰中的氧化钙在一定温度下混和，氧化钙反应生成氢氧化钙，由于氢氧化钙摩尔体积（33.1 cm3/mol）比氧化钙摩尔体积（16.9cm3/mol）大，所以大部分未参与脱硫的氧化钙因活化反应变成氢氧化钙后，挤压、膨胀硫酸钙覆盖面而暴露出来，增加了与二氧化硫接触的机会，实际上是改变了飞灰的孔径结构和比表面，因而活化后的飞灰在循环利用中，显著提高了钙的利用率和脱硫能力。
2.飞灰再燃烧利用
飞灰燃烧后有一定的含碳量，为了节约能源大多数厂采用飞灰的二次利用。将收集到的飞灰与煤掺混燃烧，能够节约大量的煤炭资源。飞灰中附有一定量的脱硫剂，对于流化床脱硫，降低脱硫剂量有重要作用。锅炉中采用的是电除尘，炉前设计了一小灰库。小灰库控制锅炉总飞灰量参与再燃烧。该装置的安装使飞灰可燃物含量大幅度下降，可以大大提高锅炉的利用效率，增加热值，增加飞灰的利用价值，节约了大量标准煤的消耗。
（二）灰渣综合利用
1.建筑回填利用
建筑工程上需要填充物，填充物的选择对建筑工程的质量具有重要影响。对于建筑中有大的承载物，需要能够承担负荷的填充物打基础。研究表明，在填充物的选择上，对于密度松散的物来说，不能承载大的物件。这需要有大小颗粒不一样，松散不均，结合在一起能够承载大的负荷，对建筑物来说也是安全的。
循环流化床灰渣，因它具有较高的pH值、高吸水性和一定的自硬性能，所以它还可以有效地应用在城市垃圾固化和酸性废弃物的中和方面、应用到交通工程的回填、路堤和路基中。另外，由于循环流化床灰渣70% ～80%的颗粒在砂的细度范围，现在我国很多地方的交通工程中缺少砂资源，因此可以利用循环流化床灰渣代替天然砂。调查得知，我国建筑工程中采用这种回填的方式已经非常普遍了，以后这种回填的方式还会进一步增加，这是灰渣综合利用中的又一杰作。
2.综合利用元素
CFB灰渣中常常含有多种重金属元素，对于综合利用意义重大。灰渣中可以提炼钒，钒是一种稀有金属，具有许多可贵的物理化学特性和机械特性，广泛地应用于近代工程技术中。从含钒灰渣中提取V2O5的方法很多，当前采用较多的是盐焙烧法，并成为标准流程。焙烧转化率的高低决定总回收率的高低，流化床焙烧是目前石煤提钒较先进的一种工艺，可达到较佳热工参数和状态。
目前的研究表明，粉煤灰空心微珠的生成与燃煤的成分和微结构以及煤粉颗粒的燃烧过程有关。颜色为灰色，形态是球形，由于微珠具有颗粒微小、质轻、绝缘、耐磨、抗压强度大、热稳定性好和耐酸、耐碱、可作为轻质、隔热、隔音、绝缘及耐磨材料，作为新型建材已经广泛运用到建材、塑料、化工、航空等领域。
3.工、农业综合利用
CFB锅炉灰渣中含有硅、磷、镁、钾等多种元素，在农业生产中可以用来制作肥料。在新一轮的国家鼓励产业中就有能源综合利用的政策，鼓励兴办二次利用工业废弃物，建造新型农业生产基地，新建农业产业化工厂，提供农业生产，保证农业顺利开展。改良土壤的碱性，对含脱硫产物和脱硫剂较高的循环流化床灰渣，因自由CaO和H2O反应生成Ca（OH）2，使灰渣呈碱性，因此，此种灰渣可用于农田、恢复酸性矿地、中和工业废料等方面。石煤渣也是强碱性物质，pH值在10～12，所以直接施用石煤渣后可以不同程度地提高土壤的碱度。石煤渣很适合在南方酸性土壤中施用，特别是在南方缺钾需硅的酸性水稻田里施用，更有良好的作用。也可以在工业企业中得到综合利用，可以为水泥厂提供原料，利用CFB的灰渣制作膨胀剂和膨胀，生产出的水泥具有性能好、成本低的优势。
CFB锅炉灰渣与普通煤粉炉灰渣有很多不同之处，需要技术改造和国家政策支持。随着国家对环保工作的逐渐重视，加上CFB锅炉自身的优点，在以后的生产中必定会得到推广和应用，加强对CFB锅炉灰渣利用研究具有重要的意义。
参考文献：
[1]闫维勇，高廷源，熊仁森.循环流化床锅炉脱硫灰渣综合利用研究[J].洁净煤技术，2000，6（1）
[2]杨文，谢晓闻，黄羽雕，等.循环流化床锅炉飞灰综合利用初探[J].工业锅炉，1999，（1）
[3]林宗虎，魏敦菘，安恩科，等.循环流化床锅炉[M].北京：化学工业出版社，2004：229.
[4]吕俊复.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社.1998.
[5]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社.2000.
[6]辽宁省电力公司.锅炉运行[M].北京：中国电力出版社.2003.
作者简介：
金昊（1984年4月10日-），男，籍贯：辽宁省调兵山市，单位：辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，职称：初级，学历：本科。