一、前言
过去的5年，粉煤灰是被作为一种工业固体废弃物来对待的，由于我们的认识起点低，所以我们对粉煤灰的利用一直处于“低级处理”的状态，这种粗放型的观念结果就造成了资源的严重浪费，当然由于排污企业对自己排放的废渣的特性并不清楚，盲目相信某些不负责任的设备企业的推销和某些社会“土专家”的所谓技术秘方，而没有认识到粉煤灰预处理系统的重要性，导致生产线全线瘫痪的案例也比比皆是。

在多年研究和实践的基础上，我们提出了用综合利用的理念来发展中国的循环经济的新思路。既然是经济，那么我们就要看效益，看投资，看回报。粉煤灰综合利用是一个系统集成工程，是一个由庞大的系统组合而成的产业体系：它包括前期市场调研、宏观处理方案确定、微观项目方案确定、实施、审批、设计布局、工艺技术、设备采购、项目管理、市场需求、政策导向等要素，是一个由浅入深的项目论证、项目实施、项目后续服务的过程。

一个项目的成败往往不会仅仅因为设备、技术等可见的硬件软件的原因，有太多的因素可以导致一个项目失败。我们多年前服务过的企业现在很多也倒闭了，主要原因是他们当地政府禁实力度不大，这里面涉及地方保护主义的问题；当然还有很大一部分是不注重科学管理，科学技术，盲目生产，造成口碑太差，自然倒闭。基于此，我们对排污企业的服务开始变得十分谨慎，综合利用概念就是在这种思维困境下提出来的，综合利用就是要效益最大化的、系统化的、规模化的、商业化的、资源化的、朝着国家倡导的方向、遵循当地政策、尊重当地市场状况的理念下合理处理排污企业手中的各种“工业固废资源”。

当然除了这一层意思，粉煤灰综合利用其实还是一个区域循环经济的概念，综合利用就是围绕粉煤灰资源展开的各种工业固废资源的综合利用。我们知道根据自然界化学配比平衡的原则，任何一种单一物质都不能在未经任何条件的基础上独立的发生化学反应，那么经过工业固废综合利用中心特聘专家和工程师多年对各种工业废渣、废水、废气的科研和实践，我们发现了他们之间的化学元素的互补，这样当地50公里以内的废渣、废气、废水都可以合理利用，这不但解决当地的环保问题，同时让区域循环经济启动，一并解决了很多社会问题。

由于我们全部采用三废，所以粉煤灰和其他工业固废综合利用后产生的产品的单位成本必然很低，排污企业的效益因此诞生。粉煤灰要利用，但要根据自己的地域特点综合利用，合理利用，不要看别人上什么生产线，自己就上什么，看别人自动化程度高，你就要自动化程度高，完美主义是要不得的，大企业病是要不得的，做企业要按部就班，否则急躁冒进会犯大错误。要具体问题具体分析，粉煤灰综合利用归根结蒂是个性化的服务体系，是一个行业内企业联合并且和排污企业所进行的一次科学和人文角度的全方位资源融合。谈了这么多，下面我们谈谈我们要面对这种主要的工业固废“粉煤灰”，然后阐述本文的主体思想和核心思想。

二、认识粉煤灰以及粉煤灰的物理和化学特性

粉煤灰又称飞灰，是一种颗粒非常细以至能在空气中流动并能被特殊设备收集的粉状物质。我们通常所指的粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质。煤在锅炉中燃烧后有两种形状的固态残留物--灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出的，主要是经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰，简称灰或飞灰；颗粒较大或呈块状的，是从炉堂底部收集出来的称为炉底渣，简称渣。我们通常讲粉煤灰综合利用，也包括渣在内。

　　 简单地说，粉煤灰呈灰褐色，通常呈酸性，比表面积在2500 7000cm2／g，尺寸从几百微米(x10的-6次方m)到几微米，通常为球状颗粒，主要成分为Si02、A1203和Fe203，有些时候还含有比较高的CaO。粉煤灰是一种典型的非均质性物质，含有未燃尽的碳、未发生变化的矿物(如石英等)和碎片等，而相当大比例(通常大于50％)，是粒径小于10μm的球状铝硅颗粒 　　

