浅析粉煤气化灰渣综合利用

代杰刘本军

摘要：煤气化工艺经过多年的发展，粉煤气化工艺凭借其对煤种适应性广，可实现原料煤本地化；碳的转化率高，均在95%以上；污染物排放小，经处理后能达标排放等特点已较为普遍的运用于工业生产中，并为了降低能耗，逐步向大型化发展。粉煤气化装置的主要固体排放物为炉渣（灰），其中灰渣主要来自动力装置及气化装置，对其进行综合利用是整个煤化工项目实现循环经济的重要因素。本文对现在国内一些常规及较新的灰渣处理方式进行了介绍，主要介绍了粉煤蒸压加气混凝土砌块技术，希望对同类装置在灰渣处理技术的选择上有一定的启发。

关键字：多种形式砖；混凝土加压砌块；环保

前言：粉煤气化炉渣（灰）主要包括气化煤渣、气化湿灰、炉渣和炉灰，成分与气化和燃烧的原料煤灰分含量、组成及气化工艺等相关，主要为SiO2、Al2O3、CaO和残余碳等，可以作为建材、建工、道路及回填工程等掺混原料。

1、灰渣情况

用13.43亿m3/年煤气（主要成分CO+H2）的煤气化装置举例，各类渣灰（含水）共计63.02万吨，除水后干重48.40万吨，煤气化单元年排放炉渣（灰）及锅炉单元产生炉渣（灰）情况见下表：

2、国内煤渣、煤灰治理常规技术

2.1生产水泥

水泥是一种水硬性胶凝材料，按成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。水泥品质指标包括氧化镁(<5.0％)、三氧化硫(<3.5％)、烧失量(≤5.0％)、细度、凝结时间、安定性和强度等。粉煤气化灰渣的主要化学成分含有SiO2、Al2O3和CaO等，因此，从化学组成看，它可以作为生产水泥熟料的原料，灰渣目前已广泛用于水泥生产。

2.2生产多种形式砖

1)蒸压煤矸石灰渣砖：蒸压煤矸石灰渣砖的原材料为煤矸石灰渣、磨细生石灰、石膏、骨料。胶结料的配比为石灰19％，石膏5％～7％，其余为煤矸石和灰渣，骨料与胶结料比为2.5。

2)烧结砖：烧结煤灰砖是以煤灰(灰渣)和粘土为主要原料，再掺加其他工业废渣，经配料、混合、成型、干燥及焙烧等工序而成的一种新型墙体材料。

3)免烧砖：它的主要原料为煤矸石、煤矸石灰渣及来源于石料厂、钢铁厂的工业废渣，其他辅料为石灰、水泥、石膏、添加剂等。它的成型机理是：灰渣、煤矸石、炉渣等含有较高氧化硅、氧化铝、氧化铁的工业废渣，经原料混合轮辗后，充分水化形成硅、铝型玻璃体。

4)煤灰水浸砖：煤灰水浸砖是以80％左右的煤灰为原料，加入20％左右的石灰作胶结料，另少量的石膏为外加剂。经过混合、搅拌、沉化、成型、晾干后再经化学浸液、加温浸渍而成的一种新型墙体材料。

2.3用于化学工业

灰渣中的组分与常用的填料基本相同，只是在含量上有差别。例如灰渣中的Si02起到增强、补强作用，代替常用的粘土、白炭黑；A1203起增量作用，可代替特种碳酸钙；CaO可起增量补强作用，作用相当于轻质碳酸钙、重质碳酸钙、特种碳酸钙；S03可代替通常加入的硫起硫化剂的作用；未燃尽的可燃物起到炭黑的作用。研究和应用发现，灰渣补强性能与半补强炭黑的性能相当，并具有永久变形小、相对密度小、弹性好的优点。并且混炼、压出工艺性能良好，同时它还具有煤制填料的性质。可做为高分子材料填充剂、作PVC的填充料、作橡胶填料。

2.4用于农业

灰渣在农业中的应用，实际上是通过改良土壤、覆土造田等手段，促进其发展的，以便达到提高农作物产量、优化生态环境等目的。

1)改良土壤的碱性：对含脱硫产物和脱硫剂较高的循环流化床灰渣，因自由CaO和H20反应生成Ca(OH)2，使灰渣呈碱性，因此，此种灰渣可用于农田、恢复酸性矿地、中和工业废料等方面。石煤渣也是强碱性物质，PH值在10～12以上，所以直接施用石煤渣后可以不同程度地提高土壤的碱度。石煤渣很适合在南方酸性土壤中施用，特别是在南方缺钾需硅的酸性水稻田里施用，更有良好的作用。

2)促进土壤中有机质的分解：石煤渣含有钙、镁等盐基离子，由于碱性强，盐基离子多，能促进土壤有机质的分解，对改善土壤的供肥和保肥能力有一定的作用。

3)提高土壤温度：石煤渣是热性材料，遇水后有一个放热过程，并且由于石煤渣多为灰黑色和黑色，有吸收太阳光能的作用，因此可以提高土壤温度。

4)可以不同程度地供给作物的各种营养需要：研究表明，燃烧后的石煤渣中含Si40%～50%，P0.5％，Mg1％～2％，K2％~4％。硅是水稻需要最多的一种元素，镁是构成作物叶绿素不可缺少的元素，钾能促进作物对氮的吸收，故而增强抗病性和抗倒伏性。

