引言：
近年来，人们对环保问题的重视度越发升高，燃煤火力发电对大气环境的污染日益引起广泛关注。循环流化床（CFB）锅炉因其低成本、高效脱硫、低NO排放等优点，已成为目前煤炭洁净燃烧的首选炉型。
CFB锅炉具有燃料适应性广泛的特点，可实现能源的综合利用。一方面，通过基于此技术的成功开发，可以对一些低级资源进行能源化利用。目前，燃烧石油焦、污泥、生物质、垃圾废弃物的CFB锅炉均已成功开发。另一方面，可以将其与其他能源或原材料加工系统进行整合，实现能源高效利用。CFB锅炉技术为基础的Integrated Gasification Combined Cycle系统、Pressurized Circulating Fluidized Bed Combustion系统、Polishing Gasification CFB-Combined Cycle系统均已成功开发并进入产业化阶段。这一技术的发展前景巨大，未来将继续朝着大型化和优化运行方向发展，其技术将得到迅猛发展。
研究部分：
1. CFB锅炉的灰渣特性及其应用
CFB锅炉灰渣特性受许多因素影响。其中，燃料种类是影响其飞灰和底渣特性最重要的因素之一。无烟煤的飞灰含量普遍较高，有的甚至高达20%，其平均粒径甚至可以达到53米。生物质等其他种类的燃料灰渣特性也不尽相同。燃料灰渣具有低熔点、易结渣的特性，其灰分主要由铁、钙、铝、钾和钠等元素组成，与煤飞灰的化学组成存在明显的差异。城市垃圾灰中普遍含有大量重金属离子，如铅、汞等。煤种特性对CFB锅炉灰渣特性产生重要影响。研究表明，在一台0.5 MW CFB燃烧试验台上进行四种不同煤种的燃烧试验，挥发分高、灰分含量低的煤种在燃烧过程中产生更多的细灰渣颗粒，并且其底渣中细颗粒的份额也比较高，底渣的平均粒径与给煤颗粒的平均粒径差别较大。此外，灰渣大部分以飞灰形式排出。煤种对所产生的飞灰颗粒粒径分布影响不大，但飞灰含碳量则随着煤中碳分的增加而增加，而底渣含碳量则随燃煤灰分的增加而增加。CFB锅炉灰渣特性受到处理技术、锅炉运行环境、季节变化、负荷变化以及操作人员等因素的影响，而这些因素可能产生较大的变化，规律性不明显。例如，为了提高脱硫效率，CFB锅炉运行中采用了炉内添加石灰石脱硫技术，其灰渣与普通煤粉的灰渣在特性上存在显著的差异。F锅炉与煤粉炉灰渣在形态、粒度、化学性质等方面存在显著不同，常规的灰渣利用方式难以处理CFB锅炉灰渣。本文旨在对一种典型的CFB锅炉灰渣与煤粉炉灰渣特性的差异及其应用进行分析。1.1 CFB锅炉和煤粉炉灰渣特性分析：相较于煤粉炉，典型的CFB锅炉采用燃料中掺加石灰石粉实现炉内脱硫，且燃烧温度低、蓄热量大、底渣在炉膛中停留时间较长、排灰量较大等特点。因此，两者所产生的灰渣在物理和化学特性等方面存在显著不同。CFB锅炉灰渣又分为F类低钙灰和C类高钙灰，本文仅针对燃烧褐煤或亚褐煤所形成的高钙灰(SiO2+AI2O3+Fe2O3≥50％)进行分析，具体分析结果见表1。1.2 CFB锅炉飞灰与常规粉煤灰的区别：1.2.1 CaO含量高：为达到国家规定的脱硫效率，满足环保要求，CFB锅炉设计的Ca/S一般都大于2。因此，CFB锅炉飞灰中含有大量未反应的CaO(超过10％)。国外将含有较高CaO的飞灰称作”再活性”灰，具有更好的水化性和POZZOLANIC反应活性。注：将表格内容省略，但在实际操作中需要保留。根据国家标准，粉煤灰中CaO含量超过10％的称为C类灰，低于10％的称为F类灰。C类灰在水硬性方面具有一定优势，因为其中的游离CaO能激发灰渣中的活性SiO2和活性Al2O3生成水硬性凝胶类物质。同时，CaO的水化反应会生成强度较高的Ca(OH)2和一些水泥水化矿物如钙矾石，因此C类灰可作为水泥混合材料使用。