　　 粉煤灰是排放量最大的一种工业废料，在所有燃煤副产品中占有绝对大的比例，并且随世界各国对环境要求的提高、收集技术的发展和大量低级煤的使用，粉煤灰的排放量增长速度非常快。一般来说，现代化电厂如果使用低灰分的优质煤，煤能比较充分燃烧，则1x104kW装机容量的年粉煤灰排放量为o．1-0．2x104t；但如果使用的是劣质煤，煤又不能充分燃烧，则粉煤灰的排放量可高达1x104t[按火力电厂的效率为42％-61％，煤耗210~307e／(kW．h)H-gg]。

　　粉煤灰综合利用网工业固废综合利用中心根据多年的实践和研究，把粉煤灰按照如下方式进行了分类和分级：
　　粉煤灰有着非常明显的物理化学特性，我们对于粉煤灰的利用无非采取这两种特性综合运用。由于粉煤灰燃烧方式、排放方式、煤种不同、炉型不同等因素决定了粉煤灰产生了微小差异化，但就因为这个微小的差异形成了粉煤灰的个性，几乎每个电厂排放的粉煤灰化学成分都不同，甚至一个电厂在不同的时间和不同的炉型下产生的粉煤灰都是不同的。

　　粉煤灰的细度：原状灰、三级灰、二级灰、一级灰、超细粉煤灰、微米级粉煤灰、纳米级粉煤灰

　　排放方式不同：干排粉煤灰、湿排粉煤灰、海排粉煤灰（排入大海高盐区）、陈年久积粉煤灰（堆积多年）

　　粉煤灰化学成分：高碳灰、高硫灰、高钙灰、高铝灰、高铁灰的类别。

　　燃烧方式不同： 以煤粉炉锅炉燃烧高热值煤产出的普通粉煤灰（简称普灰）；以循环流化床锅炉燃用低热值燃料产出的流化床粉煤灰（简称流化床灰）；第三类即为上述两种电站采取脱硫措施后产出的干式脱硫粉煤灰渣（简称脱硫灰渣）。

三、关于特性粉煤灰循环流化床应用问题探讨

在国家没有提出人与自然的和谐发展的环保理念的前期，应用煤粉炉的电厂比较多，燃烧充分，排放的粉煤灰品质也相对较好，有的甚至不需要任何处理就可以直接应用到水泥厂或者混凝土搅拌站。但是随着国家对于环保的要求，电厂必须脱硫，循环流化床锅炉比例不断的加大，循环流化床锅炉具有清洁燃烧等许多优点，但也存在许多制约其发展的因素，脱硫灰渣处理问题就是其中之一，如处理不妥会造成对水源、土壤或海洋、大气的二次污染，而在其综合利用上存在着多种障碍，随着灰渣排放量越来越大，解决其灰渣的综合应用问题已迫在眉睫。

1、循环流化床简介
　　循环流化床锅炉是一种新型的燃用固体燃料的锅炉，固体颗粒（燃料、石灰石、砂粒、炉渣等）在炉膛内以一种特殊的气固流动方式（流态化）运动，离开炉膛的颗粒又被分离分别送回炉膛燃烧和排出，炉膛内颗粒的浓度高，燃烧、传质、传热剧烈，温度分布均匀。工作示意如图1所示。

图1 循环流化床锅炉工作示意图

2、循环流化床锅炉技术特点
l 中温燃烧：燃烧温度控制在850℃―900℃之间，使得氮氧化物（NOx）排放远低于煤粉炉，并且适应于掺入脱硫剂在燃烧过程中脱硫。
l 燃料适应性强且燃烧效率高，适应劣质煤、煤矸石、高硫煤、高钙煤、石油焦等各种固体燃料。
l 负荷调节范围大，在30%―100%MCR下，可以稳定燃烧，无需助燃油支持。
l 可以实现压火热备用，节省启动费用，且低负荷运行安全性能好，适合调峰运行。

