摘要：近年来，随着社会经济的快速发展，中国各行业取得了显著的进步，但与此同时，随着经济和社会的快速发展，环境污染已逐渐成为国家和社会关注的焦点。为了更好的进行环境管理和可持续发展，我们必须探索环境管理策略。本文主要论述了灰渣的分解处理和循环流化床锅炉灰渣的利用。
关键词：循环流化床；锅炉灰渣；利用
前言
我国现今还处在经济发展的初级阶段，尽管近年来国内经济发展迅速，但我国的许多产业发展都仍旧依靠着重工业，对于煤炭等高污染资源的利用比例仍然较高。此外，就我国的煤炭资源来说，有较大一部分属于劣质资源，所以，我们在利用这些资源时需要使用什么样的锅炉才能使污染降到最低是我们最需要考虑的问题。就目前来说，循环流化床锅炉可以用来燃烧劣质的燃料，并且其产生的大量灰渣是不同于普通的煤粉炉的。本文将详细的就循环硫化床锅炉灰渣的综合应用进行分析，并探讨其工作原理，总结该设备的先进性。
1研究目的与意义
灰渣中未燃炭含量的大小受多方面因素的影响，主要包括水煤浆制浆原料煤种理化特性、粒度级配、制浆药剂选择、喷浆压力、气化燃烧温度、燃烧时间、C/O比等。气化灰渣原样品中由于具有高低不一的碳含量而极大限制了其二次利用，如果能对数量庞大的灰渣进行有效合理地利用，实现节约土地占地、减少水质污染以及废物回收利用的目的，十分贴合我国贯彻实行的可持续发展目标。针对灰渣中未燃炭的分离富集，目前的研究较少，根据对收集到样品相关性质的测试发现，灰渣样品主要粒度分布特点是小于0.125mm细粒级物料占一半以上，大于该粒级产物含量随粒径的增大逐渐减少。结合国内外选矿行业多年累积经验来看，应用浮选法进行灰渣中炭的回收较为合理，然而，气化灰渣这种特殊的混合物浮选却是一个重大的科学难题，主要归结为以下几个方面原因：首先，气化炉原料煤适宜的煤种较为宽泛，根据各煤种中灰分特质的不同，在浮选矿浆中会产生多种离子干扰浮选体系；第二，较之水煤浆原煤，气化灰渣煤在1450℃左右条件下燃烧后有机质大分子断裂重排，疏水基团变性重组，将近50%的脂肪链结构消失，气体析出导致煤粒表面疏松毛细孔增多，表面氧化程度加深；第三，灰分主要以黏土矿、氧化矿、硫化矿等具有亲水性表面的无机矿物混合构成，在炉内高温辐射作用下表面形貌发生巨大变化，在矿浆中会不同程度地吸附浮选药剂，降低药剂作用效率进而影响浮选效果。
2灰渣特性研究现状
气化过程中，由于100%的充分气化率很难达到，所以存在一部分原料煤中的可燃物无法完全燃烧转化而随粗煤气带出气化炉成为飞灰，或是与熔融态灰分物质混合从炉底流出。针对水煤浆气化炉产生的粗、细灰渣理化特性的研究，国内外有部分文献对其进行了探讨。气化灰渣中主要含有的物质包括无机矿物质熔融体和其中夹杂的未燃尽炭质，未燃尽炭的存在形式有无定形粉末状、絮团状、多棱角状等不同形态，孔隙发达、比表面积大，对于气体、液体的吸附能力大大增强，化学活性和机械强度均有所降低，氧化程度的加深又会出现石墨化现象、分子排列更为规律化而表现出优良的润滑性；矿物质熔融体主要由石英、氧化铝、氧化铁以及硫酸钙等物质构成，观察其微观形貌主要有球形，棱形和不规则形状等。提出经验公式I=Vdaf/Qar,net,p，引入“原料煤煤质值”这一概念，通过该公式计算，当煤质值越大时，表示煤中挥发分含量高，煤的化学活性强，能够实现更加充分地燃烧，灰渣中未燃尽炭含量减小。