一、前言

　　過去的5年，粉煤灰是被作為一種工業固體廢棄物來對待的，由于我們的認識起點低，所以我們對粉煤灰的利用一直處于“低級處理”的狀態，這種粗放型的觀念結果就造成了資源的嚴重浪費，當然由于排污企業對自己排放的廢渣的特性并不清楚，盲目相信某些不負責任的設備企業的推銷和某些社會“土專家”的所謂技術秘方，而沒有認識到粉煤灰預處理系統的重要性，導致生產線全線癱瘓的案例也比比皆是。

　　在多年研究和實踐的基礎上，我們提出了用綜合利用的理念來發展中國的循環經濟的新思路。既然是經濟，那么我們就要看效益，看投資，看回報。粉煤灰綜合利用是一個系統集成工程，是一個由龐大的系統組合而成的產業體系：它包括前期市場調研、宏觀處理方案確定、微觀項目方案確定、實施、審批、設計布局、工藝技術、設備采購、項目管理、市場需求、政策導向等要素，是一個由淺入深的項目論證、項目實施、項目后續服務的過程。

　　一個項目的成敗往往不會僅僅因為設備、技術等可見的硬件軟件的原因，有太多的因素可以導致一個項目失敗。我們多年前服務過的企業現在很多也倒閉了，主要原因是他們當地政府禁實力度不大，這里面涉及地方保護主義的問題；當然還有很大一部分是不注重科學管理，科學技術，盲目生產，造成口碑太差，自然倒閉。基于此，我們對排污企業的服務開始變得十分謹慎，綜合利用概念就是在這種思維困境下提出來的，綜合利用就是要效益最大化的、系統化的、規模化的、商業化的、資源化的、朝著國家倡導的方向、遵循當地政策、尊重當地市場狀況的理念下合理處理排污企業手中的各種“工業固廢資源”。

　　當然除了這一層意思，粉煤灰綜合利用其實還是一個區域循環經濟的概念，綜合利用就是圍繞粉煤灰資源展開的各種工業固廢資源的綜合利用。我們知道根據自然界化學配比平衡的原則，任何一種單一物質都不能在未經任何條件的基礎上獨立的發生化學反應，那么經過工業固廢綜合利用中心特聘專家和工程師多年對各種工業廢渣、廢水、廢氣的科研和實踐，我們發現了他們之間的化學元素的互補，這樣當地50公里以內的廢渣、廢氣、廢水都可以合理利用，這不但解決當地的環保問題，同時讓區域循環經濟啟動，一并解決了很多社會問題。

　　由于我們全部采用三廢，所以粉煤灰和其他工業固廢綜合利用后產生的產品的單位成本必然很低，排污企業的效益因此誕生。粉煤灰要利用，但要根據自己的地域特點綜合利用，合理利用，不要看別人上什么生產線，自己就上什么，看別人自動化程度高，你就要自動化程度高，完美主義是要不得的，大企業病是要不得的，做企業要按部就班，否則急躁冒進會犯大錯誤。要具體問題具體分析，粉煤灰綜合利用歸根結蒂是個性化的服務體系，是一個行業內企業聯合并且和排污企業所進行的一次科學和人文角度的全方位資源融合。談了這么多，下面我們談談我們要面對這種主要的工業固廢“粉煤灰”，然后闡述本文的主體思想和核心思想。

　　二、認識粉煤灰以及粉煤灰的物理和化學特性

　　粉煤灰又稱飛灰，是一種顆粒非常細以至能在空氣中流動并能被特殊設備收集的粉狀物質。我們通常所指的粉煤灰是指燃煤電廠中磨細煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出、被收塵器收集的物質。煤在鍋爐中燃燒后有兩種形狀的固態殘留物--灰和渣。隨煙氣從鍋爐尾部排出的，主要是經除塵器收集下來的固體顆粒即為粉煤灰，簡稱灰或飛灰；顆粒較大或呈塊狀的，是從爐堂底部收集出來的稱為爐底渣，簡稱渣。我們通常講粉煤灰綜合利用，也包括渣在內。

　　簡單地說，粉煤灰呈灰褐色，通常呈酸性，比表面積在2500 7000cm2／g，尺寸從幾百微米(x10的-6次方m)到幾微米，通常為球狀顆粒，主要成分為Si02、A1203和Fe203，有些時候還含有比較高的CaO。粉煤灰是一種典型的非均質性物質，含有未燃盡的碳、未發生變化的礦物(如石英等)和碎片等，而相當大比例(通常大于50％)，是粒徑小于10μm的球狀鋁硅顆粒。

