1、CFBCFB機組優化運行經驗推廣及節能技術應用會議機組優化運行經驗推廣及節能技術應用會議報告題目報告題目:CFB灰的特征及其綜合利用研究灰的特征及其綜合利用研究報告人報告人: : 魏魏 存存 弟弟 工作單位工作單位: 吉吉 林林 大大 學學 材材 料料 學學 院院 副教授副教授 粉煤灰綜合利用工程中心粉煤灰綜合利用工程中心 主主 任任 二零零七年五月二零零七年五月 報告內容報告內容一一 、CFB灰的綜合利用及研究現狀灰的綜合利用及研究現狀 二二 、CFB灰的特點灰的特點 三三 、CFB灰的綜合利用研究灰的綜合利用研究 1 1、制備結晶氯化鋁、制備結晶氯化鋁 2 2、制備聚合氯化鋁鐵凈水劑、制備

2、聚合氯化鋁鐵凈水劑 3 3、制備冶金級氧化鋁、制備冶金級氧化鋁 4 4、制備白碳黑、制備白碳黑 一一 、CFBCFB灰的綜合利用及研究現狀灰的綜合利用及研究現狀 循環流化床燃燒技術（循環流化床燃燒技術（CFBCFB技術）是近技術）是近2020年來發年來發展起來的一項新型的展起來的一項新型的潔凈煤燃燒技術潔凈煤燃燒技術，與傳統的煤，與傳統的煤粉爐燃燒技術相比，該技術粉爐燃燒技術相比，該技術燃煤燃燒溫度較低燃煤燃燒溫度較低，同，同時由于在燃煤中加入了脫硫劑石灰石，使得時由于在燃煤中加入了脫硫劑石灰石，使得SOSO2 2及及NOxNOx排放量排放量大大減少。因此，該技術自出現以來，得到大大減少。因此

3、，該技術自出現以來，得到了快速的發展并被廣泛應用。了快速的發展并被廣泛應用。目前我國的循環流化目前我國的循環流化床鍋爐使用量已經達到兩千多臺，裝機容量達到四床鍋爐使用量已經達到兩千多臺，裝機容量達到四千萬千瓦，為世界第一，且還有大量的在建循環流千萬千瓦，為世界第一，且還有大量的在建循環流化床鍋爐即將投入使用。化床鍋爐即將投入使用。 循環流化床鍋爐主要生產廠家統計表循環流化床鍋爐主要生產廠家統計表容量容量(t/h)上鍋上鍋東鍋東鍋哈鍋哈鍋濟鍋濟鍋武鍋武鍋北鍋北鍋巴鍋巴鍋杭鍋杭鍋川鍋川鍋錫鍋錫鍋合計合計309054291022162620331921201467120170128416414244

4、017256220320916411351021122444404902340451110129500670111102566618總計總計567812613373730223725314921251、上述數據是主要循環流化床鍋爐生產廠家的生產業績統計，還有一定的偏、上述數據是主要循環流化床鍋爐生產廠家的生產業績統計，還有一定的偏差，實際數量高于此統計；差，實際數量高于此統計；2、國內已投運循環流化床鍋爐、國內已投運循環流化床鍋爐2000多臺，裝機總容量近多臺，裝機總容量近4000萬千瓦。萬千瓦。中國目前中國目前85%的循環流化床鍋爐裝機數量主要集中在熱電企業的循環流化床鍋爐裝機數量主要集中在

5、熱電企業 隨著循環流化床技術在我國的廣泛應用，隨著循環流化床技術在我國的廣泛應用，循環流化床灰（循環流化床灰（CFBCFB灰）被大量產出。根據發電灰）被大量產出。根據發電量的換算統計，量的換算統計，20062006年度我國年度我國CFBCFB灰的產出量將灰的產出量將達到數千萬噸，達到數千萬噸，且隨著大量在建循環流化床電且隨著大量在建循環流化床電廠的投產，其產出量還將會快速增長。與此同廠的投產，其產出量還將會快速增長。與此同時，由于時，由于CFBCFB灰的特殊性，使得它不能以傳統煤灰的特殊性，使得它不能以傳統煤粉爐粉煤灰的利用渠道來利用，因此，如何對粉爐粉煤灰的利用渠道來利用，因此，如何對CFB

