张家口发电厂粉煤灰综合利用现状及发展趋势

张家口发电厂粉煤灰综合利用现状及发展趋势大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂杜智勇一、除灰系统的原始设计及现状张家口发电厂总装机容量8×300MW，分两期建设。其中一期工程4×300MW机组于1995年底建成投产，除灰系统设计为水力除灰、灰渣混排方式。锅炉烟气飞灰经电除尘器收集与炉底渣混合后通过水力升压输送到灰场贮存。二期工程4×300MW机组于2001年建成投产，其除灰系统在一期机组水力除灰的设计基础上增设了灰渣分排综合利用系统。2008年全厂发电量138亿千瓦时/年，原煤耗量为740万t/年，机组利用小时为5760h，全年燃煤平均灰份为32.34%，粉煤灰（渣）产量为240万t/年（其中粉煤灰192万t，渣48万t；电除尘一电场干灰产量154万t，二电场干灰产量30万t，三四电场干灰产量约8万t。），平均日产灰渣6600t/天（按日历天数计算），年销售灰渣约32万吨，占粉煤灰总量的13%，其余粉煤灰运往后山灰场进行碾压存放。张家口发电厂粉煤灰利用总量的90%销往北京地区，主要用户是延庆、昌平水泥厂和搅拌站；其余10%的用户是本地区粉煤灰深加工单位；每年1、2、3、11、12月为粉煤灰销售淡季，占全年总时间的42%，其余时间为销售旺季，占全年总时间的58%，自2007年起张家口发电厂粉煤灰的销售及处置工作由北京同舟共运科贸有限公司全权负责。交通运输情况：张家口发电厂位于张家口市，距宣化8公里，距市中心15公里，京张高速公路出口有110、207国道与厂区相连，公路交通较为便利；张家口发电厂已于2006年9月由公司多种产业部联系具备火车运输条件。2008年粉煤灰销售统计见附件1（一）、水力除灰系统现状1张家口发电厂经过近几年对全厂原有水力除灰系统改造，尤其是针对一期四台机组的水利除灰系统改造，基本实现了停运水力除灰系统，并将其作为事故备用状态。二期机组针对原有小容量干式除灰系统进行了部分设备的改造，提高了干式输灰方式所占的比例。全厂原水力除灰系统配套建设的储灰场面临的扬尘、坝外渗水等环保矛盾得到有效抑制。（二）、干除灰系统现状1、灰渣量分析（灰渣组成的质量比例随煤质而变化）单位：t日产灰量（按灰渣总量的85%计算）序号一电场二电场三至五电场灰量日产渣量单台炉1125225501400250四台炉22504501002800500八台炉4500900200560010002、一期干除灰系统现状一期干除灰系统改造项目于2007年竣工投产，经过运行调试，逐步消除了系统设计、安装过程中存在的缺陷，目前运行较为平稳正常。系统配套建设四座单库有效容积为3000m3储灰库，其中两座库用于存储一期4台炉电除尘器一电场干灰，另一座库用于存储4台炉二电场电除尘器干灰，其余一座库用于存储4台炉三、四（五）电场干灰。#1、#2炉一电场干灰输送管道可在#1、#2号干灰库间切换，#3、#4炉一电场干灰输送管道可在#1、#3号干灰库间切换，四台炉二电场干灰输送管道可在#3、#4号库间切换，四台炉三、四（五）电场干灰输送管道可在#3、#4号库间切换。各灰库设备层均设有干灰散装及加湿搅拌装车设备，在粉煤灰销售淡季，粉煤灰通过加湿运输方式经碾压存放于灰场。该系统未配套设计粉煤灰综合利用深加工系统（如分选、磨细等有关设施），导致大量不符合市场需求的各类粉煤灰需运送的灰场碾压存放，不仅严重影响了粉煤灰的利用率，还增加了再处置费用，同时占用灰场库容。3、二期干除灰系统现状二期干除灰系统设置有两套额定出力为25t/h的分选系统，日分选能力为1200t/天（产生粗灰600t/天，二级灰600t/天），该系统按年运行300天机算，2每年可分选36万t一电场原状灰，分别产生18万t粗灰和18万t二级灰。二期干除灰系统现有容积为1200m3灰库4座（每座库可存灰900t，干灰堆积密度0.75t/m3），其中，（1）二期4台炉一电场的原灰贮存于#2灰库，日入库灰量约2250t/天，日分选灰量1200t/天，其余1050t一电场原灰需通过汽车外运来维持干灰量的平衡。（2）4台炉二电场的原灰贮存于#1灰库，日入库灰量约450t/天。（3）4台炉一电场原灰分选后产生的粗灰进入#3灰库，日入库灰量约600t/天。（4）4台炉一电场原灰分选后产生的二级灰与4台炉三、四电场的细灰均进入#4灰库，日入库灰量约600t+100=700t/天。