对比了不同类型气化炉操作条件与煤粉、水煤浆性质后，将气化炉残渣中遗留炭成分的产生归结为以下途径：水煤浆在炉内需经预热脱水后氧化燃烧，由于高压气流的推动作用仅能燃烧数秒便离开高温辐射被水激冷，导致部分有机质未来得及反应；炉内燃烧区上部的燃烧煤粉表面放出大量热量，相比高速喷入的水煤浆温差极大，二者接触并向下进入紊流区时，如果水煤浆吸热导致的降温产生势能高于燃煤释放的总热量，则会出现熔融态的灰渣包裹煤粉的现象出现，阻隔有机质与气化剂的持续接触。通过SEM电镜观察灰渣表面形貌，对比分析粗、细两种灰渣在电镜下的表观异同，结果发现粗渣表面的密实程度大于细渣，灰分熔融体经熔化、冷却后表面光滑、极少有孔洞出现，并具金属釉质光泽，残炭颗粒则表现出不规则形貌，或者与矿物烧结体夹杂共生，或者独立成体。研究了不同温度下粗、细渣中矿物质变化情况发现，由于在气化炉内反应的时间不同，两种灰渣样品灰分物质从种类与含量上均存在区别，矿物质间不仅发生晶格结构的变化，还会与其他矿物反应生成新的物质，生成矿物的构成形式包括规则晶体结构和非晶态结构两类，当炉内局部温度高于1650℃时矿物非晶化现象更加严重，晶格衍射峰迅速降低。对灰渣的矿物组成及结构做了研究，指出灰渣中大部分为硅铝酸盐类的玻璃体物质和一些熔点高的未发生熔融去晶态化的矿物晶体。研究了气化炉内不同温度水对于熔融灰渣激冷降温时发生的物化性质的改变，发现当激冷水温度降低使得水-灰渣接触温差增大时，激冷灰渣出现大面积破裂现象而形成较多的不规则孔，孔隙度逐渐增大；利用实验室小型气流床观测到熔渣在气化炉壁面的流动与沉积现象，认为炉内温度极大地决定了沉积行为的产生。对灰渣中残余有机质进行检测发现，气化灰渣仍具有一定的炭质，不仅造成了气化过程中热值的损失，同时阻碍了气化灰渣在水泥等工业中的应用，造成资源的浪费，同时指出导致该现象出现的原因在于炉内水煤浆雾化燃烧过程中气化剂可能与煤粉接触时间不够，部分区域含氧量不足，C转化反应无法充分进行。对气化灰渣中残炭的CO2反应活性做了深入的研究，发现在950-1200℃温度范围内，粗渣和细渣残炭的气化反应指数比较接近。首先对气化炉结渣特性进行较为深入的研究，发现炉内温度和炉壁温度是影响灰渣形态与分布的重要因素。灰渣中的碱性氧化物，如氧化铁等含量多会降低其灰熔点，而酸性氧化物石英等则具有升高灰熔点的作用；当炉内温度越高、入料原煤中矿物质熔点越低、火焰长度越长时，无机矿物质相变程度越大的，更多的熔融态灰渣会附着在气化炉壁面上，灰渣在气化炉壁上并逐渐粘结形成大块的灰渣熔融体。
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3灰渣处置技术思路
目前国内炉内脱硫后的灰渣无法直接单独利用，由于国内电厂周边市场较大或依附于周边特殊环境，灰渣可以进行掺混利用或填埋，新疆油田周边市场较小，综合利用率低，周边为戈壁滩和国家5A级风景区，此种技术不适合于新疆油田燃煤锅炉灰渣处置。通过对国内燃煤锅炉灰渣的去向及灰渣综合利用的调研和灰渣的化学成分及物化特性的分析和研究，探讨适合新疆油田燃煤锅炉灰渣的处置方法。
3.1灰渣用于油田铺路
新疆油田区域道路较多且错综复杂，一般选用简易的沥青道路，灰渣可以作为道路备料、拌制原材料，用于12%石灰土基层，节省原材料，由于灰渣的吸水性及自硬性较高，目前能较好地应用于油田简易道路。
3.2灰渣用于建材市场
新疆油田周边建材市场较小，目前建材市场的灰渣主要来源于电厂炉外石灰石脱硫的粉煤灰，粉煤灰中的SO3<3.5%，游离CaO<4%，满足建材市场对燃煤灰渣需求，根据对国内灰渣综合利用的调研，现提出建材市场的粉煤灰和油田燃煤锅炉的灰渣掺混利用，一方面建材厂家减少电厂粉煤灰的采购，节约成本，另一方面实现油田燃煤灰渣的综合利用。