3、CFB脱硫灰渣特性及对应用的影响
　　循环流化床脱硫灰无论从外观、细度、粒度分布、堆积密度等物理性质，还是化学组成上基本与煤粉炉粉煤灰相近，在此不再赘述。但由于循环流化床锅炉的工作特性，造成其灰渣在很多方面不同于煤粉炉粉煤灰，正是由于这些差异，制约了其综合应用。 CFB脱硫灰与煤粉炉粉煤灰的主要区别及对综合利用的影响

l 烧失量较高：由于炉温相对较低，一般控制在850~900℃，在这一燃烧温度下，有大量的惰性碳没有被充分的燃烧，导致CFB脱硫灰具有较高的烧失量，一般都在5%以上，最高可达２０％多。高烧失量的粉煤灰作为水泥、混凝土的掺合料会严重影响产品的质量，因为高含量的碳会影响一些外加剂的使用效果，使外加剂的作用降低甚至消失，同时还会增加需水量。另外碳是一种片状结构，与其它物质结合能力较差，造成制品的不稳定性，为在建材方面应用设下了很大的技术障碍。

l CaO含量高：为满足环保要求，达到规定的脱硫效率，循环流化床锅炉设计的钙硫摩尔比一般都大于2:1，因此循环流化床脱硫灰中还含有大量未与SO2反应的CaO。因为CaO水化反应与水泥中其它物质反应时间的不一致，具有水化反应时间长的特性，CaO含量高会给最终建筑产品带来较大的体积膨胀，严重影响最终的体积安定性，是建筑制品中致命的隐患。

l SO3（粉煤灰中SO3以硫酸盐形式存在）含量高：循环流化床原煤中硫份燃烧生成的SO2与CaO反应生成CaSO3和CaSO4留在粉煤灰中，这也是循环流化床脱硫的理论基础，煤中含硫量越高，脱硫效率越高，循环流化床脱硫灰中硫酸盐的含量也就越高。在硫酸盐含量比较高的情况下会产生不利的体积膨胀，导致建材制品稳定性差，同时对结构混凝土中的钢筋具有腐蚀作用。

l 玻璃体较少：循环流化床的燃烧温度较低，大部分矿物都没有形成玻璃体，与煤粉炉粉煤灰相比火山灰活性和流动性差。

l 自硬性：循环流化床脱硫灰与普通煤粉炉粉煤灰相比含有较多的CaSO4和游离的CaO。游离的CaO可激发脱硫灰渣中的SiO2和活性Al2O3，生成具有一定水硬性的凝胶类物质，所以CFB脱硫灰具有一定的自硬性，但强度较低。

l 较大的差异性：由于煤种和石灰石特性、处理工艺以及锅炉运行环境的不同，各个电厂之间CFB脱硫灰的化学性质有较大的差异；即使在同一循环流化床锅炉条件下，由于煤种的不同、操作技术人员的差异以及环境季节变化和负荷变化等，也会导致循环流化床脱硫灰渣成份不同，而且规律性不明显。

l CFB脱硫渣的特性：正常排出的CFB脱硫渣无结焦，呈白色颗粒状，最大粒径约20mm，不含玻璃体，与CFB脱硫灰相比烧失量低，多数情况下SO3和CaO含量也较低。

4、解决CFB脱硫灰渣综合利用的迫切性
　　CFB锅炉作为环保型洁净燃烧锅炉，受到了国家的重点推广，但CFB灰渣的处理问题直接制约其发展，灰渣处理不当极易造成二次污染，所以CFB脱硫灰渣的综合应用已引起国家的高度重视。虽现已做了大量的研究工作，也取得了一些成果，但还远不能满足CFB脱硫灰渣全部有效处理的要求，解决好CFB灰渣综合利用问题，必须国家，科研究机构、企业共同努力。国家从政策上予以支持，并且进行有效的组织，科研机构和企业进行有效的联合，分工合作，信息互通，作为系统工程推进。

四、预处理系统是粉煤灰综合利用系统集成工程中的关键环节

　　基于粉煤灰的物理和化学特性，粉煤灰的个性化和不稳定性以及流化床锅炉排放的特性粉煤灰的出现，要求我们不能够直接应用粉煤灰，否则造成的严重后果将不可想象。粉煤灰综合利用网倡导资源的综合利用，并成立了专业的科研服务机构工业固废综合利用中心，多年实践和科研中提出一个重要的观点，粉煤灰的预处理系统是粉煤灰综合利用系统集成工程中的关键环节，不管用粉煤灰的下端去做什么，不经过预处理环节和工艺，排污企业都将面临投资失误和投资失败，甚至血本无归。