6、CFB灰進行有效利用，以減輕環境的壓力成為了灰進行有效利用，以減輕環境的壓力成為了一個非常迫切的課題。一個非常迫切的課題。200001500010000500001994199519961 997199819 992000200 1200 22003粉煤灰/萬噸時間/年利 用量排放量資料來源:國家發改委環 境保護和資源 綜合利用司 19942003：綜合利用量：綜合利用量：4707萬噸萬噸12204萬噸萬噸綜合利用率：綜合利用率：44.2%69.3%近年來近年來,我國普通粉煤灰（我國普通粉煤灰（OF灰）綜合利用成效顯著：灰）綜合利用成效顯著：圖圖1 19942003年我國粉煤灰利用情況年我國粉

7、煤灰利用情況研究論文：研究論文：中國期刊網（中國期刊網（19942007）查詢結果：）查詢結果：關鍵字關鍵字粉煤灰：粉煤灰：15652篇篇關鍵字關鍵字循環流化床灰：循環流化床灰：287287篇篇關鍵字關鍵字粉煤灰、綜合利用：粉煤灰、綜合利用：15791579篇篇關鍵字關鍵字循環流化床灰、綜合利用：循環流化床灰、綜合利用：3434篇篇（1616篇）篇）專利情況（專利情況（根據國家專利網查詢結果）：根據國家專利網查詢結果）：1996-2006年粉煤灰利用方面專利：年粉煤灰利用方面專利：776776項項199619982000200220042006020406080100120140? B申請專利

8、數總體上逐年增加申請專利數總體上逐年增加煤粉爐粉煤灰：煤粉爐粉煤灰：773 773 件件循環流化床粉煤灰：循環流化床粉煤灰：3 3件件1 1、流化床燃煤飛灰保溫材料的制法、流化床燃煤飛灰保溫材料的制法發明專利公報第發明專利公報第5151號號, ,公開日公開日1998.12.23,1998.12.23,公開號公開號CN1202471A,CN1202471A,申請號申請號97108944.297108944.2。申請人。申請人: :中國科學院廣州能源研究所中國科學院廣州能源研究所, ,廣東省廣州市先烈中路廣東省廣州市先烈中路8181號。號。510070510070。分類號。分類號C04B35/00

9、C04B35/00。2 2、循環流化床粉煤灰生產氧化鋁的方法、循環流化床粉煤灰生產氧化鋁的方法發明專利申請號發明專利申請號200610017139。申請人。申請人:吉林大學吉林大學 魏存弟等。魏存弟等。3 3、循環流化床粉煤灰生產聚合氯化鋁鐵凈水劑的方法、循環流化床粉煤灰生產聚合氯化鋁鐵凈水劑的方法發明專利申請號發明專利申請號200610017141。申請人。申請人:吉林大學吉林大學 魏存弟等。魏存弟等。二二 、CFB灰的特點灰的特點 原灰種類原灰種類SiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3FeFex xO Oy yCaOCaOMgOMgOK K2 2O ONaNa2 2O OSOSO3

10、3LOILOICFBCFB灰（保定）灰（保定）41.941.930.630.61.61.62.42.40.60.62.32.33.73.71.51.515.915.9CFBCFB灰（吉林）灰（吉林）61.861.822.022.03.83.82.12.11.31.33.03.01.11.14.24.2CFBCFB灰（新鄉）灰（新鄉）39.439.429.329.33.73.74.54.51.01.01.21.21.11.118.518.5CFBCFB灰（準格爾）灰（準格爾）44.944.940.240.23.43.40.70.70.50.50.30.30.30.38.48.4CFBCFB灰（石

11、家莊）灰（石家莊）33.633.620.320.35.85.821.821.81.31.30.40.40.20.210.110.15.25.2CFBCFB灰（內江）灰（內江）23.523.519.619.65.75.717.817.80.50.511.711.719.119.1CFBCFB灰（開封）灰（開封）53.053.027.827.84.44.44.54.51.01.025.425.4CFBCFB灰均值灰均值42.242.225.825.83.93.99.99.90.90.91.21.21.21.28.08.012.112.1OFOF灰均值灰均值50.650.627.127.17.17.

