[科普中國]-飛灰

飛灰產(chǎn)生原理

① 飛灰是古人將蘆葦莖中薄膜燒成灰，放在不同律管里，置案上，密封門戶，到某一氣節(jié)，相應(yīng)律管里的灰即會自行飛出，以此預(yù)測氣節(jié)。[出處]：杜甫《小至》詩：“刺繡五文添弱線，吹葭（王官）六動飛灰?！?/p>

②飛灰是煤粉在高溫(1300～1500℃)中燃燒、冷卻而形成。大部分呈球狀，表面光滑，微孔較小。部分顆粒因熔融時粘連，表面粗糙、棱角多呈蜂窩狀組合粒子。一般指燃料燃燒所產(chǎn)生的煙道氣中的任何固體顆粒，有時也包括在水泥生產(chǎn)過程中懸浮在空氣中的顆粒狀物質(zhì)。它的化學(xué)組成變化很大，與燃料類型、燃燒條件及集灰方式有關(guān)。例如：在燃燒煤的發(fā)電廠所得的飛灰中，除含有未燒盡的煤粒外，還含有大量硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鈉、鉀、硫的氧化物以及各種微量元素。飛灰對大氣污染危害極大，必須采取設(shè)除塵裝置等措施予以除去?？捎米魈幚砦鬯奈絼┗蛑鸀V劑。

來源生活垃圾焚燒對我國兩種占主導(dǎo)地位的焚燒爐爐型-爐排爐和流化床產(chǎn)生的焚燒飛灰進(jìn)行分析,包括16個采用爐排爐的主要生活垃圾焚燒廠和部分使用流化床的生活垃圾焚燒廠,對焚燒飛灰從重金屬含量,氯、硫、堿含量,二英含量方面對我國生活垃圾焚燒飛灰的性質(zhì)做比較全面的歸納和總結(jié)。統(tǒng)計結(jié)果表明爐排爐焚燒飛灰重金屬含量要高于流化床焚燒飛灰,Zn的最高含量在10倍以上,均值也在7倍左右,Cu的最高值為7倍,均值為3倍,Cd,Pb,Cr,Ni的均值為7倍,4倍,4倍和1.5倍。Hg的差別最小,高出30%;爐排爐焚燒飛灰的氯、硫、堿含量全面高于流化床焚燒飛灰,爐排爐焚燒飛灰和流化床焚燒飛灰的平均氯含量分別為15.41%,1.71%,SO3的平均含量分別為10.67%,2.875%,焚燒飛灰的K2O和Na2O含量接近,爐排爐焚燒飛灰的平均含量為6.06%,5.325%,流化床焚燒飛灰的平均含量為2.43%,2.63%,兩種類型的焚燒飛灰在堿含量上差別沒有氯、硫大;焚燒飛灰的二英含量差別巨大,爐排爐和流化床焚燒飛灰二英含量低值比較接近,而高值爐排爐焚燒飛灰要高出流化床焚燒飛灰很多。1

燃煤飛灰在小型固定床試驗臺上開展了煙氣成分對燃煤飛灰汞吸附影響的試驗研究。結(jié)果表明:在CO2-O2-N2的體系中,單獨加入SO2,飛灰的汞吸附能力表現(xiàn)出與SO2的濃度有密切的關(guān)系;單獨加入0～100×10?6HCl,隨著HCl濃度的增加,飛灰的汞吸附能力逐漸增加,在50×10?6左右達(dá)到最佳吸附效果,而后飛灰的汞吸附能力有所降低,但影響不大;單獨加入NO,大大促進(jìn)了飛灰對汞的吸附。HCl和SO2共同作用時,飛灰對汞的吸附效果要好于SO2單獨存在時,但比HCl單獨存在時要差一些;再加入NO后飛灰的汞吸附效率與吸附量都得到很大的提高。飛灰對Hg0的吸附是物理吸附與化學(xué)吸附雙重作用的結(jié)果。

飛灰物質(zhì)組成又稱粉煤灰或煙灰。由燃料燃燒所產(chǎn)生煙氣灰分中的細(xì)微固體顆粒物。如燃煤電廠從煙道氣體中收集的細(xì)灰。飛灰是煤粉進(jìn)入1300～1500℃的爐膛后，在懸浮燃燒條件下經(jīng)受熱面吸熱后冷卻而形成的。由于表面張力作用，飛灰大部分呈球狀，表面光滑，微孔較小。一部分因在熔融狀態(tài)下互相碰撞而粘連，成為表面粗糙、棱角較多的蜂窩狀組合粒子。飛灰的化學(xué)組成與燃煤成分、煤粒粒度、鍋爐型式、燃燒情況及收集方式等有關(guān)。其中主要物相是玻璃體，占50～80%; 所含晶體礦物主要有： 莫來石、α-石英、方解石、鈣長石、硅酸鈣、赤鐵礦和磁鐵礦等，此外還有少量未燃碳。飛灰的排放量與燃煤中的灰分直接有關(guān)。據(jù)我國用煤情況，燃用1t煤約產(chǎn)生250～300kg粉煤灰。大量粉煤灰如不加控制或處理，會造成大氣污染，進(jìn)入水體會淤塞河道，其中某些化學(xué)物質(zhì)對生物和人體造成危害。20世紀(jì)20年代開始，不少國家研究粉煤灰的處理和利用問題，已取得了一定的效果。