3.3灰渣用于油田污泥的固化
灰渣可以稳定固化新疆油田采出液中处理后的污泥，稳定固化污泥要求灰渣pH值为11，根据检测公司检测可知：灰渣pH值在12以上，满足要求，灰与污泥质量配比1∶1、渣与污泥质量配比2∶1，可取得较好的固化效果。pH值较高的碱性环境具有较好的杀菌效果，可以保护周边生态环 境；灰渣固化污泥稳定性较高，达到以废治废的目的。
3.4灰渣用于油田周边地质改良
新疆油田坐落于戈壁滩区域内，该区域揭露的地层为第四系全新统松散覆盖层，以冲洪积角砾为主，下伏白垩系吐谷鲁组砾岩，油田土质贫瘠，无法满足植被生长。对部分相对较好的地质地段进行灰渣填埋、洒水、覆土，有利于改善油田土壤环境，种植一些抗性强、适应性强的植被，改善油田周边自然环境。
3.5有色金属的加工提取
灰渣中主要金属氧化物、非金属氧化物含量比例大致相似，石英及其相变衍生物总含量约在50%左右，氧化铝占25%左右，同时存在少量稀有金属化合物。利用灰渣中的TiO2 生产硅钛氧化铝粉，与Al2O3 按一定比例混合通过电解反应制得硅钛铝合金。对于呈磁珠状态的Fe2O3、Fe3O4 等铁矿物可通过磁选机选别出来。
3.6空心玻璃微珠的分选
空心玻璃微珠具有粒小质轻、耐高温隔热、耐磨等特点，广泛应用于材料加工、石油裂解催化剂、防火涂料制备以及航天航空设备制造等领域。
3.7环境污水处理
灰渣具有较强的吸附性，对城市废水、工业重金属废液、煤焦厂生产废水中含有的酚类化合物、氰化物、油脂类污染物的吸附率高，净化后的水质可以达到国家相关排放标准。
4灰渣利用的新技术探究
4.1钒在灰渣中的提取技术
我们已经知道，灰渣中存在大量的矿物元素，对矿物质的提取能为我们节约大量的资源。据最新研究表明，石煤中含有大量的矿物元素，并且其中含有的钒元素较高，并且我国很多地方的石煤中含有高品质的石煤钒，所以，为了获得高质量的五氧化二钒，我们可以加强对灰渣中提取钒的研究，以此促进资源的再利用。
4.2对于结晶氯化铝的生产研究
煤矸石是一种常见的矿物质，有些煤矸中含有较高含量的铝，我们可以将煤矸石在流化床锅炉里进行燃烧，使其中的碳元素脱离，在进行一系列的物理生产工艺提取结晶的氯化铝。氯化铝在化学研究中也有很大的研究前景，例如，固体聚合氯化铝的生产原料是结晶氯化铝，而固体聚合氯化铝用途也极为高效广泛，其中代替铝盐进行水资源的进化工作就是一项高效、科学、环保的化学用途。
结束语
总而言之，我们通过对循环流化床锅炉灰渣的综合研究发现，灰渣中的各种物质可以进行再利用，并且其高效性、科学性、环保性对我们现今的各个行业都有所帮助。而且这种资源再利用的符合我国走可持续发展的先进道路。此外，我们例举的各项灰渣的利用并不是灰渣的全部可利用性发，对于灰渣的进一步研究还在不断的进行中，我们也通过本文来提高对废渣、废水、废气的重视力度，加强对资源循环利用的实施，同时，我们也应该意识到，经济的发展需要与环境保护同步进行，从而实现污染物的处理再利用对环境和经济的双向作用。
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论文作者:王海瑜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/29
标签：油田论文; 锅炉论文; 流化床论文; 矿物论文; 矿物质论文; 氯化铝论文; 新疆论文; 《防护工程》2018年第28期论文;