CFB灰的特征及其綜合利用研究課件

1、CFB灰的特征及其綜合利用研究一 、CFB灰的綜合利用及研究現(xiàn)狀 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)（CFB技術(shù)）是近20年來發(fā)展起來的一項新型的潔凈煤燃燒技術(shù)，與傳統(tǒng)的煤粉爐燃燒技術(shù)相比，該技術(shù)燃煤燃燒溫度較低，同時由于在燃煤中加入了脫硫劑石灰石，使得SO2及NOx排放量大大減少。因此，該技術(shù)自出現(xiàn)以來，得到了快速的發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。目前我國的循環(huán)流化床鍋爐使用量已經(jīng)達(dá)到兩千多臺，裝機(jī)容量達(dá)到四千萬千瓦，為世界第一，且還有大量的在建循環(huán)流化床鍋爐即將投入使用。 循環(huán)流化床鍋爐主要生產(chǎn)廠家統(tǒng)計表容量(t/h)上鍋東鍋哈鍋濟(jì)鍋武鍋北鍋巴鍋杭鍋川鍋錫鍋合計30905429102216262033192120146

2、7120170128416414244017256220320916411351021122444404902340451110129500670111102566618總計567812613373730223725314921251、上述數(shù)據(jù)是主要循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)業(yè)績統(tǒng)計，還有一定的偏差，實際數(shù)量高于此統(tǒng)計；2、國內(nèi)已投運循環(huán)流化床鍋爐2000多臺，裝機(jī)總?cè)萘拷?000萬千瓦。中國目前85%的循環(huán)流化床鍋爐裝機(jī)數(shù)量主要集中在熱電企業(yè) 隨著循環(huán)流化床技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用，循環(huán)流化床灰（CFB灰）被大量產(chǎn)出。根據(jù)發(fā)電量的換算統(tǒng)計，2006年度我國CFB灰的產(chǎn)出量將達(dá)到數(shù)千萬噸，且隨著

3、大量在建循環(huán)流化床電廠的投產(chǎn)，其產(chǎn)出量還將會快速增長。與此同時，由于CFB灰的特殊性，使得它不能以傳統(tǒng)煤粉爐粉煤灰的利用渠道來利用，因此，如何對CFB灰進(jìn)行有效利用，以減輕環(huán)境的壓力成為了一個非常迫切的課題。 19942003：綜合利用量：4707萬噸12204萬噸綜合利用率：44.2%69.3%近年來,我國普通粉煤灰（OF灰）綜合利用成效顯著：圖1 19942003年我國粉煤灰利用情況研究論文：中國期刊網(wǎng)（19942007）查詢結(jié)果：關(guān)鍵字粉煤灰：15652篇關(guān)鍵字循環(huán)流化床灰：287篇關(guān)鍵字粉煤灰、綜合利用：1579篇關(guān)鍵字循環(huán)流化床灰、綜合利用：34篇（16篇）專利情況（根據(jù)國家專利網(wǎng)查

4、詢結(jié)果）：1996-2006年粉煤灰利用方面專利：776項申請專利數(shù)總體上逐年增加煤粉爐粉煤灰：773 件循環(huán)流化床粉煤灰：3件1、流化床燃煤飛灰保溫材料的制法發(fā)明專利公報第51號,公開日1998.12.23,公開號CN1202471A,申請?zhí)?7108944.2。申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所,廣東省廣州市先烈中路81號。510070。分類號C04B35/00。2、循環(huán)流化床粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法發(fā)明專利申請?zhí)?00610017139。申請人:吉林大學(xué) 魏存弟等。3、循環(huán)流化床粉煤灰生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵凈水劑的方法發(fā)明專利申請?zhí)?00610017141。申請人:吉林大學(xué) 魏存弟等。1、化學(xué)組成