常规灰渣处理由于受地域需求份额、制作工艺的难度、对环境的友好程度、季节等因素影响，常规灰渣处理方式针对大型煤化工行业有着相对局限性。

3、灰渣利用新技术

3.1在石煤和煤矸石灰渣中提取钒

在石煤中伴生有许多有用元素，且以钒的含量较高，有些矿区的石煤钒的品位较高，一般在0.5％以上。湖南西部、浙江西部山区和湖北的西北部等地，都含有丰富的含钒石煤。因而从含钒石煤灰渣中提取五氧化二钒是综合利用灰渣资源的一个重要研究方面。

3.2生产结晶氯化铝

用含铝高的煤矸石在燃烧脱碳后，经过灰渣粉磨、酸浸、沉淀、浓缩和脱水等生产工艺可以提取结晶氯化铝。以结晶氯化铝为原料，可以生产固体聚合氯化铝。聚合氯化铝是一种新型高效无机高分子净化剂，其净水性能特别优越，将取代传统的铝盐净水剂。

3.3粉煤灰蒸压加气混凝土砌块技术

加气混凝土是一种性能优良的新型轻质建筑材料，它具有块大质轻、保温隔热、可钉、可刨、可锯、易加工等优点，可制作不同规格的砌块、板材及各种保温制品，广泛地应用在工业和民用建筑中作承重材料或围护填充材料，以减轻建筑物自重，提高建筑物的抗震能力。

根据对市场需求以及技术成熟度、环境影响综合分析，大型粉煤气化工艺灰渣处理可根据地域实际情况考虑粉煤灰蒸压加气混凝土砌块技术有着比较明显的优势。

4、粉煤灰蒸压加气混凝土砌块经济技术分析

墙体材料是建筑物的主要结构砌筑及围护材料，是建筑物的主体材料，我国房屋建筑材料中70%是墙体材料。目前传统的墙体材料仍占据半壁江山之多。实心粘土砖作为中华民族古老文化和智慧的象征，曾创造了历史辉煌，但生产粘土砖要消耗大量的土地和煤炭资源。目前有砖瓦企业约9万多家，80％以上是以粘土为资源的粘土砖厂，每年烧结砖用煤高达6000多万t。大部分砖厂分布在全国各地城市郊区及农村，基本上是70年代末或80年代初建的，初步估计处在城郊地段的有50％左右已改造生产多孔砖或空心砖，农村的粘土砖厂基本上没有改造，实心粘土砖产量5000亿块左右，每年用土约12亿m3。可见新型墙体材料生产是一个推进资源综合利用工作，实现节能减排目标最有条件和潜力的产业之一。

我国已连续出台了建设节约型社会和加快发展循环经济相关法规及政策。如《国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》等，特别是近期国务院下发了（国发[2005]21号）《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作通知》及（国发[2005]22号）《关于加快发展循环经济的若干意见》明确指出“加强资源综合利用。以粉煤灰、煤矸石、尾矿和冶金、化工废渣及有机废水综合利用为重点，推进工业废物综合利用”，墙体材料生产可以大量利用可用的工业固体废弃物，因此墙体材料行业的工业固体废弃物综合利用在部分地区已占主导地位，墙体材料行业预计将成为建设节约型社会重点行业。

5、粉煤灰蒸压加气混凝土砌块技术简介

加气混凝土的生产过程主要包括原料储存与制备、配料搅拌、浇注成型、预养、切割、高压养护、成品包装等工序，主要工艺流程如下：

加气混凝土砌块工艺流程框图

该工艺技术成熟，并且实现了废物综合循环利用、节能减排工程，不仅减少渣及煤灰排放对环境的影响，而且节约废渣占地。在生产过程中的污染少，产生的少粉尘经过除尘措施后能得到控制。加上绿化等综合措施，产生污染能有效地控制，对周围环境不会造成影响。

多年来，我国砖瓦工业的主导产品一直是实心粘土砖，制砖毁田、污染环境问题一直未得到根本解决，生产煤耗居高不下。另一方面，我国工业废弃物在一些地方堆积如山，《中国21世纪议程》发展战略中要求墙体材料向节能、利废、环保方向发展，利用工业废渣制造新型墙体材料，是墙体材料改革和建筑节能工作的主要方向。

结论：十九大胜利召开后，我国已经把绿色、科学循环发展提升到了一个新的高度，大型煤化工企业主体装置以及附属产业环保问题，包括对周边环境的影响已成为制约其发展的一个瓶颈，因此各煤化工企业根据自身地域性特点选择和规划好灰渣处理工艺显得尤为重要，在选择工艺路线上应综合考虑市场前景、对耕地的保护、环保达标排放、节约资源，改善社会环境，节能以及可持续发展各方面因数，这样才能为企业绿色、科学循环发展提供有力支撑。

参考文献：

[1]课件《灰渣综合利用技术》；

[2]《蒸汽加压加气混凝土砌块标准》GB11968-2006；