引言
隨著人們環保意識的日益增強，燃煤火力發電對大氣環境的污染引起了人們的高度重視。鑒于循環流化床(CFB)鍋爐具有低成本、高效脫硫和低NO 排放等優點，它已成為當前煤炭潔凈燃燒的首選爐型。CFB 鍋爐具有燃料適應性廣的特點，可以以此為平臺實現能源的綜合利用：① 使一些低級資源能源化。目前已開發出燃燒石油焦、污泥、生物質、垃圾廢棄物等類型的CFB鍋爐并取得成功；② 與其他能源或原材料加工系統整合，實現能源高效利用。目前，以CFB鍋爐技術為基礎的IGCC系統、PCFBC系統、PGCFB—CC系統均已開發成功并產業化，今后將繼續朝著大型化和優化運行方向發展。因此，CFB鍋爐技術得以迅猛發展。1 CFB鍋爐飛灰和底渣特性及其應用影響CFB鍋爐灰渣特性的因素較多：
(1)燃料種類。無煙煤的飛灰含量普遍較高，有的高于20％ ，平均粒徑達到53 m；生物質燃料灰渣的熔點較低，易結渣，灰分主要以鐵、鈣、鋁、鉀和鈉為主，與煤飛灰的化學組成明顯不同；城市垃圾灰中大多含有一定量重金屬離子，如鉛、汞等 。
(2) 煤種特性。劉彥鵬，王勤輝等人在一臺0．5 MW 的CFB燃燒試驗臺上進行了4種不同煤種的燃燒試驗，試驗結果為：① 揮發分高、灰分含量低的煤種在燃燒過程中產生更多的細灰渣顆粒，其底渣中細顆粒的份額也比較高，底渣的平均粒徑與給煤顆粒的平均粒徑差別較大。而且，灰渣大部分以飛灰形式排出。②煤種對所產生的飛灰顆粒粒徑分布影響不大，但飛灰含碳量卻隨著煤中碳分的增加而增加；對于同一燃燒裝置，底渣含碳量隨燃煤灰分的增加而增加 。
(3)處理T藝、鍋爐運行環境、季節變化、負荷變化以及操作人員的差異等，都會使CFB鍋爐灰渣的特性產生較大的變化，但規律性不明顯。例如，為了提高脫硫效率，CFB鍋爐運行中采用了爐內添加石灰石脫硫技術，其灰渣與普通煤粉的灰渣在形態、粒度、化學性質等方面有很多不同之處，以致于很難用常規的灰渣利用方式對其進行處理。本文僅分析一種典型的CFB鍋爐灰渣與煤粉爐灰渣特性的差異及其應用。
1．1 CFB鍋爐和煤粉爐灰渣特性分析
與煤粉爐相比，典型的CFB鍋爐具有燃料中摻加石灰石粉實現爐內脫硫、燃燒溫度低、蓄熱量大、底渣在爐膛中停留時間較長、排灰量較大等特點，因此，兩者產生的灰渣在物理和化學特性等方面具有明顯的不同。CFB鍋爐灰渣又分為F類低鈣灰和c類高鈣灰，本文僅對燃燒褐煤或亞褐煤所形成的高鈣灰 (SiO2+AI2O3+Fe2O3≥50％)進行分析，具體分析結果見表1。
1．2 CFB鍋爐飛灰與常規粉煤灰的區別
1．2．1 CaO含量高
為了達到國家規定的脫硫效率，滿足環保要求，CFB鍋爐設計的Ca／S一般都大于2，因此，CFB鍋爐飛灰中含有大量未反應的CaO(超過10％ )。國外把CaO含量超過10％ 的粉煤灰稱為C類灰，低于10％ 的稱為F類灰。C類灰本身具有一定的水硬性，這是由于游離的CaO激發灰渣中的活性SiO2 和活性A12O 3生成具有一定水硬性的凝膠類物質，同時CaO水化硬化以及由CaSO4 參與的水化反應生成了強度較高的Ca(OH)2和一些水泥水化礦物如鈣礬石，因此c類灰可作水泥混合材。F類灰常做混凝土摻和料，它的水化熱比C類灰低。但是，CaO的水化硬化反應時問比水泥中其他物質長，且CaO水化成Ca(OH)2體積增大很多，所以CaO含量高會帶來較大的體積膨脹，嚴重影響體積安定性，是建筑制品致命的隱患 。
1．2．2 Fe2O3+SiO2+A12O 3含量低
粉煤灰中Fe2O3、SiO2 、A12 O3 的含量直接關系到它作為建材原料的優劣。這是因為粉煤灰的活性主要來自活性SiO2，和活性A12O3在一定堿性條件下的水化作用。CFB鍋爐飛灰中含有 A12O 3、SiO2等活性成分，是一種活性骨料，可與膠凝材料發生界面反應而提高界面強度，對混凝土抗彎強度的提高有利。但美國粉煤灰標準ASTM(618)中規定，用于水泥的C類灰中，Fe2O3+SiO2+A12 O3 的含量必須占總量的50％ 以上。而CFB鍋爐飛灰中三者的總量不足50％ ，對其應用是不利的。而且，CFB鍋爐飛灰中含有過量的Fe2 O 3，SiO2 和A12 O3 偏少，對飛灰的活性更為不利。
1．2．3 S03 含量高
在粉煤灰中，一部分硫以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它對粉煤灰早期強度的發揮有一定作用，因此，硫對粉煤灰活性是有利的。但隨著脫硫效率的提高，CFB鍋爐飛灰中硫酸鹽的含量相應提高，從而產生了體積膨脹，導致建材制品穩定性差，同時對結構混凝土中的鋼筋具有腐蝕作用。我國國家標準規定，作為建材使用的粉煤灰，其中SO3 的質量分數不得高于3％ E 6 。SO3 含量高是CFB鍋爐飛灰在建筑_『二程應用方面的不利因素。
