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1、1第四章 新建煤电基地粉煤灰产生量及综合利用规划4.1 新建煤电基地简介陕西省煤炭资源十分丰富，全省累计探明储量为 1707 亿吨，居全国第三位，国家规划重点建设的十四个大型煤炭基地中，陕西省有神东、陕北和黄陇三个基地。根据陕西省“十二五”能源发展规划及重大问题研究，“西电东送”大型煤电基地建设已被陕西省确定为践行国家能源发展战略、促进陕西经济社会发展的重要工作部署。“十二五”期间，陕西省将以陕北、黄陇等大型煤炭基地为依托，按照“基地化、大型化、一体化”的模式建设陕北煤电基地。陕北煤电基地规划区面积 31807km2，包括榆林市的四县一区（府谷县、神木县、榆阳区、横山县和靖边县，总面积 273
2、38km2）和咸阳市的四县（彬县、长武县、永寿县和旬邑县，总面积 4469km2），规划电源点装机容量 4200 万kW，单机均为 100 万 kW。其中，煤电基地榆林市四县一区（报告书中简称“煤电基地榆林区”）规划装机 3400 万 kW，拟规划电源点 9 个；咸阳市四县（报告书中简称“煤电基地彬长区”）规划装机 800 万 kW，规划电源点 3 个。此外，规划根据区内各大煤矿区的分布情况，进行了更细致的划分，即以矿区设置了次级煤电基地，具体包括榆林区的神府、榆横、横靖煤电基地和彬长区的彬长煤电基地。规划期：本规划的基准年份为 2012 年，设计水平年为 2020 年。总规模：装机总规模 4
3、200 万千瓦。其中，煤电基地榆林区规划装机 3400万 kW，拟规划电源点 9 个；煤电基地彬长区规划装机 800 万 kW，规划电源点3 个。4.2 粉煤灰产量及性质分析煤电基地榆林区和彬长区为不同的两个区，榆林区粉煤灰预计产量约为1700 万吨/年，彬长地区约为 400 万吨/年；而脱硫石膏的产量榆林地区约为 220万吨/ 年，彬长地区约为 50 万吨/年。24.2.1 粉煤灰的化学性质粉煤灰是一种高分散度的固相集合体，其颗粒形态主要为非晶体质相的空心微珠、无定形的碳粒、不规则的玻璃体及其他矿物碎屑。矿物组合中除了一部分未燃尽的细小碳粒外，大部分是 SiO2 和 Al2O3 的固溶体，另
4、有石英、方解石、赤铁矿刚玉及莫来石。未检出还有一些残留的煤矸石等。这些矿物一般不以单体矿物状态存在，通常以多相集合体形式出现。4.2.2 粉煤灰的物理性质粉煤灰的比重一般介于 2.12.5kg/cm3 之间，经调查，榆林基泰阳光电厂粉煤灰比重符合粉煤灰比重的一般变化范围，介于 2.32.5 kg/cm3 之间，由于粉煤灰的比重较小，其容重较一般土小 1/31/4。而其物理性质主要取决于燃煤的种类、煤粉的细度、燃煤方式和温度，以及电厂的收尘效率、排灰方式等。4.3 新增粉煤灰综合利用规划面对新增电厂每年所产生的废渣，若将粉煤灰大量堆放在储灰场，既污染了环境又浪费了资源。为了保护环境，变废为宝，2
5、0 世纪 70 年代以来，粉煤灰已逐渐被全世界所关注，其资源化利用途径也越来越多。在粉煤灰的利用之初，它主要用于建材领域，由于技术的不断发展和人们对粉煤灰性能的认识不断加深，粉煤灰的应用早已超过建材这一传统的范围，不断扩大它的应用新领域。如今粉煤灰利用不仅限于以下几大领域。4.3.1 粉煤灰提取漂珠粉煤灰中含有空心玻璃微珠，其中一部分是壁薄、粒径稍大、封闭型的空心球体，其密度小于 1，能浮在水面上，称之为漂珠。从外表观察，漂珠为不粘结的灰白色粉末；在光学显微镜下观察，漂珠外表面光滑，具有透明和半透明状态，多为不规则的无定形的颗粒 1。根据漂珠的物理性能，可以将其作为轻质、隔热、绝缘、隔音及耐磨