5、特征2、礦物組成特征3、顆粒形貌特征4、顆粒粒度特征5、硅鋁活性特征二 、CFB灰的特點 1、化學(xué)組成特征 CFB灰和煤粉爐粉煤灰（OF灰）的化學(xué)組成對比原灰種類SiO2Al2O3FexOyCaOMgOK2ONa2OSO3LOICFB灰（保定）41.930.61.62.40.62.33.71.515.9CFB灰（吉林）61.822.03.82.11.33.01.14.2CFB灰（新鄉(xiāng)）39.429.33.74.51.01.21.118.5CFB灰（準(zhǔn)格爾）44.940.23.40.70.50.30.38.4CFB灰（石家莊）33.620.35.821.81.30.40.210.15.2CFB灰

6、（內(nèi)江）23.519.65.717.80.511.719.1CFB灰（開封）53.027.84.44.51.025.4CFB灰均值42.225.83.99.90.91.21.28.012.1OF灰均值50.627.17.12.81.21.30.50.38.2注：OF灰資料來源于吳正直（2003） （1）CFB灰化學(xué)成分均值中CaO及SO3的含量高于OF灰均值。這是由于CFB技術(shù)在燃煤中摻入了大量脫硫劑石灰石或白云石，帶入了CaO成分，同時這些CaO與煤中SO3結(jié)合生成石膏，從而起到了固硫的作用。部分電廠由于某些原因并未加入脫硫劑，因此其灰中CaO及SO3含量接近于OF灰。（2）CFB灰的燒失量

7、較大。燒失量主要是由粉煤灰中含碳量多少決定的。CFB鍋爐爐膛溫度較低,約為850900，因此含有較多的未燃燒炭質(zhì)。CFB灰化學(xué)成分特點:2 、礦物組成特征 普通粉煤灰（OF灰）：主要為玻璃相，同時還有少量的晶質(zhì)礦物石英和莫來石。其中莫來石主要是由燃煤中高嶺石、伊利石等粘土礦物的熱分解產(chǎn)物SiO2、Al2O3在高溫（1300C左右）下進(jìn)一步反應(yīng)而生成，而石英則為燃煤中原有石英的殘留。CFB灰：主要有石英、石膏、黃長石、羥硫酸硅鈣石、無水石膏以及赤鐵礦等，這些晶質(zhì)礦物除石英為燃煤中殘留外，其他均為燃煤中的粘土礦物自身或與脫硫劑在較低溫度（850C左右）下反應(yīng)而生成。由于CFB技術(shù)的煅燒溫度遠(yuǎn)低于莫

8、來石的形成溫度，因此在其礦物組成中不含莫來石。CFB灰物相組成特點:1豐鎮(zhèn)OF灰（放大倍數(shù)2000） 2華資CFB灰（放大倍數(shù)2000） 3準(zhǔn)格爾CFB灰（放大倍數(shù)5000） 4準(zhǔn)格爾CFB灰（放大倍數(shù)10000）OF灰和CFB灰的SEM照片3、顆粒形貌特征顆粒形貌特點:OF灰：顆粒為規(guī)則的球形顆粒。這是由于OF灰燃燒溫度高，灰分在燃燒爐中呈熔融狀態(tài)，當(dāng)溫度迅速降低時，這些球狀熔融顆粒淬滅成為球狀顆粒。因此，OF灰顆粒大多為一些粒徑在幾到幾十微米的球狀顆粒，存在狀態(tài)大多數(shù)為非晶態(tài)玻璃相。CFB灰：顆粒則呈現(xiàn)為不規(guī)則狀態(tài)，顆粒表面聚集著許多較小的其它顆粒，整個顆粒表面凸凹不平。這是由于CFB灰燃