　　粉煤灰是排放量最大的一種工業廢料，在所有燃煤副產品中占有絕對大的比例，并且隨世界各國對環境要求的提高、收集技術的發展和大量低級煤的使用，粉煤灰的排放量增長速度非常快。一般來說，現代化電廠如果使用低灰分的優質煤，煤能比較充分燃燒，則1x104kW裝機容量的年粉煤灰排放量為o．1-0．2x104t；但如果使用的是劣質煤，煤又不能充分燃燒，則粉煤灰的排放量可高達1x104t[按火力電廠的效率為42％-61％，煤耗210~307e／(kW．h)H-gg]。

　　粉煤灰綜合利用網工業固廢綜合利用中心根據多年的實踐和研究，把粉煤灰按照如下方式進行了分類和分級：

　　粉煤灰有著非常明顯的物理化學特性，我們對于粉煤灰的利用無非采取這兩種特性綜合運用。由于粉煤灰燃燒方式、排放方式、煤種不同、爐型不同等因素決定了粉煤灰產生了微小差異化，但就因為這個微小的差異形成了粉煤灰的個性，幾乎每個電廠排放的粉煤灰化學成分都不同，甚至一個電廠在不同的時間和不同的爐型下產生的粉煤灰都是不同的。

　　粉煤灰的細度：原狀灰、三級灰、二級灰、一級灰、超細粉煤灰、微米級粉煤灰、納米級粉煤灰

　　排放方式不同：干排粉煤灰、濕排粉煤灰、海排粉煤灰（排入大海高鹽區）、陳年久積粉煤灰（堆積多年）

　　粉煤灰化學成分：高碳灰、高硫灰、高鈣灰、高鋁灰、高鐵灰的類別。

　　燃燒方式不同： 以煤粉爐鍋爐燃燒高熱值煤產出的普通粉煤灰（簡稱普灰）；以循環流化床鍋爐燃用低熱值燃料產出的流化床粉煤灰（簡稱流化床灰）；第三類即為上述兩種電站采取脫硫措施后產出的干式脫硫粉煤灰渣（簡稱脫硫灰渣）。[Page]

　　三、關于特性粉煤灰循環流化床應用問題探討

　　在國家沒有提出人與自然的和諧發展的環保理念的前期，應用煤粉爐的電廠比較多，燃燒充分，排放的粉煤灰品質也相對較好，有的甚至不需要任何處理就可以直接應用到水泥廠或者混凝土攪拌站。但是隨著國家對于環保的要求，電廠必須脫硫，循環流化床鍋爐比例不斷的加大，循環流化床鍋爐具有清潔燃燒等許多優點，但也存在許多制約其發展的因素，脫硫灰渣處理問題就是其中之一，如處理不妥會造成對水源、土壤或海洋、大氣的二次污染，而在其綜合利用上存在著多種障礙，隨著灰渣排放量越來越大，解決其灰渣的綜合應用問題已迫在眉睫。

　　1、循環流化床簡介

　　循環流化床鍋爐是一種新型的燃用固體燃料的鍋爐，固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內以一種特殊的氣固流動方式（流態化）運動，離開爐膛的顆粒又被分離分別送回爐膛燃燒和排出，爐膛內顆粒的濃度高，燃燒、傳質、傳熱劇烈，溫度分布均勻。

　　2、循環流化床鍋爐技術特點

　　⑴中溫燃燒：燃燒溫度控制在850℃—900℃之間，使得氮氧化物（NOx）排放遠低于煤粉爐，并且適應于摻入脫硫劑在燃燒過程中脫硫。

　　⑵燃料適應性強且燃燒效率高，適應劣質煤、煤矸石、高硫煤、高鈣煤、石油焦等各種固體燃料。

　　⑶負荷調節范圍大，在30%—100%MCR下，可以穩定燃燒，無需助燃油支持。

　　⑷可以實現壓火熱備用，節省啟動費用，且低負荷運行安全性能好，適合調峰運行。

　　3、CFB脫硫灰渣特性及對應用的影響

　　循環流化床脫硫灰無論從外觀、細度、粒度分布、堆積密度等物理性質，還是化學組成上基本與煤粉爐粉煤灰相近，在此不再贅述。但由于循環流化床鍋爐的工作特性，造成其灰渣在很多方面不同于煤粉爐粉煤灰，正是由于這些差異，制約了其綜合應用。 CFB脫硫灰與煤粉爐粉煤灰的主要區別及對綜合利用的影響。