F类灰常用于混凝土掺和料，因其水化热较C类灰低。但是，CaO的水化反应比水泥中其他物质长，且CaO水化成Ca(OH)2的体积增大很多，因此高含量的CaO可能引起较大的体积膨胀，严重影响建筑制品的安定性，是致命的隐患。此外，粉煤灰中Fe2O3、SiO2、Al2O3的含量直接影响其作为建材原料的优劣。这是因为粉煤灰的活性主要来自于活性SiO2和活性Al2O3在一定碱性条件下的水化作用。CFB锅炉灰渣中的Fe2O3、SiO2、Al2O3含量相对较低，但其灰渣产生的飞灰颗粒更为细小，飞灰含碳量也较高。在利用过程中，应充分考虑其特殊性质。飞灰中含有活性成分A12O3、SiO2等，是一种活性骨料，可通过与胶凝材料发生界面反应来提高界面强度，对于提高混凝土抗弯强度具有积极作用。但是，美国粉煤灰标准ASTM(618)规定，用于水泥的C类灰中，Fe2O3+SiO2+A12O3的含量必须占总量的50%以上。而CFB锅炉飞灰中三者的总量不足50%，对其应用是不利的。此外，CFB锅炉飞灰中含有过量的Fe2O3，SiO2和A12O3偏少，对飞灰活性的影响更加不利。粉煤灰中的硫以可溶性的石膏(CaSO4)的形式存在，对于粉煤灰早期强度的发挥有一定的促进作用，因此，硫对于粉煤灰活性是有益的。然而，随着脱硫效率的提高，CFB锅炉飞灰中硫酸盐的含量也相应增加，从而导致体积膨胀并降低建材制品的稳定性，同时对结构混凝土中的钢筋也具有腐蚀作用。我国国家标准规定，作为建材使用的粉煤灰中，SO3的质量分数不得高于3%。CFB锅炉飞灰中含有较高的SO3，这是其在建筑领域应用中的不利因素之一。此外，由于CFB锅炉炉温较低，导致大量惰性碳未充分燃烧，飞灰的烧失量较高。由于飞灰中未燃碳粒疏松多孔，与其他物质结合能力较差，对于一些外加剂的使用效果产生不利影响。不过，由于飞灰中仍含有一定的碳含量，国内外通常采用飞灰回燃技术，以提高其燃尽度。CFB锅炉飞灰具有细度大的特点。粉煤灰的细度对于早期水化反应有很大影响，是工程应用中的重要指标。细度越大，表明其中活性物质越丰富，适用于建材制作的效果更佳。此外，CFB锅炉飞灰的堆积密度较小，反映其颗粒排列的松散程度。堆积密度愈大愈密实，孔隙率愈低，对于工程设计和施工中至关重要。CFB锅炉飞灰的松堆积密度和压实堆积密度均低于常规粉煤灰的最高限值，表明该种粉煤灰的可压缩性和密实程度不同于常规粉煤灰。常规粉煤灰在工程应用中受到限制。与常规渣相比，CFB锅炉底渣具有以下特点。首先，CFB锅炉底渣的MgO含量较低，这使得其在工程中的稳定性优于飞灰。其次，虽然CFB锅炉底渣具有一定的水硬化活性，但在水泥生产应用中受到一定的限制，目前仅有部分被用作水泥添加剂。大多数情况下，CFB锅炉底渣只应用于一些较为简单的领域，如制砖、铺路和填土等。另外，CFB锅炉底渣中Fe2O3含量较高，而A12O3和SiO2含量较低，导致它们三者的总量都比常规渣低。最后，CFB锅炉底渣中含有较高的SO3，可能会导致在建材应用中由钙钒石膨胀引发的耐久性问题。不过，根据毕春丽等人做的CFB锅炉底渣在混凝土中的应用研究试验，SO3的溶解度与底渣的细度有关。将CFB锅炉底渣作为混凝土细骨料可以减少SO3的溶出，并且细骨料表面具有一定的活性，可与混凝土中的水泥石颗粒反应，从而提高混凝土的力学性能。CFB锅炉底渣中含有的活性物质与水泥水化产物反应生成的产物可以包裹在骨料表面，进一步抑制SO3的溶出，有效防止钙钒石的生成，不存在SO3安定性问题。CFB锅炉底渣的烧失量很低，一般含碳量低于3%。由于其具有一定的水硬活性，可以直接用作水泥或其他建筑材料的原料。CFB锅炉底渣中含有较多的大颗粒，且呈不规则状，表面不光滑，导致比表面积较小。