飛灰主要物相是玻璃體，占50%～80%；所含晶體礦物有莫來石、α-石英、方解石、鈣長石、硅酸鈣、赤鐵礦和磁鐵礦等，還有少量未燃的碳。飛灰的排放量與燃煤中的灰分含量有關(guān)。

應(yīng)用粉煤灰主要含二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鐵(Fe2O3)等，已廣泛用于制水泥及制各種輕質(zhì)建材。此外還可利用粉煤灰作漂珠及作為肥料和微量復(fù)合肥料。在工業(yè)方面可從粉煤灰中回收鐵、碳、銅、鍺和鈧等多種物質(zhì)。密度為1.5克/立方厘米。

飛灰的危害一：對人體的傷害對國內(nèi)四個不同的垃圾焚燒廠產(chǎn)生的飛灰進(jìn)行物理及化學(xué)特性分析.四種飛灰在顆粒尺寸分布上有相似的規(guī)律,飛灰中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果表明采用純垃圾焚燒的爐排爐飛灰中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于摻煤混燒的流化床焚燒飛灰中的質(zhì)量分?jǐn)?shù).隨著飛灰顆粒尺寸的減小,飛灰中重金屬的濃度呈現(xiàn)增加的趨勢.飛灰的滲濾特性表明,飛灰中Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,飛灰的酸中合能力越強,且重金屬的滲出率受飛灰滲濾液的pH影響大,而在堿性滲濾條件下受飛灰中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響小.2垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒飛灰進(jìn)行粒徑分級毒性分析研究。主要研究了粒徑在35～1 000μm范圍內(nèi)的飛灰的腐蝕性和短期浸出毒性,包括Cr、Cd、Mg、Pb、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni、Co等重金屬,SO24-,Cl-,NO3--N和NO2--N,同時也研究了飛灰的物質(zhì)組成和礦物特性。研究結(jié)果表明,所有粒徑飛灰的浸出液pH值在12.3～12.5之間,屬于有腐蝕性的危險廢物,重金屬Mg、Pb、Zn的浸出濃度最高,分別為168.78、53.94和86.40 mg/L。飛灰浸出液和含量最高分別達(dá)到8.87g/L和1.38 g/L,同時浸出液中測出一定量的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮,證明飛灰吸附了垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物氣體。另外,研究得出飛灰的基本組成元素為Ca、Si、Cl、K、Na、S、Al、Mg和Fe,而重金屬則以Zn、Pb、Mn、Cu、Cr等為主。礦物相主要為含硅和鈣的化合物及NaCl和KCl等氯化物。3

二：對自然環(huán)境的影響應(yīng)用能譜分析、灰熔點爐、XRD、壓汞儀等儀器手段對國內(nèi)外8種垃圾焚燒飛灰的成分、熔點、晶相結(jié)構(gòu)、顆粒特性等物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明,飛灰成分因為受原料、爐型、取樣位置等因素影響而差異很大。由于飛灰的成分差異導(dǎo)致垃圾焚燒飛灰比煤灰更易于熔融,對熔融處理有利,這主要歸因于飛灰中SiO2含量以及SiO2 Al2O3差異,熔點與SiO2含量存在正比關(guān)系;添加CaO實現(xiàn)助熔是有條件的,不同飛灰由于焚燒條件和飛灰成分不同導(dǎo)致晶相組成有一定差異;飛灰內(nèi)部孔徑主要分布于0.3μm～1.5μm范圍內(nèi),飛灰的比表面積為20.5m2 g。4

除凈飛灰中國燃燒1t煤約產(chǎn)生250～300kg粉煤灰，大量粉煤灰進(jìn)入大氣會造成污染。主要用除塵器進(jìn)行治理。

采用掃描電子顯微鏡、激光粒度分析儀、比電阻測試儀和X射線衍射儀對鍋爐燃燒水煤漿和煤粉產(chǎn)生的飛灰顆粒形態(tài)、粒度、比電阻和灰成分等靜電除塵特性進(jìn)行了定性和定量分析,并通過自制的除塵裝置進(jìn)行了靜電除塵試驗。結(jié)果表明:水煤漿飛灰顆粒形態(tài)多種多樣,其中有未燃炭以及飄珠、微珠存在;粒徑分布不均勻,且粗顆粒比例較多;飛灰中的主要成分為SiO2和Al2O3,占總質(zhì)量的70%～90%;同一溫度下,水煤漿飛灰的比電阻比煤粉飛灰低1～2個數(shù)量級;水煤漿飛灰的除塵效率高于煤粉飛灰,達(dá)98%;水煤漿飛灰比煤粉飛灰更有利于靜電除塵。