12、12.82.81.21.21.31.30.50.50.30.38.28.2注：注：OF灰資料來源于吳正直（灰資料來源于吳正直（2003） （1）CFB灰化學成分均值中灰化學成分均值中CaO及及SO3的含量高的含量高于于OF灰均值。灰均值。這是由于這是由于CFB技術在燃煤中摻入了大技術在燃煤中摻入了大量脫硫劑石灰石或白云石，帶入了量脫硫劑石灰石或白云石，帶入了CaO成分，同時這成分，同時這些些CaO與煤中與煤中SO3結合生成石膏，從而起到了固硫結合生成石膏，從而起到了固硫的作用。部分電廠由于某些原因并未加入脫硫劑，因的作用。部分電廠由于某些原因并未加入脫硫劑，因此其灰中此其灰中CaO及及SO3含

13、量接近于含量接近于OF灰。灰。（2）CFB灰的燒失量較大。灰的燒失量較大。燒失量主要是由粉煤燒失量主要是由粉煤灰中含碳量多少決定的。灰中含碳量多少決定的。CFB鍋爐爐膛溫度較低鍋爐爐膛溫度較低,約約為為850900，因此含有較多的未燃燒炭質。，因此含有較多的未燃燒炭質。CFBCFB灰化學成分特點灰化學成分特點: :普通粉煤灰（普通粉煤灰（OFOF灰）：灰）：主要為玻璃相，同時還有少量的晶質主要為玻璃相，同時還有少量的晶質礦物礦物石英和莫來石。石英和莫來石。其中莫來石主要是由燃煤中高嶺石、伊其中莫來石主要是由燃煤中高嶺石、伊利石等粘土礦物的熱分解產物利石等粘土礦物的熱分解產物SiO2SiO2、A

14、l2O3Al2O3在高溫（在高溫（13001300C C左右）下進一步反應而生成，而石英則為燃煤中原有石英的左右）下進一步反應而生成，而石英則為燃煤中原有石英的殘留。殘留。CFBCFB灰：灰：主要有石英、石膏、黃長石、羥硫酸硅鈣石、無水主要有石英、石膏、黃長石、羥硫酸硅鈣石、無水石膏以及赤鐵礦等，這些晶質礦物除石英為燃煤中殘留外，石膏以及赤鐵礦等，這些晶質礦物除石英為燃煤中殘留外，其他均為燃煤中的粘土礦物自身或與脫硫劑在較低溫度其他均為燃煤中的粘土礦物自身或與脫硫劑在較低溫度（850850C C左右）下反應而生成。由于左右）下反應而生成。由于CFBCFB技術的煅燒溫度遠低技術的煅燒溫度遠低于莫

15、來石的形成溫度，因此在其礦物組成中于莫來石的形成溫度，因此在其礦物組成中不含莫來石不含莫來石。CFB灰物相組成特點灰物相組成特點:顆粒形貌特點顆粒形貌特點: :OF灰：灰：顆粒為規則的顆粒為規則的球形顆粒球形顆粒。這是由于。這是由于OF灰燃燒灰燃燒溫度高，灰分在燃燒爐中呈熔融狀態，當溫度迅速降溫度高，灰分在燃燒爐中呈熔融狀態，當溫度迅速降低時，這些球狀熔融顆粒淬滅成為球狀顆粒。因此，低時，這些球狀熔融顆粒淬滅成為球狀顆粒。因此，OF灰顆粒大多為一些粒徑在幾到幾十微米的球狀顆灰顆粒大多為一些粒徑在幾到幾十微米的球狀顆粒，存在狀態大多數為非晶態玻璃相。粒，存在狀態大多數為非晶態玻璃相。CFB灰：灰

16、：顆粒則呈現為顆粒則呈現為不規則狀態不規則狀態，顆粒表面聚集，顆粒表面聚集著許多較小的其它顆粒，整個顆粒表面凸凹不平。這著許多較小的其它顆粒，整個顆粒表面凸凹不平。這是由于是由于CFB灰燃燒溫度較低，灰分未能達到熔融狀灰燃燒溫度較低，灰分未能達到熔融狀態，因此其形成的粉煤灰顆粒沒有固定的形態，多為態，因此其形成的粉煤灰顆粒沒有固定的形態，多為一些不規則狀顆粒。一些不規則狀顆粒。051015202530354045020406080100累計/粒徑/m保 定華 資吉 林新 鄉CFB灰：灰：0.1-40 m之間，之間，并以并以細顆粒（細顆粒（0.1-10.0m）為主）為主，占，占70以上，以上，平

17、均粒徑為平均粒徑為4.32 m。OF灰：灰：中以粗顆粒中以粗顆粒（1050m）為主，）為主，平均粒徑大于平均粒徑大于10m。 CFB灰比灰比OF灰細灰細。 01002003004005006007008009001000 1100 1200 1300-50050100150200250300350400450500硅（ 鋁）溶出(ppm)溫度/ oCSiAl 高嶺石經煅燒后，高嶺石經煅燒后，鋁的活性在鋁的活性在900 C時達到最高時達到最高，900 C后活性迅速下降后活性迅速下降。CFB技術的燃燒溫度為技術的燃燒溫度為850C左右，正好位于高鋁活性的煅燒溫度范圍內，因此與左右，正好位于高鋁活性