9、燒溫度較低，灰分未能達(dá)到熔融狀態(tài)，因此其形成的粉煤灰顆粒沒有固定的形態(tài)，多為一些不規(guī)則狀顆粒。CFB灰的粒度分布 4、顆粒粒度特征CFB灰：0.1-40m之間，并以細(xì)顆粒（0.1-10.0m）為主，占70以上，平均粒徑為4.32m。OF灰：中以粗顆粒（1050m）為主，平均粒徑大于10m。 CFB灰比OF灰細(xì)。 5、硅鋁活性特征 高嶺石經(jīng)煅燒后，鋁的活性在900 C時達(dá)到最高，900 C后活性迅速下降。CFB技術(shù)的燃燒溫度為850C左右，正好位于高鋁活性的煅燒溫度范圍內(nèi)，因此與OF灰相比CFB灰具有很好的鋁活性。 高嶺石在600-900C溫度范圍內(nèi)煅燒會轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚院芎玫姆蔷з|(zhì)的偏高嶺石，此時高

10、嶺石中的Si、Al會有很好的活性. 圖3 不同煅燒溫度下高嶺石Si、Al溶出曲線三 、CFB灰的綜合利用研究 隨著CFB電廠的不斷增加，有不少研究者致力于CFB灰的綜合利用研究。這些研究主要集中在建筑材料領(lǐng)域，如將CFB灰作為水泥的添加料用于水泥工業(yè)；以CFB灰為原料生產(chǎn)燒結(jié)磚或陶粒；將CFB灰用于混凝土中等等。但由于CFB灰性質(zhì)的特殊性，這些利用仍存在很多問題。 近年來，吉林大學(xué)粉煤灰課題組主要致力于CFB灰的高附加值利用上，在充分研究CFB灰特性基礎(chǔ)上，以高鋁CFB灰為原料，生產(chǎn)結(jié)晶氯化鋁、聚合氯化鋁鐵高效凈水劑、冶金級氧化鋁及白碳黑。1、制備結(jié)晶氯化鋁 結(jié)晶氯化鋁（AlCl3.6H2O

11、）是一種用途廣泛的化工原料。在凈水行業(yè)可以直接作為一種凈水劑，同時也可作為常用凈水劑聚合氯化鋁鐵的清潔生產(chǎn)原料；在鑄造領(lǐng)域，作為精密鑄造常用的模殼硬化劑使用；在石油化工領(lǐng)域，是石油工業(yè)加氯裂化催化劑單體的常用原料；等等。 結(jié)晶氯化鋁常用的生產(chǎn)方法有鋁礬土酸溶法和氫氧化鋁酸溶法，這些方法使用的原料都為化工原料，故生產(chǎn)成本相對較高。以CFB灰為原料制備結(jié)晶氯化鋁使其生產(chǎn)成本大大降低。該方法目前已完成中試。工藝流程 結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品CFB灰酸溶反應(yīng)渣液分離清液鹽酸溶液濃縮結(jié)晶濾渣制白炭黑濾液酸溶：活性激發(fā)劑W1AlCl3 + 6H2O AlCl36H2O濃縮結(jié)晶：1.連續(xù)酸溶 將CFB灰與激發(fā)劑W1加

12、入到耐酸反應(yīng)釜中，加入一定濃度的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。2.渣液分離 連續(xù)酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步濃縮結(jié)晶；浸渣經(jīng)洗滌、沉降、分離后排放。3.濃縮結(jié)晶 將清液送入濃縮罐內(nèi)進(jìn)行濃縮結(jié)晶?？刹捎谜羝訜?，負(fù)壓濃縮。濃縮后的母液放入緩沖冷卻罐，隨溫度的下降，結(jié)晶鋁開始析出，過濾。濾液進(jìn)入儲液池供重復(fù)使用。4.干燥 將得到的結(jié)晶氯化鋁在80C100C干燥得到產(chǎn)品。2、制備聚合氯化鋁鐵凈水劑 聚合氯化鋁鐵（PAFC）是以鋁（鐵）離子為核心，通過羥基架橋聚合的陽離子型無機(jī)高分子絮凝劑，它具有絮凝作用強(qiáng)、沉降速度快等特點，主要應(yīng)用于生活飲用水的凈化及工業(yè)廢水處理。目前PAFC

