电厂飞灰与气化飞灰性质的研究

2023.07.22

陶然

摘要：分别采集电厂飞灰DC与气化飞灰QH，通过比较它们的灰化学组成、粒度分布和微观形貌特征来研究理化性质上的差异。结果表明：电厂飞灰和气化飞灰的硅、铝、铁、钙等元素含量差异较大，两种飞灰均为表面光滑的球状颗粒，且在大颗粒表面吸附着众多的小颗粒，但电厂飞灰的粒度大于气化飞灰。

关键词：电厂;气化;飞灰

Abstract：Gather coal gasification fly ash and power plant fly ash.Compare their chemical composition，particle size distribution and SEM images to study the differences bewteen power plant fly ash and coal gasification fly ash.The study results showed that，Si，Al，Ca，S elements content in the two kinds of fly ash are different.The two kinds of fly ash are both spherical particle shape.Large particle fly ash surface adsorption smaller particles.In addition，the particle surface was relatively smooth.The particle size of DC fly ash is greater than the QH fly ash.

Key words：power plant;gasification;fly ash

飞灰是煤在高温燃烧的过程中煤中的矿物质经过复杂的物理和化学反应后留下的主要产物，飞灰的形成主要是由于温度的影响，同时也会因不同反应过程中的动力学因素而有所不同[1-3]。燃煤电厂利用磨煤机将煤块磨制成没分进入锅炉燃烧，燃烧后其灰渣会掉入炉膛下面的渣池里，而飛灰则会被烟气带走，进入除尘装置后，被捕捉下来;煤气化产生的合成气降温后，大约有20%的燃料燃烧的灰分会被合成气带出气化炉[4-6]，被带出的这部分灰分就是气化飞灰。此外，电厂飞灰和气化飞灰经历的生产工艺和燃烧气氛都是不同的[7-9]，因此导致了两种飞灰理化性质的差异。

本文利用激光粒度分析仪分别测定电厂飞灰和气化飞灰的粒度分布，比较其物理性质上的差异;采用X射线荧光仪（XRF）和扫描电子显微镜（SEM-EDX）比较电厂飞灰和气化飞灰在化学组成和微观形貌特征上的差异，以此来深入探讨电厂飞灰与气化飞灰理化性质的差别。

1 实验部分

1.1 原料

本文采用的电厂飞灰（DC）来自火电厂，气化飞灰（QH）采自气化炉。

1.2 测试仪器和方法

（1）飞灰的灰化学组成是由日本岛津公司XRF-1800荧光仪测定;（2）测定飞灰粒度的激光粒度分析仪为丹东百特公司BT-2003型仪器;（3）飞灰的微观形貌采用日本岛津S-3000N型扫描电子显微镜（SEM-EDX）分析。

2 结果与讨论

2.1 飞灰化学组成

表1为电厂飞灰（DC）与气化飞灰（QH）的灰化学组成测定结果。

由表1可见，DC飞灰主要是由Si、Al组成，QH飞灰主要是由Si、Al、Fe、Ca组成，二者Ca、Ti、S等元素的含量差异较大。DC飞灰中Si、Al的总含量达到89.4%，这是因为火电厂采用的是固态排渣的方式，要求煤灰软化温度ST>1350℃，当煤灰中硅铝含量大时，煤灰熔融温度就会增高，不易结焦，从而解决电厂燃煤锅炉结焦问题;QH飞灰中Fe、Ca的总含量达到14.58%，则是因为气化炉采用液态排渣，需要使用煤灰流动温度（FT）较低的煤进行气化，以促使在推荐操作温度下气化炉获得合适的渣流，而煤灰中碱性氧化物如氧化铁、氧化钙等含量高有利于降低煤灰熔融温度[10-11]。

2.2 飞灰粒度分布

表2和表3分别为DC飞灰与QH飞灰粒度区间分布和粒度参数的比较情况。

由表2和表3可见，DC飞灰和QH飞灰的粒度分布几粒度参数差异较大。DC飞灰的粒度分布区间为0～200μm，其主要分布于5～75μm，粒径体积平均径和中位径（D50）分别为38.47μm和24.89μm;而QH飞灰的粒度主要分布在0～75μm的区间内，集中于0～5μm的区间内，粒径体积平均径和中位径（D50）分别为6.630μm和2.245μm，均比DC飞灰数值低，说明DC飞灰的粒径大于QH飞灰。这是由于电厂对入炉煤粉粒度的要求较低，而气化炉要求入炉煤粉要有超过90%的煤粉粒度小于100μm[12-13]。

2.3 飞灰表观形貌

图中（a）为DC飞灰放大4000倍时微观形貌图像，（b）为QH飞灰为放大5000倍时微观形貌图像。煤在锅炉中燃烧经过一系列复杂的物理化学反应形成了灰渣和飞灰，比较DC飞灰与QH飞灰的微观形貌图像可知，二者在微观下均为表面光滑的球状颗粒，且在大颗粒表面吸附着众多的小颗粒，说明飞灰的黏附力较强[16]，但DC飞灰的颗粒明显比QH飞灰大，此结果与粒度分布数据相符。

2.4 飞灰综合利用展望

实现电厂飞灰和气化飞灰的资源化利用不仅有利于能源的可持续利用，还可以将经济效益、社会效益和环境效益有机地结合起来。但是，我国飞灰在利用过程中还存在方方面面的问题，例如飞灰的利用率较低、利用途径少、灰的品质差、缺乏必要的监测和评价、可能引起二次污染问题等。目前除少部分飞灰用于农林土壤、建筑材料方面外，大部分飞灰则直接作填埋处理，这不但会增加企业的运营成本，还会造成环境污染问题。鉴于这种情况，开发飞灰的综合和高附加值利用，促进发电和煤气化产业的可持续发展则显得尤为重要。