18、的煅燒溫度范圍內，因此與OF灰灰相比相比CFB灰具有很好的鋁活性。灰具有很好的鋁活性。 高嶺石在高嶺石在600-900C溫度范圍內溫度范圍內煅燒會轉變為活性很煅燒會轉變為活性很好的非晶質的偏高嶺好的非晶質的偏高嶺石，此時高嶺石中的石，此時高嶺石中的Si、Al會有很好的活會有很好的活性性. 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 01 1 0 01 2 0 01 3 0 0- 5 005 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 0k a o l i n i t e o f T o n

19、 g h u aConcentration(ppm)C a lc in in g t e m p e r a t u r e / oCS iA l01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 01 1 0 01 2 0 01 3 0 0- 1 0 001 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0k a o lin it e o f G e o r g iaConcentration(ppm)C a lc in in g t e m p e r a t u r e / oCS iA l圖3 不同煅燒溫度

20、下高嶺石Si、Al溶出曲線三三 、CFB灰的綜合利用研究灰的綜合利用研究 隨著隨著CFB電廠的不斷增加，有不少研究者致力于電廠的不斷增加，有不少研究者致力于CFB灰的綜合利用研究。這些研究主要灰的綜合利用研究。這些研究主要集中在建筑材集中在建筑材料領域料領域，如將，如將CFB灰作為水泥的添加料用于水泥工業；灰作為水泥的添加料用于水泥工業；以以CFB灰為原料生產燒結磚或陶粒；將灰為原料生產燒結磚或陶粒；將CFB灰用于混灰用于混凝土中等等。但由于凝土中等等。但由于CFB灰性質的特殊性，這些利用灰性質的特殊性，這些利用仍存在很多問題。仍存在很多問題。 近年來，吉林大學粉煤灰課題組主要致力于近年來，吉

21、林大學粉煤灰課題組主要致力于CFB灰的高附加值利用上，在充分研究灰的高附加值利用上，在充分研究CFB灰特性基礎上，灰特性基礎上，以高鋁以高鋁CFB灰為原料，生產灰為原料，生產結晶氯化鋁結晶氯化鋁、聚合氯化鋁聚合氯化鋁鐵高效凈水劑鐵高效凈水劑、冶金級氧化鋁冶金級氧化鋁及及白碳黑白碳黑。1 1、制備結晶氯化鋁、制備結晶氯化鋁 結晶氯化鋁（結晶氯化鋁（AlCl3.6H2O ）是一種用途廣泛的）是一種用途廣泛的化工原料化工原料。在凈水行業可以直接作為一種。在凈水行業可以直接作為一種凈水劑凈水劑，同，同時也可作為常用時也可作為常用凈水劑聚合氯化鋁鐵的清潔生產原料凈水劑聚合氯化鋁鐵的清潔生產原料；在在鑄造

22、領域鑄造領域，作為精密鑄造常用的模殼硬化劑使用；，作為精密鑄造常用的模殼硬化劑使用；在在石油化工石油化工領域，是石油工業加氯裂化催化劑單體的領域，是石油工業加氯裂化催化劑單體的常用原料；等等。常用原料；等等。 結晶氯化鋁常用的生產方法結晶氯化鋁常用的生產方法有鋁礬土酸溶法和氫有鋁礬土酸溶法和氫氧化鋁酸溶法，這些方法使用的原料都為化工原料，氧化鋁酸溶法，這些方法使用的原料都為化工原料，故生產成本相對較高。以故生產成本相對較高。以CFB灰為原料制備結晶氯化灰為原料制備結晶氯化鋁使其生產成本大大降低。該方法目前鋁使其生產成本大大降低。該方法目前已完成中試已完成中試。結晶氯化鋁產品結晶氯化鋁產品CFB

23、灰灰酸溶反應酸溶反應渣液分離渣液分離清液清液鹽酸溶液鹽酸溶液濃縮結晶濃縮結晶濾渣濾渣制白炭黑制白炭黑濾液濾液OHAlClHClOAl2332326活性激發劑活性激發劑W1AlCl3 + 6H2O AlCl36H2O1.連續酸溶連續酸溶 將將CFB灰與激發劑灰與激發劑W1加入到耐酸反應釜中，加入一定濃加入到耐酸反應釜中，加入一定濃度的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。度的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。2.渣液分離渣液分離 連續酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步濃連續酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步濃縮結晶；浸渣經洗滌、沉降、分離后排放。縮結晶；浸渣經洗滌、沉降、分離