1．2．4 燒失量較高
由于CFB鍋爐爐溫較低，大量的惰性碳未充分燃燒，導致飛灰的燒失量較高。飛灰中的未燃碳粒疏松多孔，與其他物質結合能力較差，對一些外加劑的使用效果產生不利影響，在做水泥、混凝土的摻合料時，具有較大的技術障礙。但由于飛灰中有一定的碳含量，國內外大多采用飛灰回燃技術，提高飛灰燃盡度。
1．2．5 細度大
CFB鍋爐飛灰細度大。粉煤灰的細度影響早期水化反應，是工程應用的重要指標，細度越大，說明活性物質越多，用于建材制作更有利。
1．2．6 堆積密度小
粉煤灰的堆積密度反映其顆粒排列的松緊程度。堆積密度愈大愈密實，孔隙率愈低，反之就愈松散。它是工程設計和施工中的重要指標。CFB鍋爐飛灰的松堆積密度和壓實堆積密度均低于常規粉煤灰的最高限值，表明該種粉煤灰的可密實性不如常規粉煤灰，在工程中的應用受到限制。
1．3 CFB鍋爐底渣與常規渣的區別
1．3．1 MgO含量低
低含量MgO使其工程安定性優于飛灰。
1．3．2 CaO含量高
CFB鍋爐底渣雖有一定的水硬活性，但在水泥生產應用中卻受到限制，目前只有部分用作水泥添加劑，而大多只作一些較簡單的利用，如制磚、鋪路和填土等。
1．3、3 Fe2O3 + SiO2+ Al2O3含量低
CFB鍋爐底渣中Fe2O3含量高，A12O3和SiO2含量低，Fe2O3+SiO2+A12O3 三者總量低。
1．3．4 SO 3含量高
CFB 鍋爐底渣中SO 3含量較高，在建材應用中可能產生由鈣釩石膨脹引發的耐久性問題。但根據畢春麗等做的CFB鍋爐底渣在混凝土中的應用研究試驗，SO3 的溶解度與爐渣的細度有關，將CFB鍋爐底渣作為混凝土細骨料可減少SO 3溶出，且細骨料表面的活性物質與水泥水化產物反應生成的產物包裹在骨料表面，也可進一步抑制SO3溶出，有效抑制鈣釩石生成，不存在SO3 安定性問題 。
1、3．5 燒失量低
由于CFB鍋爐為低溫燃燒，且底渣在爐膛內停留時間長，所以燒失量很低，一般含碳量低于3％ [ 8]。結合底渣一定的水硬活性，可以直接用作水泥或其他建筑材料的原料。
1．3．6 比表面積小
由于底渣中含有較多的大顆粒，且呈不規則狀，表面不光滑，應用于混凝土時，既影響了混凝土的流動性和和易性，又使得它與水泥在包裹卵石時，空隙率增大，影響了混凝土的密實度與強度。如果用爐渣作為中砂的替代物，應先將爐渣適當磨細。由于底渣顆粒大小混雜，粗粒形成的孔隙被細顆粒充填，易形成緊密結構，是建筑工程上作為回填使用的最理想的散體建筑材料。
1．3．7 堆積密度大
CFB鍋爐底渣的可密實性優于常規底渣，是優良的工程材料。
2 CFB鍋爐灰渣的應用現狀
目前，CFB鍋爐灰渣主要用于：
(1)提取未燃盡碳。CFB鍋爐飛灰中含碳量較高，常用電選法對其進行提碳。飛灰經過電選得到的精煤具有一定的吸附性，可直接用作吸附劑，也可用于制作粒狀活性炭或作為燃料用于鍋爐燃燒。
(2)提取金屬鐵。當飛灰中Fe2O3 高于50％時，即有回收價值。據山東省比較，當飛灰含Fe2 O3高于10％ 時，磁選一年可回收15萬t鐵精粉。其社會經濟價值遠優于開礦，環境效益不可估量。
(3)生產建筑材料。飛灰按其特性和質量可分別用于制水泥、制磚、配置普通混凝土、骨料、鋪路、做廢棄礦井和采空區的填充料等。
(4)農業利用。飛灰的農業利用有兩條途徑：一是用于農業的改土與增產；二是生產粉煤灰多元素復合肥。飛灰的農業資源化是一個巨大的生態工程，今后應加強這方面的基礎性研究，開發更多的環保型產品和處理利用途徑。
(5)作脫硫劑。飛灰中含有大量的CaO，可通過回燃技術等重新送入爐膛進行脫硫，從而提高燃料的燃盡率，并降低CFB鍋爐的Ca／S。
(6)廢物穩定和固化。
3 結語
CFB 鍋爐作為環保型潔凈燃燒鍋爐，得以重點推廣，但CFB灰渣的處理問題直接制約其發展，灰渣處理不當極易造成二次污染，所以CFB脫硫灰渣的綜合應用已引起國家的高度重視。目前，雖然已做了大量的研究工作，也取得了一些成果，但還遠不能滿足CFB灰渣全部有效處理的要求。要解決好CFB灰渣綜合利用問題，必須將其作為一項系統工程共同推進。
參考文獻：
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