鍋爐爐渣的深加工利用

劉富宏

(1.揚州大學，江蘇 揚州 225003；2.揚州電力設備修造廠，江蘇 揚州 225003)

近年來，隨著我國經濟的持續快速發展，用電量急劇上升，發電機組的容量不斷增大，電力工業得到了迅猛的發展，目前我國電廠主要通過燃煤來發電，發電過程中除了會產生大量的粉煤灰外，還產生了大量的爐渣等副產品。伴隨煤電企業的數量大幅增加，電廠累積的粉煤灰、爐渣等也越來越多，這些副產品如果得不到妥善處理就會污染周圍環境。粉煤灰是從煙道中收集的粉塵顆粒，而爐渣則是燃煤在鍋爐及其他設備燃燒后所排出的廢渣，目前粉煤灰的價值已得到了充分開發，市場上粉煤灰供不應求。而相對于粉煤灰，大部分爐渣還沒有進行綜合有效地開發利用。經測定，煤渣的化學成分SiO2為40%～50%、Al2O3為 30%～35%、Fe2O3為 4%～20%、CaO為 1%～5%。其礦物組成主要有鈣長石、石英、莫來石、磁鐵礦和黃鐵礦、大量含硅玻璃體 （Al2O3·2SiO2）、 和活性SiO2、活性Al2O3等[1]。因此，就其成分和礦物組成而言，爐渣并非是完全無用的廢棄物，且目前該類廢渣在我國分布很廣，其利用量遠沒有排出量大。如何進行爐渣開發，變廢為寶，實現爐渣的回收再利用，成了一個新的課題。

1 當前爐渣生產和利用現狀

與粉煤灰處理的發展歷程一樣，以往粉煤灰一般采取水處理的方式，隨著粉煤灰綜合利用力度的加大，現在市場上大部分粉煤灰采取了干排方式。目前由于對爐渣的綜合利用處于初級階段，市場上大多數采用了濕排渣系統，只有部分新上的電廠設備采用了干排渣系統。隨著國家對環境保護的要求越來越高，國家加大了對電力行業“節能減排”實施力度，減少生產用水量，在干出灰系統逐步替代了水出灰系統后，干排渣系統的設計運行逐漸被提上了日程，今后新上機組的渣系統基本上都會采用干排方式，有條件的話電廠原來的濕排渣改干排渣系統也將是一大趨勢。

（1）濕排渣系統排渣流程。爐膛燃盡灰渣落入裝在爐膛下部的注滿水的渣斗，經水冷卻后由撈渣機連續將渣排出，經碎渣機破碎后落入渣溝并輸送至脫水倉，瀝去部分水分，再用汽車裝車外運進行綜合利用，外運時含水量30%～40%。此種系統以老電廠居多。

（2）干排渣系統排渣流程。在干式排渣系統中，高溫爐渣經過爐底排渣裝置落到鋼帶輸渣機的輸送帶上，隨輸送鋼帶低速移動。在鍋爐負壓作用下，通過鋼帶輸渣機箱體外側風門進入一定量的冷空氣，使熱爐渣在輸送鋼帶上逐漸被冷空氣冷卻，冷空氣將吸收爐渣余熱與可燃物再次混合燃燒釋放出熱量，空氣升溫到400～500℃返送入爐膛，用此種方式將爐渣的熱量回收，從而減少鍋爐的熱量損失。被冷卻后的低溫爐渣進入隨后的碎渣機，經碎渣機破碎后進入渣倉儲存，通過卸料機構定期裝車外運[2]。

（3）目前爐渣的利用現狀。采用濕排渣的電廠直接將濕渣裝車外運，而采用干排渣的廠家，因干渣外運時易形成揚塵，因而在外運時需進行噴水處理，含水量約在30%。因此，無論目前電廠采用的是濕排渣還是干排渣方式，爐渣在裝車外運時，都含有一定的水分，基本上作為高速公路的路基建造材料或銷售給建材廠生產爐渣磚、保溫磚等。這些都沒有對爐渣進行進一步的深加工，并沒有完全開發出爐渣的價值，沒有實現對爐渣真正的綜合有效利用。

2 爐渣的深加工方案

本文論述的爐渣深加工方案包括爐渣的烘干和爐渣的磨細2個環節，爐渣在經過磨細前必須對爐渣進行脫水處理，使得爐渣由含水量30%～40%降到5%左右，爐渣的含水量過高可磨性不佳，不易出料造成堵磨；含水量低可磨性雖好但會增加烘干系統的壓力，增加能耗降低出力。

2.1 爐渣的烘干

爐渣的烘干是針對電廠濕排渣系統而言的，目前大多數電廠采用的都是濕排渣系統，對這些渣料進行磨細前必須先進行烘干。烘干原理是采用天然氣、柴油、煤炭等能源作為燃料加熱空氣，在空氣達到600～700℃后使得空氣流經烘干機，同時轉動的烘干機對進入其內的爐渣粉料進行攪拌，這樣被攪拌的爐渣和經過的熱空氣進行充分混合產生熱交換，從而使得爐渣中的水分氣化排出，最終達到爐渣脫水被烘干的目的。由于采用天然氣作為能源需要布設管道，這對供應商有一定的局限性，柴油作為燃料的成本又太高，因此選用煤炭作為燃料來加熱空氣是比較經濟的選擇，煤加熱烘干的工藝系統如圖1所示。

