关于电厂炉底渣的利用∷∷

电厂炉底渣是燃煤经锅炉燃烧后从下部排出的煤渣，由于由于其温度高，通常需要将其粉碎并用水冷却后再由灰渣系统排放到灰库，由于其含有30%的水分，影响了其利用价值，长期以来只能作为填充物来利用，一是其用量少，二是其价格低，目前大部份的电厂主要处理办法将此类渣堆存在灰库，不仅占用大量的农田，而且还会污染环境。电厂燃煤锅炉的燃烧温度大于1200℃，其炉底渣在高温熔融状态下经过水淬处理后含较多的玻璃体，火山灰活性较高；如果只是作为一般的渣出售，那么不能做到物尽其用，其经济效益显然也就低下。另一方面，目前国内市场上对优质粉煤灰及水泥活性混合材的需求量远得不到满足，特别对一些重要的建材基地，对粉煤灰的需求量*，常年处于供不应求的状态，如果能将电厂的炉底渣粉磨生产水泥活性混合材，不仅能够解决其存贮问题，还会带来明显的经济效益。所以如何将炉底渣开发利用，是摆在我们面前的新课题，我们对此作了一定的调研，并取得了一些有价值的成果。

一、炉底渣的化学成分分析

炉底渣的化学成分不仅与煤种、煤源有关，同时亦取决于锅炉的类型、运行条件及排渣方式。炉底渣的化学成分是决定其品质的一个重要方面，也是影响其应用的重要因素。不同来源的炉底渣，其化学成分差别很大。为了更加全面有效地了解磨细炉底渣的品质，首先对炉底渣的化学成分进行了详细分析研究。利用南京大学现代分析中心的X射线荧光光谱仪（XRFS）对某电厂的炉底渣进行了常量化学成分分析（熔片法），其结果列于表1。

表1某电厂炉底渣常量化学成分（%）

从表1中可知，某电厂炉底渣中的主要氧化物SiO2、Al2O3和Fe2O3的总和均超过了85%，三者之和甚*达90.77%（1#样品）；所有样品中的CaO含量均＜5%，我国根据粉煤灰中的CaO含量将粉煤灰划分为高钙粉煤灰和低钙粉煤灰，CaO含量＞10%为高钙粉煤灰，CaO含量＜10%为低钙粉煤灰，据此标准，某电厂的炉底渣其显然属于低钙粉煤灰；若按照美国ASTM C 618粉煤灰分类法分类，则相当于F类粉煤灰，也就是普通低钙粉煤灰。

表2列出的是我国35家火电厂的粉煤灰主要氧化物含量均值及波动范围。与其相比，某电厂的炉底渣以SiO2与Al2O3二者之和高为特征，样品的二者之和都达到80%以上，接近我国粉煤灰中SiO2与Al2O3二者之和平均含量（SiO2＋Al2O3＝61%～85%）的高限值。由于SiO2与Al2O3是铝硅酸盐的主要成分，是粉煤灰（炉底渣）火山灰活性的主要来源，从粉煤灰（炉底渣）综合利用的角度考虑，二者之和当然是越高越好。

表2我国粉煤灰的化学成分均值及变化范围（%）

某电厂炉底渣的Fe2O3含量除1#样品的偏高外，2#、3#样品的Fe2O3含量相差不大，基本在4%～5%之间，接近我国粉煤灰Fe2O3含量范围的低限值。一般认为Fe2O3对粉煤灰的火山灰性质没有什么好处，从粉煤灰的质量上来考虑，Fe2O3的含量低一些为好。

