灰渣特性

properties of coal ash and slag

简介

燃煤锅炉排出的飞灰和炉渣的各种性质。炉渣是从炉膛底部排出的炉渣及炉灰，飞灰是随烟气排出的细灰。煤粉燃烧锅炉的飞灰也称粉煤灰。人们对灰渣的研究，最初是从燃烧角度出发，研究灰渣特性与锅炉结焦、沾污，受热面腐蚀、磨损之间的关系。近几十年来，围绕控制灰渣污染环境和回收利用灰渣资源开展了相应的灰渣特性研究。通过上述各方面的研究成果，用以指导锅炉及其辅机设备的正确设计和运行，提高设备运行的安全经济性，也为开发新的灰渣利用和灰渣控制技术提供科学依据。灰渣特性与煤种、锅炉型式、燃烧方式和收尘方式等因素有关，从而造成灰渣特性的多样性。灰渣与环境工程有关的特性很多，可归纳为物理、化学、电气特性三大类。
 物理特性 炉渣与飞灰的物理特性有所不同。与环境保护有关的重要物理特性有：粒度分布、真密度、容积密度、比表面积、导热系数、耐火度、磨损性、剪切强度、渗透性等九种。
 粒度分布 灰渣是一种非均质的粉状颗粒集合物，粒度分布范围较宽。炉渣中粗颗粒含量较多，而飞灰中则细颗粒含量较多。炉渣的粒度分布一般为0.1～50 mm，飞灰为0.001～0.1 mm。粒度分布对除尘器选型和设计有重要的作用。
 真密度 在没有空隙的条件下，单位体积粉煤灰的质量一般在1.8～2.78 g/cm³之间。
 容积密度 或称容重，是在自然状态下(包括空隙在内)单位体积粉煤灰的质量。一般在500～1100 kg/m³之间。
 比表面积 单位质量的粉煤灰具有的外表面积，一般在2000～4000cm2/g之间。是与粉尘细度和反应活性有关的一个参数。
 磨损性 表征灰渣对金属磨损速度的参比值。它是在相同的模拟实际运行条件下测试的磨损指数。它对除尘、除灰、输灰设备的选择和系统设计，特别是锅炉受热面布置，是一个重要的参数。
 导热系数 表征灰渣导热或隔热的性能，以漂珠的导热系数最小，常温下为0.46 kJ/(m·h·K)，温度在500～1000℃时导热系数为0.515～0.653 kJ/(m·h·K)。因此，漂珠是一种很好的隔热材料。
 耐火度 表征灰渣的耐热程度，以粉煤灰飘珠的耐火度研究较多，它的耐火度随其含Al2O3的量而变化，Al₂O₃含量在25%～30%时，飘珠的耐火度为1610～1650℃; Al₂O₃含量在30%～34%时，耐火度为1650～1690℃;Al₂O₃含量在35%～40%时，耐火度为1690～1730℃。
 剪切强度 这一特性决定灰渣的承载能力和灰堆坡度的大小。剪切强度与灰粒的黏附力和相互间的磨擦阻力有关。它对于拟定灰渣填埋处理工艺和选取作业工具提供科学依据。
 渗透性 是衡量灰堆透水速度的指标。它与灰的性质和灰堆的压紧程度有关。非自凝性灰渣的渗透性一般是： 炉渣为1×10-3～9×10-2 cm/s，飞灰为1×10^-7～1×10^-4 cm/s之间。对自凝性灰渣28天后的渗透性为10^-7～10^-6 cm/s。它是表征防止堆灰场污染地下水体的一个质量指标。
 化学特性 炉渣与飞灰的化学性质基本相类似。
 化学特性包括元素组成、物相组成和反应活性。灰渣的化学特性对锅炉受热面沾污、磨损、腐蚀，除尘器效率及水力输灰系统结垢等均有影响。
 元素组成 灰渣的元素组成主要取决于煤种，其中含量较高的有SiO2、Al2O3和Fe2O3，含量较低的有CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3和未燃炭，还有多种微量元素。各种元素含量的波动范围较大，中国、美国、澳大利亚代表性煤种的灰渣元素含量如表所示。
 

灰渣的化学成分 (%)