圖1 煤加熱烘干系統工作示意圖

采用煤炭作為能源的爐渣烘干系統的工作流程如圖2所示。原煤通過碎煤機形成煤粉后，噴煤機將煤粉噴進燃燒室與空氣混合燃燒，產生600～700℃的熱煙氣，熱煙氣從烘干機的側面進入烘干機，同時待烘干的濕爐渣從烘干機的上方通過給料機均勻進入烘干機。爐渣在轉動的烘干機帶動下不停地翻動、揚起、落下，與熱煙氣充分混合接觸，進行熱交換。爐渣中所含的水分在高溫煙氣的作用下汽化與爐渣分離，從而達到爐渣脫水烘干的目的。烘干后的干渣通過輸送機進入成品渣倉，而含有粉塵、水蒸氣的煙氣則通過除塵器、風機最終排入大氣。

2.2 爐渣的磨細

爐渣的磨細系統設備主要包括原渣倉、給料機、磨渣機、提升機、成品倉、卸料裝置等，其中磨渣機是系統的關鍵設備，磨型可以采用鋼球磨和立式磨，鋼球磨作為磨細系統的早期設備由于存在效率低、能耗大、噪音大、占地面積大等缺點，在本磨細系統中推薦采用立式磨。立式磨的工作原理類似于電廠制粉系統的中速磨煤機，整機結構由主機、選粉機、管道裝置、引風機、旋風集粉器、除塵器等組成。具有磨細、分選一體化的功能，設備的集成度較高，所需的安裝場地較小，易于安裝。同時設備在負壓下運行，除塵器除塵效率高，降低了粉塵噪音對環境的污染。磨細系統運行流程如圖3所示。其系統的工藝流程如圖4所示。

圖3 爐渣磨細流程

圖4 爐渣磨細工藝圖

圖4中，爐底渣由渣倉1通過稱重給料機2進入磨渣機3進行磨細加工，磨制后的細渣經過磨渣機自帶的分選裝置通過提升機4進入成品倉5暫存，之后通過卸料裝置6、7排出作為二級灰或細灰銷售?；蛘咴诔善穫}底部加裝輸送倉泵，通過空壓機氣力輸送至灰庫與灰庫內二級灰或細灰摻混銷售。

3 爐底渣磨細經濟效益分析

爐底渣作為濕渣外運綜合利用的效益不是很高，且在水渣外運過程中，由于含水量較大，運渣車輛密封欠佳，對運渣道路造成了持續的污染，并且濕渣雖然含水但仍然無法避免形成揚塵造成環境污染。因此，將爐渣進行烘干磨細形成二級灰作為干灰細灰進行銷售，不僅銷售價格大幅上升，也將徹底解決二次排渣區域的污染問題，帶來良好的經濟效益和環保效益。

按照國家標準，細灰（一級灰）的細度是指45 um方孔篩篩余量不大于12%。二級灰要求45 um方孔篩余量不大于25%，粗灰（三級灰）要求45 um方孔篩余量不大于45%。在目前的爐渣市場上，爐渣經噴淋形成含水量30%～40%的濕渣后市場銷售價格為5～10元/t（含水價），平均價格約7元/t；而爐渣磨細成二級灰（品質介于粗、細灰之間）銷售價格為旺季100元/t，淡季70～80元/t，考慮到淡、旺季價格浮動，年平均價格為80～90元/t。干渣磨細成細灰銷售價格旺季120元/t，淡季80～100元/t，考慮到淡、旺季價格浮動，年平均價格為100～110元/t。烘干、磨細設備的運行成本如人工、電耗、設備折舊等按照45元/t計算，則干渣磨細成二級灰時，每噸凈收益可達35～45元/t；如果干渣磨細成細灰（一級灰）時，每噸凈收益則可達55～65元/t。

以一臺600 MW機組為例。每天機組的耗煤大約6000 t，以灰分30%、渣占灰比例10%計，一年的渣量為6000×30%×10%×365=65700 t。折合每小時渣量為7.5 t（干渣）。

如果采用濕渣（含水量約30%）外運銷售,全年收益為（考慮到峰谷價格，取平均價7元/t計算）:

如果干渣磨細成二級灰外運銷售,全年凈收益為（按凈收益40元/t計算）:

如果干渣磨細成細灰外運銷售,全年凈收益為（按凈收益60元/t計算）：

由上可以看出，在爐底渣經過磨細成二級灰或細灰后進行銷售，收益分別是磨細前的4倍和6倍，收益在原單售爐底渣（濕渣）的基礎上凈增長197.1萬元和328.5萬元。經濟效益極其顯著。

4 結束語

綜上所述，盡管目前爐渣已經得到了一定程度上的應用，如作為高速公路的路基等，但爐渣的這種應用僅僅停留在初級階段，其附加值并不高。如果將煤渣進行深層次的加工，按上述工藝將爐渣烘干磨細變成二級灰或一級灰后，達到要求的爐渣灰可直接用于水泥、建筑用磚、墻體等材料的制作中，真正實現了電廠爐渣的變廢為寶，對環境保護起到了積極的作用。同時烘干磨細后的爐渣價格也將成倍的上漲，大幅度提高了爐渣綜合利用的經濟效益。

[1]商曉峰，周曉平.礦粉磨摻加煤渣的應用[J]，水泥工程，2012（1）：38，54.

[2]沙 威，孫國通，劉新利，等.火電廠干排渣系統特點及國產化應用[J].天津電力技術，2008（4）：15-17.