粉煤灰中的MgO能以两种形态存在：玻璃体及方镁石结晶体。以方镁石形态存在的MgO，其水化速度极慢。当水泥硬化浆体结构已基本稳定，而方镁石继续水化膨胀时可破坏混凝土硬化体结构。因此，一些国家的粉煤灰标准中对MgO进行限值规定，譬如美国的标准中就限定粉煤灰中的MgO含量不超过4%～5%。某电厂炉底渣样品中的MgO都低于粉煤灰的全国平均含量1.2%（表2），而且基本接近全国范围的低限值0.7%，也是其品质优良的标志之一。由于SO3过高会在混凝土材料中生成破坏性的三硫型水化硫铝酸钙，是一种含大量结晶水的水化产物，会在硬化浆体内形成一定的膨胀，因此为了确保混凝土的体积安定性，各国的粉煤灰标准中都把SO3视为有害成分，我国国标规定作为建材使用的粉煤灰的SO3含量必须≤3%（表3），某电厂炉底渣三个样品的SO3（表1）均低于全国的平均含量0.3%（表2）。与国标相对照，某电厂炉底渣样品均满足国标中规定的SO3含量≤3%的要求。

粉煤灰中的未燃尽的碳通常以烧失量（LOI）指标来衡量。碳粒是对混凝土等建材有害的物质，碳粒的比重较小，较低的含量就可占据较大的体积，因此粉煤灰中未燃尽碳的含量越低越好。我国国标规定作为建材使用的粉煤灰的LOI必须满足Ⅰ级灰的LOI≤5%，Ⅱ级灰的LOI≤8%，Ⅲ级灰的LOI≤15%。某电厂炉底渣样品除2#渣样的LOI为5.52%（符合Ⅱ级灰标准）外，其它两个渣样的LOI均低于5%，即能满足Ⅰ级灰标准中LOI的要求。这从另一方面也证实，某电厂锅炉的燃烧工况较好，燃烧较完全，残留碳含量较低，这也是一个重要的优质粉煤灰的指标。

综上所述，某电厂炉底渣的化学成分特征较好，反应其火山灰活性较高，具有优质活性混合材的化学成分特点。

二、炉底渣的矿物相分析

煤粉在锅炉中燃烧时，其无机矿物经历了分解、烧结、熔融及水淬等过程形成炉底渣。水淬后的炉底渣基本上可分成玻璃体及晶体矿物两大类。当锅炉的炉膛燃烧温度较高，使得燃煤中的结晶矿物均被熔融，而且熔融体经过瞬时的水淬作用，使得炉底渣中的玻璃体含量较高；若锅炉的炉膛燃烧温度较低，使得燃煤中的结晶矿物没有能够全部被熔融，残留的结晶相物质就要保存在炉底渣中；此外，高温的炉底渣若让其缓慢冷却，熔融体则有可能形成部分结晶相物质；也就是说，炉底渣中玻璃体与结晶相两大类物质的比例，主要取决于锅炉的燃烧工况及收渣时渣的冷却速率。

利用南京大学现代分析中心的D/Max-RA型旋转阳极X射线衍射仪（Ritating Anode X-Ray Diffractometer），对某电厂炉底渣的矿物相态进行了分析研究。

由X射线衍射分析可知，长兴电厂炉底渣的玻璃体X射线衍射峰较宽厚，说明粉煤灰颗粒中玻璃体的含量占绝对优势，结晶相物质所占比例较低。

三、分析结论

1、炉底渣的化学成分以SiO2与Al2O3二者之和高为特征，具有较高的火山灰活性；LOI普遍低于5%，即能满足国标Ⅰ级粉煤灰标准的要求，说明锅炉的燃烧工况较好，燃烧较完全；CaO含量较低，按粉煤灰标准属低钙灰。

2、炉底渣均以玻璃体占绝对优势，结晶相物质所占比例较低。矿物相以莫来石为主，另外还含有少量的石英。

3、炉底渣中的微量元素含量均在国标规定的范围内；炉底渣的放射性元素的含量也较低，将其掺入建筑材料中，符合国家环保总局颁布的《建筑材料放射性核素限量（GB6566-2001）》，不会造成放射性

综上所述，炉底渣是目前尚未完全开发的优质的水泥混合料，它可以直接进入水泥生产的粉磨环节，其价值不菲。这不但对于粉煤灰供不应求的地区具有现实意义，对于季节性粉煤灰供不求的地区也是具有指导意义的，只要解决其烘干问题，具有与干粉煤灰同样的使用价值。这对于火电厂和水泥企业都是具有经济效益，对社会而言具有环保效益。是一项利国利民的大好事。