　　⑴燒失量較高：由于爐溫相對較低，一般控制在850~900℃，在這一燃燒溫度下，有大量的惰性碳沒有被充分的燃燒，導致CFB脫硫灰具有較高的燒失量，一般都在5%以上，最高可達２０％多。高燒失量的粉煤灰作為水泥、混凝土的摻合料會嚴重影響產品的質量，因為高含量的碳會影響一些外加劑的使用效果，使外加劑的作用降低甚至消失，同時還會增加需水量。另外碳是一種片狀結構，與其它物質結合能力較差，造成制品的不穩定性，為在建材方面應用設下了很大的技術障礙。

　　⑵CaO含量高：為滿足環保要求，達到規定的脫硫效率，循環流化床鍋爐設計的鈣硫摩爾比一般都大于2:1，因此循環流化床脫硫灰中還含有大量未與SO2反應的CaO。因為CaO水化反應與水泥中其它物質反應時間的不一致，具有水化反應時間長的特性，CaO含量高會給最終建筑產品帶來較大的體積膨脹，嚴重影響最終的體積安定性，是建筑制品中致命的隱患。

　　⑶SO3（粉煤灰中SO3以硫酸鹽形式存在）含量高：循環流化床原煤中硫份燃燒生成的SO2與CaO反應生成CaSO3和CaSO4留在粉煤灰中，這也是循環流化床脫硫的理論基礎，煤中含硫量越高，脫硫效率越高，循環流化床脫硫灰中硫酸鹽的含量也就越高。在硫酸鹽含量比較高的情況下會產生不利的體積膨脹，導致建材制品穩定性差，同時對結構混凝土中的鋼筋具有腐蝕作用。

　　⑷玻璃體較少：循環流化床的燃燒溫度較低，大部分礦物都沒有形成玻璃體，與煤粉爐粉煤灰相比火山灰活性和流動性差。[Page]

　　⑸自硬性：循環流化床脫硫灰與普通煤粉爐粉煤灰相比含有較多的CaSO4和游離的CaO。游離的CaO可激發脫硫灰渣中的SiO2和活性Al2O3，生成具有一定水硬性的凝膠類物質，所以CFB脫硫灰具有一定的自硬性，但強度較低。

　　⑹較大的差異性：由于煤種和石灰石特性、處理工藝以及鍋爐運行環境的不同，各個電廠之間CFB脫硫灰的化學性質有較大的差異；即使在同一循環流化床鍋爐條件下，由于煤種的不同、操作技術人員的差異以及環境季節變化和負荷變化等，也會導致循環流化床脫硫灰渣成份不同，而且規律性不明顯。

　　⑺CFB脫硫渣的特性：正常排出的CFB脫硫渣無結焦，呈白色顆粒狀，最大粒徑約20mm，不含玻璃體，與CFB脫硫灰相比燒失量低，多數情況下SO3和CaO含量也較低。

　　4、解決CFB脫硫灰渣綜合利用的迫切性

　　CFB鍋爐作為環保型潔凈燃燒鍋爐，受到了國家的重點推廣，但CFB灰渣的處理問題直接制約其發展，灰渣處理不當極易造成二次污染，所以CFB脫硫灰渣的綜合應用已引起國家的高度重視。雖現已做了大量的研究工作，也取得了一些成果，但還遠不能滿足CFB脫硫灰渣全部有效處理的要求，解決好CFB灰渣綜合利用問題，必須國家，科研究機構、企業共同努力。國家從政策上予以支持，并且進行有效的組織，科研機構和企業進行有效的聯合，分工合作，信息互通，作為系統工程推進。

　　四、預處理系統是粉煤灰綜合利用系統集成工程中的關鍵環節

　　基于粉煤灰的物理和化學特性，粉煤灰的個性化和不穩定性以及流化床鍋爐排放的特性粉煤灰的出現，要求我們不能夠直接應用粉煤灰，否則造成的嚴重后果將不可想象。粉煤灰綜合利用網倡導資源的綜合利用，并成立了專業的科研服務機構工業固廢綜合利用中心，多年實踐和科研中提出一個重要的觀點，粉煤灰的預處理系統是粉煤灰綜合利用系統集成工程中的關鍵環節，不管用粉煤灰的下端去做什么，不經過預處理環節和工藝，排污企業都將面臨投資失誤和投資失敗，甚至血本無歸。

