锅炉炉渣的深加工利用

刘富宏

(1.扬州大学，江苏 扬州 225003；2.扬州电力设备修造厂，江苏 扬州 225003)

近年来，随着我国经济的持续快速发展，用电量急剧上升，发电机组的容量不断增大，电力工业得到了迅猛的发展，目前我国电厂主要通过燃煤来发电，发电过程中除了会产生大量的粉煤灰外，还产生了大量的炉渣等副产品。伴随煤电企业的数量大幅增加，电厂累积的粉煤灰、炉渣等也越来越多，这些副产品如果得不到妥善处理就会污染周围环境。粉煤灰是从烟道中收集的粉尘颗粒，而炉渣则是燃煤在锅炉及其他设备燃烧后所排出的废渣，目前粉煤灰的价值已得到了充分开发，市场上粉煤灰供不应求。而相对于粉煤灰，大部分炉渣还没有进行综合有效地开发利用。经测定，煤渣的化学成分SiO2为40%～50%、Al2O3为 30%～35%、Fe2O3为 4%～20%、CaO为 1%～5%。其矿物组成主要有钙长石、石英、莫来石、磁铁矿和黄铁矿、大量含硅玻璃体 （Al2O3·2SiO2）、 和活性SiO2、活性Al2O3等[1]。因此，就其成分和矿物组成而言，炉渣并非是完全无用的废弃物，且目前该类废渣在我国分布很广，其利用量远没有排出量大。如何进行炉渣开发，变废为宝，实现炉渣的回收再利用，成了一个新的课题。

1 当前炉渣生产和利用现状

与粉煤灰处理的发展历程一样，以往粉煤灰一般采取水处理的方式，随着粉煤灰综合利用力度的加大，现在市场上大部分粉煤灰采取了干排方式。目前由于对炉渣的综合利用处于初级阶段，市场上大多数采用了湿排渣系统，只有部分新上的电厂设备采用了干排渣系统。随着国家对环境保护的要求越来越高，国家加大了对电力行业“节能减排”实施力度，减少生产用水量，在干出灰系统逐步替代了水出灰系统后，干排渣系统的设计运行逐渐被提上了日程，今后新上机组的渣系统基本上都会采用干排方式，有条件的话电厂原来的湿排渣改干排渣系统也将是一大趋势。

（1）湿排渣系统排渣流程。炉膛燃尽灰渣落入装在炉膛下部的注满水的渣斗，经水冷却后由捞渣机连续将渣排出，经碎渣机破碎后落入渣沟并输送至脱水仓，沥去部分水分，再用汽车装车外运进行综合利用，外运时含水量30%～40%。此种系统以老电厂居多。

（2）干排渣系统排渣流程。在干式排渣系统中，高温炉渣经过炉底排渣装置落到钢带输渣机的输送带上，随输送钢带低速移动。在锅炉负压作用下，通过钢带输渣机箱体外侧风门进入一定量的冷空气，使热炉渣在输送钢带上逐渐被冷空气冷却，冷空气将吸收炉渣余热与可燃物再次混合燃烧释放出热量，空气升温到400～500℃返送入炉膛，用此种方式将炉渣的热量回收，从而减少锅炉的热量损失。被冷却后的低温炉渣进入随后的碎渣机，经碎渣机破碎后进入渣仓储存，通过卸料机构定期装车外运[2]。

（3）目前炉渣的利用现状。采用湿排渣的电厂直接将湿渣装车外运，而采用干排渣的厂家，因干渣外运时易形成扬尘，因而在外运时需进行喷水处理，含水量约在30%。因此，无论目前电厂采用的是湿排渣还是干排渣方式，炉渣在装车外运时，都含有一定的水分，基本上作为高速公路的路基建造材料或销售给建材厂生产炉渣砖、保温砖等。这些都没有对炉渣进行进一步的深加工，并没有完全开发出炉渣的价值，没有实现对炉渣真正的综合有效利用。

2 炉渣的深加工方案

本文论述的炉渣深加工方案包括炉渣的烘干和炉渣的磨细2个环节，炉渣在经过磨细前必须对炉渣进行脱水处理，使得炉渣由含水量30%～40%降到5%左右，炉渣的含水量过高可磨性不佳，不易出料造成堵磨；含水量低可磨性虽好但会增加烘干系统的压力，增加能耗降低出力。

2.1 炉渣的烘干

炉渣的烘干是针对电厂湿排渣系统而言的，目前大多数电厂采用的都是湿排渣系统，对这些渣料进行磨细前必须先进行烘干。烘干原理是采用天然气、柴油、煤炭等能源作为燃料加热空气，在空气达到600～700℃后使得空气流经烘干机，同时转动的烘干机对进入其内的炉渣粉料进行搅拌，这样被搅拌的炉渣和经过的热空气进行充分混合产生热交换，从而使得炉渣中的水分气化排出，最终达到炉渣脱水被烘干的目的。由于采用天然气作为能源需要布设管道，这对供应商有一定的局限性，柴油作为燃料的成本又太高，因此选用煤炭作为燃料来加热空气是比较经济的选择，煤加热烘干的工艺系统如图1所示。