总之，依据全厂现有的干除灰系统的生产设备及张家口地区周边粉煤灰市场需求情况，我厂每年销售各种等级的粉煤灰约32万t，粉煤灰综合利用率只有13%。为进一步提高粉煤灰的综合利用率，可采取以下主要措施：第一，积极开拓周边地区的粉煤灰市场，提高粉煤灰销售量。第二，根据粉煤灰市场需求情况，努力开发符合市场需求的产品，如建设分选或磨细Ⅰ级灰工程项目。二、建设粉煤灰磨细系统改造项目的必要性和可行性（一）简介目前我国火力发电装机容量近6亿kW，年发电燃煤消耗量约为20亿t，平均灰份29%，发电燃煤产生粉煤灰约6亿t，粉煤灰综合利用率达到60%以上，其中30%用于建材，30%用于筑路，其它用于回填、建工等。粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物，又是可以利用的资源。三废达标排放、粉煤灰的综合利用，是燃煤电厂推行清洁生产，形成低投入、低消耗、低排放和高效率节约型增长方式的重要内容。粉煤灰综合利用内容包括粉煤灰用于生产建材（水泥、砖瓦、砌块、陶粒），建筑工程（混凝土、砂浆），筑路（路堤、路面基层、路面），回填（结构回填、建筑回填、填低洼地和荒地、填充矿井、煤矿塌陷区、建材厂取土坑、海涂等），农业（改良土壤、生产复合肥料、造地），粉煤灰填充料，从粉煤灰中回收有用物质及其制品等。1、粉煤灰的性质粉煤灰是一种火山灰质材料，在高温流态化状态下产生，快速加热，快速冷3却，形成球状颗粒，结构致密，常温下对水很稳定，不能被溶解。化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽炭等。不同煤种和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分的含量差别很大。从形态特征看，粉煤灰是一种高度分散的细微颗粒集合体，粒径一般为100μm以下，主要包括球形玻璃珠、复合颗粒、多孔颗粒和碎屑等（见附图1）。附图一原灰形貌（其中不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球形和非球形的各种浑圆度不同的粘连体颗粒组成。有的粘连体断开后，其外观和性质与各种玻璃球形体相同，其化学成分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝，具有较大的表面积，易黏附其他碎屑，密度较小，熔点比其他微珠偏低，其颜色由乳白至灰色不等。渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。）粉煤灰的活性包括物理活性和化学活性。物理活性是颗粒效应、微集料效应等的总和。它是粉煤灰能够被利用的最有价值的活性，是早期活性的主要来源。化学活性是指其中的可溶性SiO2、Al2O3等成分在常温下与水和石灰缓慢地化合反4应，生成不溶、安定的硅铝酸钙盐的性质，也称火山灰活性。粉煤灰活性主要来自玻璃微珠致密结构，决定因素是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性SiO2、Al2O3的含量及玻璃体解聚能力。粉煤灰本身没有或略有水硬胶凝性能，但在水分存在，特别是在水热处理条件下，能与氢氧化钙等碱性物质发生反应，生成水硬胶凝性能化合物。同时，在水泥、混凝土中掺加粉煤灰可有效地改善其和易性、流动性以及中后期强度，大幅降低水化热。粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。其中细度和粒度直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉所占比例越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响混凝土早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。