1、 什么是预处理
作为工业废渣并不是天生的工业原料，它本身有很多不确定性，有很多指标是不符合直接应用的条件的。预处理就是首先我们把这种工业废料转化成可以直接应用的工业原料，未经预处理的粉煤灰进入市场流通或者直接利用其危害是显而易见的。用于基础建设，会造成基建工程整体出现故障；用于建材制品，会出现开裂溃散、抗折不过关、泛霜、抗风化、抗冻融、耐久性，抗氧化能力不过关；应用在冶金化工精细领域，预处理系统就更加严格。不同的利用方向和粉煤灰的不同品质决定我们要采取不同的预处理工艺，所以预处理系统和工艺也是个性化的。

2、预处理系统总体包括如下几个部分：
l 粉煤灰商品化的预处理系统
商品粉煤灰不是电厂排放出来的原状粉煤灰，而是经过预处理之后的可以直接应用在下游企业的，比如水泥厂、混凝土搅拌站、砂浆等里面的粉煤灰。预处理原状粉煤灰的基本途径如下粉煤灰分选、粉煤灰改性、脱碳、脱色、脱硫、除钙、改变吸水率等预处理工艺和途径。

l 粉煤灰建材资源化的预处理
这里谈的是粉煤灰制砖、建筑砌块、水泥、砂浆、混合材、粉煤灰陶粒轻骨料、粉煤灰烧结陶粒、粉煤灰瓷砖、粉煤灰聚合物、凝石等产品中所采取的预处理工艺和技术。这里面涉及主要应用粉煤灰的改性技术。中和 ，沉淀 ，氧化还原 ，改变粉煤灰的安定性、改变粉煤灰的化学成分、统一一系列化学试剂和物理工艺改变粉煤灰的现有性格，形成稳定的、耐久性较强的一种新的物质。在粉网工业固废中心对外工程服务中有的综合利用方案会涉及是多种改性药剂和10种以上的工艺处理方案，让客户根据自己的需求进行选择，但即使如此，依然有太多我们攻克不了的技术难题和社会难题，新品质粉煤灰的层出不穷让我们不得不投入新的科研。

l 粉煤灰提取工艺中的预处理
在粉煤灰提取铝硅合金整个过程中，对所使用的粉煤灰原料的成分含量掌握是要点,按照铝硅合金的国家标准牌号规定,根据粉煤灰的基本条件进行合理的配料，达到铝硅合金的国家标准牌号规定，如果含量不理想，在预处理过程中可用添加剂进行改质优化达到可行规定。预处理中粉煤灰团球块是关键，目前粉网固废中心研制开发的粘结剂和机械设备,对粉煤灰与各种配料混合、搅拌、团球后进行试验,其冷强度达到1500N／个，热强度在1600℃-2200℃温度下不散、不粉，达到了冶炼的要求。

　　高烧矢量粉煤灰的处理。经机械预湿预处理后，将分散剂和复合浮选剂也加入预处理器，经系列自动化机械作业后，烧失量超标粉煤灰尾灰经浮选脱碳后烧失量低于4%,达到Ⅰ级排放标准。

粉煤灰回收铁。粉煤灰中的铁主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸铁的形式存在。粉煤中的黄铁矿颗粒在燃烧中，铁得到了富集；经历磁化焙饶后，部分变为磁铁矿，Fe3O4晶体。x衍射分析指出，在其内部包藏有大量Fe2O3，这对全铁的回收很有利。铁的回收一般采用磁选法，对含铁量做铁的分析和磁导率物理量分析，经旋流器预选后，再用弱磁选矿机分选，富集得到高品位精铁矿。

l 粉煤灰在市政、化工方面应用预处理系统

　　这里特指，经过预处理后经过设备成型，粉煤灰及其他废弃物可制成多种冶金与化工领域低成本替代品。

　　多种废旧塑料、粉煤灰、废矿渣和木屑、锯末等在不同配比、粒度、辅助剂下产生协同效应经过预处理，在线反应加工等系列技术，通过设备模型生产不同给排水井盖、井箅；城市绿化用树池箅；包装用板材、木硅塑建筑模板、建筑用管材等高附加值制品。