24、后排放。3.濃縮結晶濃縮結晶 將清液送入濃縮罐內進行濃縮結晶。可采用蒸汽加熱，負將清液送入濃縮罐內進行濃縮結晶。可采用蒸汽加熱，負壓濃縮。濃縮后的母液放入緩沖冷卻罐，隨溫度的下降，結晶鋁壓濃縮。濃縮后的母液放入緩沖冷卻罐，隨溫度的下降，結晶鋁開始析出，過濾。濾液進入儲液池供重復使用。開始析出，過濾。濾液進入儲液池供重復使用。4.干燥干燥 將得到的結晶氯化鋁在將得到的結晶氯化鋁在80C100C干燥得到產品。干燥得到產品。2 2、制備聚合氯化鋁鐵凈水劑、制備聚合氯化鋁鐵凈水劑mnnnnnnOxHClOHAlOxHClOHAlClOHAlOHClOHAlCaClClOHAlAlOCaClOHAl26

25、226262333233322422)()()()()(2)()(2PAFC產品產品CFB灰灰酸溶反應酸溶反應渣液分離渣液分離前期液前期液鹽酸溶液鹽酸溶液聚合反應聚合反應鋁酸鈣鋁酸鈣濾渣制白炭黑制白炭黑濾液濾液渣液分離渣液分離OHAlClHClOAl2332326（其中n5,x10,m10）活性激發劑活性激發劑W11.1.連續酸溶連續酸溶 將將CFBCFB灰與激發劑灰與激發劑W1W1加入到耐酸反應釜中，加入一定濃度加入到耐酸反應釜中，加入一定濃度的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。的鹽酸，加熱并攪拌，得到氯化鋁鐵溶液。2.2.渣液分離渣液分離 連續酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步

26、反連續酸溶后的礦漿放到沉降池中沉降，上清夜供下一步反應；浸渣經洗滌、沉降、分離后排放。應；浸渣經洗滌、沉降、分離后排放。3.3.鹽基度調整鹽基度調整 經渣液分離后的氯化鋁鐵清液送入搪瓷反應釜中，加熱到經渣液分離后的氯化鋁鐵清液送入搪瓷反應釜中，加熱到一定溫度時，加入鋁酸鈣粉調整鹽基度，再攪拌、過濾，濾液直一定溫度時，加入鋁酸鈣粉調整鹽基度，再攪拌、過濾，濾液直接可作為凈水劑的液體產品，或經噴霧干燥得到固體產品。接可作為凈水劑的液體產品，或經噴霧干燥得到固體產品。聚合氯化鋁凈水劑經長春市凈水劑廠聚合氯化鋁凈水劑經長春市凈水劑廠檢測后得出：凈水效果好于市售產品檢測后得出：凈水效果好于市售產品3 3

27、、從、從CFBCFB灰中提取冶金級氧化鋁灰中提取冶金級氧化鋁 我國是冶金用氧化鋁的生產大國，同時也是消費大國。據統我國是冶金用氧化鋁的生產大國，同時也是消費大國。據統計，計，2004年我國冶金級氧化鋁生產量達年我國冶金級氧化鋁生產量達697.9萬噸，但同期萬噸，但同期進口也達到了進口也達到了700萬噸，萬噸，2005、2006年的進口量也超過了年的進口量也超過了800萬噸。冶金級氧化鋁的進口價格也一直維持在高位，為此，萬噸。冶金級氧化鋁的進口價格也一直維持在高位，為此，國家每年需要拿出大量外匯用于冶金級氧化鋁的采購。國家每年需要拿出大量外匯用于冶金級氧化鋁的采購。 受需求的影響，國內近兩年上馬了許多氧化鋁的項目，據受需求的影響，國內近兩年上馬了許多氧化鋁的項目，據統計，統計，2006年的總生產能力可以達到年的總生產能力可以達到2800萬噸，但隨之而萬噸，但隨之而來的是鋁土礦儲量的嚴重不足，按來的是鋁土礦儲量的嚴重不足，按2800萬噸的生產能力只夠萬噸的生產能力只夠維持維持8年。年。 因此，在當前形勢下，尋求新的氧化鋁來源成為當務之因此，在當前形勢下，尋求新的氧化鋁來源成為當務之急，人們的視線轉移到了高