2、粉煤灰用于水泥行业和混凝土工程中执行的技术标准GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》表1、拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求技术要求（不大于/%）项目Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级F类粉煤灰细度（45μm方孔筛筛余），不大于/%C类粉煤灰122545F类粉煤灰需水量比，不大于/%C类粉煤灰95105115F类粉煤灰烧失量，不大于/%C类粉煤灰5815F类粉煤灰含水量，不大于/%C类粉煤灰1F类粉煤灰三氧化硫，不大于/%C类粉煤灰3F类粉煤灰1游离氧化钙，不大于/%C类粉煤灰4安定性（雷氏夹沸煮后增加距离），不大于/mmC类粉煤灰5新国标GB/T1596-2005同时又将粉煤灰按燃料品质分类：F类粉煤灰---由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；C类粉煤灰---由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。5表2水泥活性混合材料用粉煤灰技术要求项目技术要求F类粉煤灰烧失量，不大于/%C类粉煤灰8.0F类粉煤灰含水量，不大于/%C类粉煤灰1.0F类粉煤灰三氧化硫，不大于/%C类粉煤灰3.5F类粉煤灰游离氧化钙，不大于/%C类粉煤灰1.04.0安定性（雷氏夹沸煮后增加距离），不大于/mmC类粉煤灰5.0F类粉煤灰强度活性指数，不小于/%C类粉煤灰70.0电除尘器一、二电场原灰较粗，一般可达到国标Ⅲ级灰标准，三至五电场原灰可达国标Ⅰ/Ⅱ级标准，分选或磨细灰的细度指标可达到国标Ⅰ级灰标准。3、分选灰介绍利用分选方式分离出的细灰绝大部分是玻璃微珠结构（见附图二），因而分选细灰的活性好，利用价值高，应用范围广，被普遍应用在如三峡工程、二滩水电站、扬浦大桥等大型工程及常规的混凝土搅拌站中。但分选出的粗灰（见附图三）颗粒形状不规则，富集了未燃碳和多孔玻璃体，需水量比大，活性差。附图二分选细灰形貌附图三分选粗灰形貌4、磨细灰介绍为了解决分选粗灰颗粒形状不规则，需水量比大，活性差，利用价值不高的问题，通常采用机械磨细法进行物理加工处理，激发粗灰的活性。通过磨细，一6方面粉碎粗大多孔的玻璃体，解除了玻璃颗粒粘结，珠形微粒增多，颗粒自身孔隙减少，改善了表面特性，减少了配合料在混合过程的摩擦，改善了集料级配，提高了物理活性（如颗粒效应、微集料效应）；另一方面，粗大玻璃体尤其是多孔和颗粒粘连的破坏，破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶SiO2、Al2O3溶出，断键增多，比表面积增大，反应接触面增加，活化分子增加，粉煤灰早期化学活性提高。“磨细”起了强化粉煤灰效应的作用。从粗灰、磨细灰的微观对比也证实这一点，磨细灰（见附图四）颗粒大小均匀，坚硬的空心微珠小颗粒仍保持原貌。（二）粉煤灰磨细系统粉煤灰磨细就是将原状粉煤灰中的粗灰经磨机研磨，使细度指标达到国标Ⅰ级或Ⅱ级标准，且品质稳定，更加有利于综合利用。1、张家口发电厂粉煤灰磨细系统1.1项目概况张家口发电厂粉煤灰磨细系统设计处理一期四台机组电除尘器一、二电场的粉煤灰，均由合肥水泥研究设计院设计，采用4套圈流磨系统，粉磨站布置在厂区铁路专用线附近，距现有一期原灰库450米。成品灰装火车运输至北京，为满足铁路装车要求，设计六座成品库（直径12m、1000m3/座）及相应汽车、火车散装系统。1.2工艺流程系统流程图见附件2原灰输送系统一期原有四座灰库，其中两座灰库存储一电场原灰，一座灰库存储二电场原附图四磨细灰形貌7灰，另一座库储存三至五电场细灰。一电场两座原灰库底分别设计有一套出力为80t/h的仓式气力输送泵，二电场灰库底设计一套出力为40t/h的仓式气力输送泵，一、二电场原灰经三套气力输送系统运至粉磨站过渡仓，该输送系统配备五台40m3/min空压机（其中一台备用）及其后冷却设备。粉煤灰磨细系统粉磨系统采用圈流磨技术形式设计，共安装四套粉磨系统。原灰由过渡仓经调速计量绞刀、冲板流量计计量后，经空气输送斜槽送入出磨物料提升机与粉磨后的物料一起进入选粉机进行分选。粗粉由斜槽送至磨头入磨继续粉磨，细粉由收尘器收集后，再经成品空气输送斜槽、提升机、分配斜槽送入六座φ12m(1000m3/库)成品库中储存。成品库顶设收尘器除尘。磨机为φ2.4×9m边缘传动球磨机，系统台时产量设计为为30t/h。添加剂通过汽车卸入提升机缓冲斗，经提升电动分料入添加剂仓，从仓底经卸料器卸出，通过调速皮带秤计量后，分别送入φ2.4×9m磨中进行粉磨。