　　粉煤灰用于重金属、造纸、印染废水的处理于处理。由于粉煤灰中含有许多不规则形状的玻璃状颗粒 ,这些颗粒中还含有不同数量的微小气泡和微小活性通道 ,因此粉煤灰表面呈多孔结构 ,孔隙率一般为 60 %～70 % ,比表面积较大 ,表面上的原子力都呈未饱和状态 ,使得粉煤灰具有较高的比表面能和较好的表面活性。经过预处理工艺（煅烧 - 碱溶法对粉煤灰改性后）处理效果优于市售一级活性炭。

l 粉煤灰在农业中的预处理系统
　　对粉煤灰、煤矸石理化特征与利用现状进行分析的基础上，粉煤灰资源农业利用包括造地还田，土壤改良剂，硅酸质肥料、粉煤灰磁化肥、硅钾肥等。粉煤灰可用劣质粉煤灰或灰渣，不同土壤类型、不同作物品种、不同季节、不同施肥方法，配合当地其他废渣和造纸黑液等，根据原材料选择合适的增钙剂、活化剂和催化剂配方，可以加速粉煤灰的分解和转化，提高生产效率，提高活性硅含量，同时还可以增加微量元素的活性，选择相应的预处理工艺和合适的设备选材，粉网专家组多年的实践和研究经验研究总结了生产成本控制及节能方法措施，包括生产方法、质量检测、环境保护、生产管理一系列标准。

3、 预处理工艺决定设备选型和后期工艺
　　由于粉煤灰综合利用产业体系尚未完全形成，所以目前行业比较混乱，不存在完整的设备供应市场、设备单一；没有专业的设计院从事这个行业，目前也只有粉网的工业固废综合利用中心比较系统的进行粉煤灰综合利用的科研和工艺设计服务，所以行业亟待整合和发展。排污企业需要认识到这个世界上所有传统产业（比如成熟的冶金、化工、水泥等）总是先有工艺，后有设备这个道理，就会知道设备厂家的推销有时候必然是一种仅仅站在自己立场思考的纯商业行为。基于此，排污企业上一个粉煤灰综合利用的项目，一定要聘请专业的技术咨询机构、专业设计院，要进行全方位的项目考察，确定项目后，要首先选择合理的工艺，然后由工程服务商工艺方提出合理的设备参数，并委派专业的设备工程师陪同采购对主要设备采取招标。

　　不过工业固废专有设备市场尚未形成，粉煤灰综合利用网正全面筹建设备自选超市，整合国内工业固废设备资源，纳入工业固废专有设备市场体系，供排污企业全方位的设备选型。粉煤灰在建材应用的设备市场相对成熟一点，但也不过刚刚起步，建材设备企业不少，可以拿得上台面的诚信的、上规模的、可以对排污企业提供完善服务的企业则是凤毛麟角，很多设备类型根本无法大量的处理粉煤灰，却打着工业固废处理的牌子大搞推销，误导排污企业。所以这个市场尚需要培育，尚需要壮大，尚需要肃清。

　　更多专有工业固废设备市场尚未形成，比如粉煤灰陶粒、粉煤灰提取、分选脱碳、脱硫、粉煤灰在农业、化工、冶金中的应用的系统市场还没有，还是空白，标准化的设备还没有，大部分设备都属于非标设备。正因为如此，排污企业更应在委托专业工程服务商以总承包的方式承担设备的设计和并委托大型的、专业的、有足够加工能力的高信誉企业加工，而辅助机械则仅需要在工艺方的指导下就近采购或者图纸自制即可，这样不但保证了项目的可靠性，同时又保证了企业可以大规模的降低初期投资。

五、结束语

2009年，排污企业本身都开始对工业固废的综合利用重视起来，国家也推出更多的优惠政策鼓励循环经济的发展，工业固废的综合利用正成为一个新的朝阳行业。粉网工业固废综合利用中心情报研究部门调研显示：目前我国工业固废的综合利用尚处于初级阶段，工业固废综合利用产业体系尚未形成，而作为利用主体的排污企业本身对综合利用认识并不深刻，所以工业固废综合利用事业依然任重道远。

如何科学合理进行工业固废的综合利用决非一个简单的概念问题，而是一个和科学发展观、科学人文观、环保节能、墙材革新、自然科学技术的发展、和谐社会等问题纠结在一起的系统社会工程。其长足的发展，则必须重视合作共赢，这需要业内同仁共同的努力，创建一个和谐的工业固废综合利用产业体系则是当务之急。

作者：魏丽君 何长存 寇怡青
石家庄市新原道环保科技发展有限公司
粉网工业固废综合利用中心