6、材料，具有较好的利用前景。粉煤灰中漂珠的提取目前有 2 种方法：干选法和湿选法。于治伟在研究中采用浓缩池方式湿选法从粉煤灰中提取漂珠，具体步骤如下：3利用 1 台足够容量的灰浆泵将灰浆用管道压力送入漂珠浓缩机中，浓缩机下出口灰浆流入回浆池；利用浓缩机有效空间对浓缩机水面漂珠和清水进行分隔处理，浓缩机出漂珠管路进入车间后引至漂珠池进行漂珠分离，漂珠池内提取完漂珠的清水流入回浆池，用回浆泵将回浆池内的灰浆送回至现有灰渣前池，利用现有灰渣泵将灰渣输送至灰场；浓缩机溢流清水管路进入车间后引至清水池，清水池内经再次沉淀后的清水直接引至除灰供水前池，除灰供水循环利用作为电除尘冲灰水 2。此外张开元在 20
7、08 年就已申请专利一种从粉煤灰或炉渣中提取漂珠的方法，该专利中详细介绍了漂珠的提取方法以及逐级提取白炭黑、氧化铝并联产水泥实现粉煤灰的综合利用 3。因此，粉煤灰中提取漂珠在理论和技术上是完全可行的。4.3.2 粉煤灰提取氧化铝一般地，煤粉炉燃烧温度一般在 1300以上，煤粉在锅炉中燃烧，其无机矿物经历了分解、烧结、熔融和冷却等过程 4。冷却后的粉煤灰基本可以分为玻璃体和晶体矿物两大类。粉煤灰的主要成分为氧化硅、氧化铝和氧化铁，总量占粉煤灰的 85%以上。因此可以说从粉煤灰中提取氧化铝在理论是可行的 5。另外，还有研究表明，从粉煤灰中提取氧化铝在技术上也是可取的，常用的方法有以下几种：1、预脱
8、硅-碱石灰烧结法 6-9：高铝粉煤灰经过细磨活化后，先与高浓度或中等浓度的苛性碱液反应进行脱硅，得到硅酸钠溶液用来制备白炭黑或硅胶，脱硅后的粉煤灰采用碱石灰烧结法产生氧化铝。粉煤灰的预脱硅率在 40%左右，生产氧化铝后的残渣用来制备水泥。其详细工艺流程见图 4.1 所示。预脱硅-碱石灰烧结法处理粉煤灰提取氧化铝工艺的优点是：a.粉煤灰中 40%左右硅得到高附加值利用；b.粉煤灰生产氧化铝的残渣全部利用，不会产生二次污染；c.粉煤灰提取二氧化硅后制备氧化铝，其石灰石加入量大大低于传统碱法，减少水泥产出；d.整个反应体系为碱体系，其中生产氧化铝部分采用的工艺与现行的氧化铝工业基本相同，设备成熟可靠
9、，易于工业化。4图 4.1 预脱硅-碱石灰烧结法工艺流程图2、硫酸法 10-12硫酸培烧法是将细磨后的粉煤灰和浓硫酸按一定比例混合后进行焙烧，培烧后物料经溶出、固液分离、结晶制备出 Al2（SO 4） 3.18H2O。硫酸铝经煅烧得到杂质含量较高的粗 -Al 2O3，将粗 -Al 2O3 再 经拜耳法溶出、种分、氢氧化铝焙烧等过程制备出冶金级氧化铝。3、盐酸法 13-145一般地，低常压盐酸浸出法适合处理循环流化床粉煤灰，其氧化铝活性高，易于溶出，中压盐酸浸出法适合煤粉粉煤灰。盐酸浸出液是将细磨后的粉煤灰与一定浓度的盐酸按比例混合，在低压或者中压下浸出，浸出后的浆液经固液分离、硫酸铝结晶制备出
10、 AlCl3.6H2O。结晶氯化铝经煅烧后得到杂质含量很高的 -Al 2O3，将该 -Al 2O3 重新进行拜耳法溶出等过程，去除绝大部分杂质后制备出冶金级氧化铝。这与硫酸法制备氧化铝很类似，此外，有学者 15对采用碱石灰烧结法提取氧化铝进行了经济效益分析，具体成本估算见表 4.1 所示表 4.1 粉煤灰生产氧化铝单位成本估算序号 原料 单位 消耗 单位/（元.t -1） 成本/元1 碱浸渣 t 0.6893 0 02 石灰 t 0.21 200 423 碱耗 t 0.056 1500 844 水 t 5.54 1.5 8.315 能耗 137.66 管理费用 103.27 税金 51.6合计
11、 426.71经分析，每处理 1t 粉煤灰产出氧化铝 0.334t，按 3000 元/t 价格计算，产值为 1032 元，除去粉煤灰生产氧化铝的单位成本后，每处理 1t 粉煤灰产出氧化铝的利润为 1032-426.71=605.29 元，因此可以说粉煤灰提取氧化铝技术是很有经济和技术效益的。4.3.3 粉煤灰生产陶粒烧结粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，掺加少量的粘结剂（黏土、页岩、塑化剂等）和固体燃料（煤粉、木屑等），经混合、成球、高温焙烧而制得的一种性能较好的人造轻骨料。金立虎 16在论文中指出河北省秦皇岛开发区开元有限公司开发研制烧结粉煤灰陶粒，最终成功研制出符合国标要求的烧结粉煤灰陶粒，