　　1、什么是預處理

　　作為工業廢渣并不是天生的工業原料，它本身有很多不確定性，有很多指標是不符合直接應用的條件的。預處理就是首先我們把這種工業廢料轉化成可以直接應用的工業原料，未經預處理的粉煤灰進入市場流通或者直接利用其危害是顯而易見的。用于基礎建設，會造成基建工程整體出現故障；用于建材制品，會出現開裂潰散、抗折不過關、泛霜、抗風化、抗凍融、耐久性，抗氧化能力不過關；應用在冶金化工精細領域，預處理系統就更加嚴格。不同的利用方向和粉煤灰的不同品質決定我們要采取不同的預處理工藝，所以預處理系統和工藝也是個性化的。

　　2、預處理系統總體包括如下幾個部分：

　　⑴粉煤灰商品化的預處理系統[Page]

　　商品粉煤灰不是電廠排放出來的原狀粉煤灰，而是經過預處理之后的可以直接應用在下游企業的，比如水泥廠、混凝土攪拌站、砂漿等里面的粉煤灰。預處理原狀粉煤灰的基本途徑如下粉煤灰分選、粉煤灰改性、脫碳、脫色、脫硫、除鈣、改變吸水率等預處理工藝和途徑。

　　⑵粉煤灰建材資源化的預處理

　　這里談的是粉煤灰制磚、建筑砌塊、水泥、砂漿、混合材、粉煤灰陶粒輕骨料、粉煤灰燒結陶粒、粉煤灰瓷磚、粉煤灰聚合物、凝石等產品中所采取的預處理工藝和技術。這里面涉及主要應用粉煤灰的改性技術。中和，沉淀 ，氧化還原 ，改變粉煤灰的安定性、改變粉煤灰的化學成分、統一一系列化學試劑和物理工藝改變粉煤灰的現有性格，形成穩定的、耐久性較強的一種新的物質。在粉網工業固廢中心對外工程服務中有的綜合利用方案會涉及是多種改性藥劑和10種以上的工藝處理方案，讓客戶根據自己的需求進行選擇，但即使如此，依然有太多我們攻克不了的技術難題和社會難題，新品質粉煤灰的層出不窮讓我們不得不投入新的科研。

　　⑶粉煤灰提取工藝中的預處理

　　在粉煤灰提取鋁硅合金整個過程中，對所使用的粉煤灰原料的成分含量掌握是要點,按照鋁硅合金的國家標準牌號規定,根據粉煤灰的基本條件進行合理的配料，達到鋁硅合金的國家標準牌號規定，如果含量不理想，在預處理過程中可用添加劑進行改質優化達到可行規定。預處理中粉煤灰團球塊是關鍵，目前粉網固廢中心研制開發的粘結劑和機械設備,對粉煤灰與各種配料混合、攪拌、團球后進行試驗,其冷強度達到1500N／個，熱強度在1600℃-2200℃溫度下不散、不粉，達到了冶煉的要求。

　　高燒矢量粉煤灰的處理。經機械預濕預處理后，將分散劑和復合浮選劑也加入預處理器，經系列自動化機械作業后，燒失量超標粉煤灰尾灰經浮選脫碳后燒失量低于4%,達到Ⅰ級排放標準。

　　粉煤灰回收鐵。粉煤灰中的鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸鐵的形式存在。粉煤中的黃鐵礦顆粒在燃燒中，鐵得到了富集；經歷磁化焙饒后，部分變為磁鐵礦，Fe3O4晶體。x衍射分析指出，在其內部包藏有大量Fe2O3，這對全鐵的回收很有利。鐵的回收一般采用磁選法，對含鐵量做鐵的分析和磁導率物理量分析，經旋流器預選后，再用弱磁選礦機分選，富集得到高品位精鐵礦。

　　⑷粉煤灰在市政、化工方面應用預處理系統

　　這里特指，經過預處理后經過設備成型，粉煤灰及其他廢棄物可制成多種冶金與化工領域低成本替代品。

　　多種廢舊塑料、粉煤灰、廢礦渣和木屑、鋸末等在不同配比、粒度、輔助劑下產生協同效應經過預處理，在線反應加工等系列技術，通過設備模型生產不同給排水井蓋、井箅；城市綠化用樹池箅；包裝用板材、木硅塑建筑模板、建筑用管材等高附加值制品。

　　粉煤灰用于重金屬、造紙、印染廢水的處理于處理。由于粉煤灰中含有許多不規則形狀的玻璃狀顆粒 ,這些顆粒中還含有不同數量的微小氣泡和微小活性通道 ,因此粉煤灰表面呈多孔結構 ,孔隙率一般為 60 %～70 % ,比表面積較大 ,表面上的原子力都呈未飽和狀態 ,使得粉煤灰具有較高的比表面能和較好的表面活性。經過預處理工藝（煅燒 - 堿溶法對粉煤灰改性后）處理效果優于市售一級活性炭。