因此，当用于混凝土制作时，CFB锅炉底渣既会影响混凝土的流动性和易性，又会增加混凝土与水泥在包裹卵石时的空隙率，从而影响混凝土的密实度和强度。如果需要用底渣替代中砂，应先将底渣适当进行磨细。CFB锅炉底渣颗粒大小混杂，由粗颗粒形成的孔隙被细颗粒填充，容易形成紧密结构，因此是建筑工程中用作回填的最理想散体材料。最后，CFB锅炉底渣具有较大的堆积密度，密实度优于常规底渣，是一种优良的工程材料。目前，CFB锅炉灰渣的应用主要包括以下几方面：1. 提取未燃尽碳。由于CFB锅炉飞灰中含碳量较高，可采用电选法进行碳的提取。经过电选，得到的精煤具有一定的吸附性能，可作为吸附剂或制成粒状活性炭，也可用作燃料用于锅炉燃烧。2. 提取金属铁。当飞灰中Fe2O3含量高于50%时，可进行铁的回收，具有很高的经济价值。据山东省比较，当飞灰中Fe2O3含量高于10%时，磁选一年可回收15万吨铁精粉，其社会经济价值远远优于传统的开矿过程，同时对环境保护也起到了积极的作用。3. 生产建筑材料。由于飞灰的特性和质量不同，可用于制造水泥、砖、铺路、做废弃矿井和采空区的填充料等。对于普通混凝土的配置和骨料的生产，飞灰也都具有很好的应用前景。4. 农业利用。飞灰可用于农业改土增产和生产粉煤灰多元素复合肥。将飞灰用于农业的资源化是一项巨大而重要的生态工程，今后应加强相关基础性研究，开发更多的环保型产品和处理利用途径。综上所述，CFB锅炉灰渣有着广泛的应用前景，在资源利用和环境保护等方面都具有非常重要的价值。CFB锅炉灰渣的应用还包括以下方面：5. 作脱硫剂。由于CFB锅炉飞灰含有大量的CaO，因此可通过使用回燃技术等方法，将飞灰中的CaO重新送入炉膛进行脱硫，提高燃料的燃尽率，并降低CFB锅炉中的Ca/S比值。6. 废物稳定和固化。将CFB锅炉灰渣与其他废物混合使用，可达到稳定和固化的效果，从而降低其对环境的影响和风险。综上所述，CFB锅炉作为一种环保型洁净燃烧锅炉，在实际应用中取得了很好的效果。然而，CFB灰渣的处理问题直接制约其发展，特别是若处理不当，极易造成二次污染。因此，对CFB灰渣进行综合化利用已引起国家的高度重视。虽然已做了大量的研究工作，也获得了一些成果，但还远远不能满足全部CFB灰渣的有效处理要求。想要解决好CFB灰渣综合利用的问题，必须将其作为一项系统工程共同推进。参考文献：[1]李登新，吕俊复，郭庆杰，等．循环流化床灰渣利用研究进展[J]．热能动力工程，2003，18(1)：5—8．[2]刘彦鹏，王勤辉，骆仲泱，等．不同煤种下循环流化床灰渣特性的试验研究[J]．锅炉技术，2004，35(3)：18—22．参考文献如下：[3] 岑可法著，1998年出版，循环流化床锅炉理论设计与运行，北京中国电力出版社。[4] 周宝欣、常焕俊著，2006年出版，循环流化床锅炉技术问答，北京中国电力出版社。[5] 毕春丽、张墨、张增军等，2004年发表，循环流化床锅炉底渣在混凝土中的应用研究，粉煤灰综合利用（第4期）。[6] 雒国忠著，2001年发表，循环流化床锅炉灰渣物化性能分析，电力环境保护（第17卷第4期）。[7] 王文龙、施正伦、骆仲泱等，2002年发表，流化床脱硫灰渣的特性与综合利用研究，电站系统工程（第18卷第5期）。[8] 杨文、谢晓闻、黄羽雎等，1999年发表，循环流化床锅炉飞灰综合利用初探，锅炉技术（第21卷第1期）。[9] 王绍文、梁富智、王纪曾著，固体废弃物资源化技术与应用，北京冶金出版社。参考文献如下：[10] 杨惠芬、张强著，2003年出版，固体废物资源化，北京化学工业出版社。作者简介：尹连庆，男，1959年出生，现为教授，任职于环境科学与工程学院，担任副院长，主要从事电力环保科研工作。邮箱：xieli_99999#163.com。（#=@）