12、并于 2003 年正式投产。该公司生产烧结粉煤灰陶粒的主要工艺流程如图 4.2 所示：6图 4.2 烧结全粉煤灰陶粒生产工艺流程在此工艺过程中，在给料工序中对干灰雾化预加湿，以减少输送机成球过程扬尘。破碎、输送、分选三个工序封闭在一个密封的体系中，外加引风机及沉降池以减少粉尘污染。对陶砂及粉进行二次筛选，直径大于 2 的陶砂直接用作骨料，小于 2 的陶粉送回到成球机，按一定比例掺入再次成球，做到无固体废物的排放。此外，山西侯马热电厂利用的循环流化床锅炉电除尘干灰烧结全粉煤灰陶粒，生产出的陶粒也符合国标要求 17。其主要工艺流程为：粉煤灰-链运机-成球机-烧结系统 -破碎机-振动筛-陶砂-陶粒该
13、系统在运行过程中不产生二氧化硫和 COD，对环境影响较小，主要有噪声和粉尘。噪声主要是搅拌机、成球机产生的，粉尘主要来自粉状物料的输送过程。采取消减措施：对噪声源加装消声器、采取基础减振、在厂房建设采用轻型复合墙板结构来衰减声源强度减小影响范围；物料的输送采用链式输送机及慢速密封式皮带机，对各扬尘点配置适宜的除尘净化设备。利用粉煤灰烧结而成的陶粒在应用方面很广，以下主要介绍两个方面1. 应用于中高层工业及民用建筑结构和桥梁结构混凝土陶粒作为轻骨料配置的混凝土用于建筑和市政桥梁结构，可以缩小构件的截面尺寸，减轻负载 10%25%，节约钢材和其它材料的用量，减少投资，降低工程造价，加快施工进度。陶
14、粒还可用于混凝土制品生产（墙板和砌块），保证强度基础上可减少水泥用量，从而减少混凝土的温度收缩、自身收缩和干缩，控制开裂，减轻重量、增加保温、隔声性能。与其他建材相比，陶粒生产的能源来自消耗灰渣中未燃尽的碳，彻底根除碳对混凝土制品的危害，最大限度保证建筑安全。7另外，粉煤灰陶粒混凝土具有隔热、抗渗、抗冲击、耐热、耐酸碱、抗腐蚀等性能，是地下建筑工程、污水处理建筑工程、烟气处理建筑工程、造船工业及保温混凝土等工程的首选骨料。加之具有多孔、吸水和不软化等特点，陶粒可用作水的过滤剂、花卉的保湿载体和蔬菜、黄山树木的无土栽培等。2. 粉煤灰陶粒在环境保护中的应用 17粉煤灰陶粒由于其优越的物理、化学性
15、能，较大的比表面积和孔隙率，具有固体吸附剂性能，因此可以利用其吸附性能，处理一些有害的废弃物，达到保护环境的作用。目前，用于生物滤池的填料，国内外主要用玻璃钢或者塑料蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤维填料、半软性填料以及不规则状填料等。这些填料往往并不适合用作生物滤池的滤料。与其他污水处理滤料相比，轻质陶粒滤料强度高、孔隙率大、比表面积大、化学和物理性能好、具有生物附着力强、挂膜性能良好等优点；陶粒为球形，可根据需要制作，体积质量适中，水流流态好、过滤周期长，容易进行反冲洗、截污能力强；轻质陶粒滤料比表面积及孔隙率大、生物量大，因此滤池负荷较大，水头损失较小，取材方便，价格低廉。同样的，粉煤灰陶
16、粒也是有着很好的经济效益和社会效益的，这在张俊才等人 18的高强粉煤灰烧结陶粒的可行性思考及市场开发建议一文中详细给出了陶粒的经济技术指标分析，该论文中写到建设 1 条年产 50 万 m的陶粒项目（年消耗 40 万 t 灰），总投资预计 5000 万元左右。建厂以后，每年除了可以节约 1000 万元排放粉煤灰的费用，还可以实现陶粒产品的利润在 10002000 万元之间。综合分析，粉煤灰陶粒项目符合国家产业政策，技术先进，产品性能优越、用途广泛、市场容量大，能合理消化大量的粉煤灰，变废为宝，经济和社会效益显著。除此之外，粉煤灰在建筑材料方面的应用主要集中在制作混凝土、混凝土砌块和制作粉煤灰防水隔热材料上，粉煤灰还可用于烧结制品、铺筑道路、构筑坝体等。大量实践证明，合理利用粉煤灰资源可以节约大量能源。随着人们对粉煤灰性质及结构认识的不断深化，它的应用正从初级