13、的生產(chǎn)方法主要是以鋁土礦、氫氧化鋁等為原料采用酸溶法制備PAFC。通過前期對CFB灰的特征分析得知，CFB灰中的鋁活性較好，在激發(fā)劑作用下可以通過鹽酸直接酸溶法提取并進(jìn)一步聚合反應(yīng)制得PAFC。工藝流程 PAFC產(chǎn)品CFB灰酸溶反應(yīng)渣液分離前期液鹽酸溶液聚合反應(yīng)鋁酸鈣濾渣制白炭黑濾液渣液分離聚合機(jī)理：酸溶機(jī)理：（其中n5,x10,m10）活性激發(fā)劑W11.連續(xù)酸溶 將CFB灰與激發(fā)劑W1加入到耐酸反應(yīng)釜中，加入一定濃度的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。2.渣液分離 連續(xù)酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步反應(yīng)；浸渣經(jīng)洗滌、沉降、分離后排放。3.鹽基度調(diào)整 經(jīng)渣液分離后的氯化鋁鐵清液

14、送入搪瓷反應(yīng)釜中，加熱到一定溫度時，加入鋁酸鈣粉調(diào)整鹽基度，再攪拌、過濾，濾液直接可作為凈水劑的液體產(chǎn)品，或經(jīng)噴霧干燥得到固體產(chǎn)品。合成樣品與市售凈水劑的凈水效果對比 凈水效果實驗聚合氯化鋁凈水劑經(jīng)長春市凈水劑廠檢測后得出：凈水效果好于市售產(chǎn)品3、從CFB灰中提取冶金級氧化鋁 我國是冶金用氧化鋁的生產(chǎn)大國，同時也是消費大國。據(jù)統(tǒng)計，2004年我國冶金級氧化鋁生產(chǎn)量達(dá)697.9萬噸，但同期進(jìn)口也達(dá)到了700萬噸，2005、2006年的進(jìn)口量也超過了800萬噸。冶金級氧化鋁的進(jìn)口價格也一直維持在高位，為此，國家每年需要拿出大量外匯用于冶金級氧化鋁的采購。 受需求的影響，國內(nèi)近兩年上馬了許多氧化鋁的

15、項目，據(jù)統(tǒng)計，2006年的總生產(chǎn)能力可以達(dá)到2800萬噸，但隨之而來的是鋁土礦儲量的嚴(yán)重不足，按2800萬噸的生產(chǎn)能力只夠維持8年。 因此，在當(dāng)前形勢下，尋求新的氧化鋁來源成為當(dāng)務(wù)之急，人們的視線轉(zhuǎn)移到了高鋁的粉煤灰上。 酸堿聯(lián)合法酸溶除硅粗氧化鋁堿溶除鐵冶金級氧化鋁 針對CFB灰高硅、鋁活性及含有大量鐵、錳、鈦等金屬元素的特征，我們采用了酸堿聯(lián)合法進(jìn)行冶金級氧化鋁的提取，即： a、連續(xù)酸溶 b、渣液分離洗滌 c、濃縮結(jié)晶 d、加熱分解 煅燒產(chǎn)生的HCI 、SO3通入到余酸中回收利用。 得到的粗氧化鋁Al2O3含量可達(dá)到90以上，SiO2的含量可降到1以下。 一、粗氧化鋁制備二、冶金級氧化鋁制備a、礦漿制備 b、低壓溶出 c、浸渣分離洗滌 d、晶種分解e、氫氧化鋁分離洗滌 f、氫氧化鋁煅燒 g、母液蒸發(fā)與苛化氫氧化鈉可回收重復(fù)使用；氫氧化鋁晶種可循環(huán)替代使用。溶出后得到的濾渣富含鐵、