　　⑸粉煤灰在農業中的預處理系統

　　對粉煤灰、煤矸石理化特征與利用現狀進行分析的基礎上，粉煤灰資源農業利用包括造地還田，土壤改良劑，硅酸質肥料、粉煤灰磁化肥、硅鉀肥等。粉煤灰可用劣質粉煤灰或灰渣，不同土壤類型、不同作物品種、不同季節、不同施肥方法，配合當地其他廢渣和造紙黑液等，根據原材料選擇合適的增鈣劑、活化劑和催化劑配方，可以加速粉煤灰的分解和轉化，提高生產效率，提高活性硅含量，同時還可以增加微量元素的活性，選擇相應的預處理工藝和合適的設備選材，粉網專家組多年的實踐和研究經驗研究總結了生產成本控制及節能方法措施，包括生產方法、質量檢測、環境保護、生產管理一系列標準。[Page]

　　3、預處理工藝決定設備選型和后期工藝

　　由于粉煤灰綜合利用產業體系尚未完全形成，所以目前行業比較混亂，不存在完整的設備供應市場、設備單一；沒有專業的設計院從事這個行業，目前也只有粉網的工業固廢綜合利用中心比較系統的進行粉煤灰綜合利用的科研和工藝設計服務，所以行業亟待整合和發展。排污企業需要認識到這個世界上所有傳統產業（比如成熟的冶金、化工、水泥等）總是先有工藝，后有設備這個道理，就會知道設備廠家的推銷有時候必然是一種僅僅站在自己立場思考的純商業行為。基于此，排污企業上一個粉煤灰綜合利用的項目，一定要聘請專業的技術咨詢機構、專業設計院，要進行全方位的項目考察，確定項目后，要首先選擇合理的工藝，然后由工程服務商工藝方提出合理的設備參數，并委派專業的設備工程師陪同采購對主要設備采取招標。

　　不過工業固廢專有設備市場尚未形成，粉煤灰綜合利用網正全面籌建設備自選超市，整合國內工業固廢設備資源，納入工業固廢專有設備市場體系，供排污企業全方位的設備選型。粉煤灰在建材應用的設備市場相對成熟一點，但也不過剛剛起步，建材設備企業不少，可以拿得上臺面的誠信的、上規模的、可以對排污企業提供完善服務的企業則是鳳毛麟角，很多設備類型根本無法大量的處理粉煤灰，卻打著工業固廢處理的牌子大搞推銷，誤導排污企業。所以這個市場尚需要培育，尚需要壯大，尚需要肅清。

　　更多專有工業固廢設備市場尚未形成，比如粉煤灰陶粒、粉煤灰提取、分選脫碳、脫硫、粉煤灰在農業、化工、冶金中的應用的系統市場還沒有，還是空白，標準化的設備還沒有，大部分設備都屬于非標設備。正因為如此，排污企業更應在委托專業工程服務商以總承包的方式承擔設備的設計和并委托大型的、專業的、有足夠加工能力的高信譽企業加工，而輔助機械則僅需要在工藝方的指導下就近采購或者圖紙自制即可，這樣不但保證了項目的可靠性，同時又保證了企業可以大規模的降低初期投資。

　　五、結束語

　　2009年，排污企業本身都開始對工業固廢的綜合利用重視起來，國家也推出更多的優惠政策鼓勵循環經濟的發展，工業固廢的綜合利用正成為一個新的朝陽行業。粉網工業固廢綜合利用中心情報研究部門調研顯示：目前我國工業固廢的綜合利用尚處于初級階段，工業固廢綜合利用產業體系尚未形成，而作為利用主體的排污企業本身對綜合利用認識并不深刻，所以工業固廢綜合利用事業依然任重道遠。

　　如何科學合理進行工業固廢的綜合利用決非一個簡單的概念問題，而是一個和科學發展觀、科學人文觀、環保節能、墻材革新、自然科學技術的發展、和諧社會等問題糾結在一起的系統社會工程。其長足的發展，則必須重視合作共贏，這需要業內同仁共同的努力，創建一個和諧的工業固廢綜合利用產業體系則是當務之急。

　　　作者：石家莊市新原道環保科技發展有限公司 　魏麗君  何長存   寇怡青