CFB灰的特征及其綜合利用研究.ppt

1、CFB機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)推廣及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用會(huì)議 報(bào)告題目: CFB灰的特征及其綜合利用研究 報(bào)告人: 魏 存 弟 工作單位: 吉 林 大 學(xué) 材 料 學(xué) 院 副教授 粉煤灰綜合利用工程中心 主 任 二零零七年五月,報(bào)告內(nèi)容 一 、CFB灰的綜合利用及研究現(xiàn)狀 二 、CFB灰的特點(diǎn) 三 、CFB灰的綜合利用研究 1、制備結(jié)晶氯化鋁 2、制備聚合氯化鋁鐵凈水劑 3、制備冶金級(jí)氧化鋁 4、制備白碳黑,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(xiàng)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(shí)由于在燃煤中加入了脫硫劑石灰石，

2、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(tái)，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(jì)表,1、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(jī)統(tǒng)計(jì)，還有一定的偏差，實(shí)際數(shù)量高于此統(tǒng)計(jì)； 2、國內(nèi)已投運(yùn)循環(huán)流化床鍋爐2000多臺(tái)，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(jì)，2006年度我國CFB灰的產(chǎn)出

3、量將達(dá)到數(shù)千萬噸，且隨著大量在建循環(huán)流化床電廠的投產(chǎn)，其產(chǎn)出量還將會(huì)快速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，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(duì)CFB灰進(jìn)行有效利用，以減輕環(huán)境的壓力成為了一個(gè)非常迫切的課題。,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)查詢結(jié)果）：,1996-2006年粉煤灰利用方面專

4、利：776項(xiàng),申請(qǐng)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(bào)第51號(hào),公開日1998.12.23,公開號(hào)CN1202471A,申請(qǐng)?zhí)?7108944.2。申請(qǐng)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(hào)。510070。分類號(hào)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(qǐng)?zhí)?00610017139。申請(qǐng)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(qǐng)?zhí)?00610017141。申請(qǐng)人:吉林大學(xué) 魏存弟等。,1、化學(xué)組成特征 2、礦物組成特征 3

5、、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(diǎn),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(duì)比,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(shí)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灰的燒失量較大。燒失量主要是由粉煤灰中含碳量多少?zèng)Q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)。,

6、CFB灰化學(xué)成分特點(diǎn):,2 、礦物組成特征,普通粉煤灰（OF灰）：主要為玻璃相，同時(shí)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(zhǎng)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(diǎn):,1豐鎮(zhèn)OF灰（放大倍數(shù)2000） 2華

7、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(diǎn):,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(shí)，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(gè)顆粒表面凸凹不平。這是由于CFB灰燃燒溫度較低，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。,

8、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(shí)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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚院芎玫姆蔷з|(zhì)的偏高嶺石，此時(shí)高嶺石中的Si、Al會(huì)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 、C

9、FB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(jí)氧化鋁及白碳黑。,1、制備結(jié)晶氯化鋁,結(jié)晶氯化鋁（AlCl3.6H2O ）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(shí)也可作為常用凈水劑聚

10、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(duì)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,1.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?/p>

11、熱，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(chǔ)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(diǎn)，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(duì)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,1.連續(xù)酸溶

12、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送入搪瓷反應(yīng)釜中，加熱到一定溫度時(shí)，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(duì)比,凈水效果實(shí)驗(yàn),聚合氯化鋁凈水劑經(jīng)長(zhǎng)春市凈水劑廠檢測(cè)后得出：凈水效果好于市售產(chǎn)品,3、從CFB灰中提取冶金級(jí)氧化鋁,我國是冶金用氧化鋁的生產(chǎn)大國，同時(shí)也是消費(fèi)大國。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年我國冶金級(jí)氧化

13、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(jí)氧化鋁的進(jìn)口價(jià)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(jí)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項(xiàng)目，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(chǔ)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(shì)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。,針對(duì)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(jí)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(jí)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