图1 煤加热烘干系统工作示意图

采用煤炭作为能源的炉渣烘干系统的工作流程如图2所示。原煤通过碎煤机形成煤粉后，喷煤机将煤粉喷进燃烧室与空气混合燃烧，产生600～700℃的热烟气，热烟气从烘干机的侧面进入烘干机，同时待烘干的湿炉渣从烘干机的上方通过给料机均匀进入烘干机。炉渣在转动的烘干机带动下不停地翻动、扬起、落下，与热烟气充分混合接触，进行热交换。炉渣中所含的水分在高温烟气的作用下汽化与炉渣分离，从而达到炉渣脱水烘干的目的。烘干后的干渣通过输送机进入成品渣仓，而含有粉尘、水蒸气的烟气则通过除尘器、风机最终排入大气。

2.2 炉渣的磨细

炉渣的磨细系统设备主要包括原渣仓、给料机、磨渣机、提升机、成品仓、卸料装置等，其中磨渣机是系统的关键设备，磨型可以采用钢球磨和立式磨，钢球磨作为磨细系统的早期设备由于存在效率低、能耗大、噪音大、占地面积大等缺点，在本磨细系统中推荐采用立式磨。立式磨的工作原理类似于电厂制粉系统的中速磨煤机，整机结构由主机、选粉机、管道装置、引风机、旋风集粉器、除尘器等组成。具有磨细、分选一体化的功能，设备的集成度较高，所需的安装场地较小，易于安装。同时设备在负压下运行，除尘器除尘效率高，降低了粉尘噪音对环境的污染。磨细系统运行流程如图3所示。其系统的工艺流程如图4所示。

图3 炉渣磨细流程

图4 炉渣磨细工艺图

图4中，炉底渣由渣仓1通过称重给料机2进入磨渣机3进行磨细加工，磨制后的细渣经过磨渣机自带的分选装置通过提升机4进入成品仓5暂存，之后通过卸料装置6、7排出作为二级灰或细灰销售。或者在成品仓底部加装输送仓泵，通过空压机气力输送至灰库与灰库内二级灰或细灰掺混销售。

3 炉底渣磨细经济效益分析

炉底渣作为湿渣外运综合利用的效益不是很高，且在水渣外运过程中，由于含水量较大，运渣车辆密封欠佳，对运渣道路造成了持续的污染，并且湿渣虽然含水但仍然无法避免形成扬尘造成环境污染。因此，将炉渣进行烘干磨细形成二级灰作为干灰细灰进行销售，不仅销售价格大幅上升，也将彻底解决二次排渣区域的污染问题，带来良好的经济效益和环保效益。

按照国家标准，细灰（一级灰）的细度是指45 um方孔筛筛余量不大于12%。二级灰要求45 um方孔筛余量不大于25%，粗灰（三级灰）要求45 um方孔筛余量不大于45%。在目前的炉渣市场上，炉渣经喷淋形成含水量30%～40%的湿渣后市场销售价格为5～10元/t（含水价），平均价格约7元/t；而炉渣磨细成二级灰（品质介于粗、细灰之间）销售价格为旺季100元/t，淡季70～80元/t，考虑到淡、旺季价格浮动，年平均价格为80～90元/t。干渣磨细成细灰销售价格旺季120元/t，淡季80～100元/t，考虑到淡、旺季价格浮动，年平均价格为100～110元/t。烘干、磨细设备的运行成本如人工、电耗、设备折旧等按照45元/t计算，则干渣磨细成二级灰时，每吨净收益可达35～45元/t；如果干渣磨细成细灰（一级灰）时，每吨净收益则可达55～65元/t。

以一台600 MW机组为例。每天机组的耗煤大约6000 t，以灰分30%、渣占灰比例10%计，一年的渣量为6000×30%×10%×365=65700 t。折合每小时渣量为7.5 t（干渣）。

如果采用湿渣（含水量约30%）外运销售,全年收益为（考虑到峰谷价格，取平均价7元/t计算）:

如果干渣磨细成二级灰外运销售,全年净收益为（按净收益40元/t计算）:

如果干渣磨细成细灰外运销售,全年净收益为（按净收益60元/t计算）：

由上可以看出，在炉底渣经过磨细成二级灰或细灰后进行销售，收益分别是磨细前的4倍和6倍，收益在原单售炉底渣（湿渣）的基础上净增长197.1万元和328.5万元。经济效益极其显著。

4 结束语

综上所述，尽管目前炉渣已经得到了一定程度上的应用，如作为高速公路的路基等，但炉渣的这种应用仅仅停留在初级阶段，其附加值并不高。如果将煤渣进行深层次的加工，按上述工艺将炉渣烘干磨细变成二级灰或一级灰后，达到要求的炉渣灰可直接用于水泥、建筑用砖、墙体等材料的制作中，真正实现了电厂炉渣的变废为宝，对环境保护起到了积极的作用。同时烘干磨细后的炉渣价格也将成倍的上涨，大幅度提高了炉渣综合利用的经济效益。

[1]商晓峰，周晓平.矿粉磨掺加煤渣的应用[J]，水泥工程，2012（1）：38，54.

[2]沙 威，孙国通，刘新利，等.火电厂干排渣系统特点及国产化应用[J].天津电力技术，2008（4）：15-17.