第2章　粉煤灰綜合利用

2.1 粉煤灰的產生及處理

粉煤灰通常指電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，還包括煤粉爐底部排出的爐底渣，是燃煤發電的主要副產物之一。2012年我國電煤消費量約占全國煤炭供應量的50.9%，粉煤灰產量達到5.4億噸，產量巨大。因此，粉煤灰的大宗利用對于減少灰場占地和污染排放具有重要意義。

2.1.1 燃煤分類及組分

2.1.1.1 煤的分類

現行中國煤炭分類是按照煤炭的煤化程度分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類；再按煤化程度的深淺及工業利用的要求，將褐煤分兩個小類（褐煤一號、褐煤二號），無煙煤分成三個小類（無煙煤一號、無煙煤二號、無煙煤三號）；煙煤類別的構成是按照等煤化程度和等黏結性的原則，形成24個單元，再以同類煤加工工藝性質盡可能一致而不同煤類間差異最大的原則來組并各單元，將煙煤分成十二類。

①褐煤（HM） 煤化程度最低的一類煤，外觀呈褐色到黑色，光澤暗淡或呈瀝青光澤，含有較高的水分和不同數量的腐植酸，在空氣中易風化碎裂，發熱量低，揮發分V_daf大于37%，且恒濕無灰基高位發熱量不大于24MJ/kg。根據其透光率P_M（GB/T 2565—95）的不同，小于30%的稱為褐煤一號；P_M為30%～50%的為褐煤二號。褐煤一般做燃料使用，也可作為加壓氣化、低溫干餾的原料，并用它來萃取褐煤蠟。

②煙煤（YM） 煤化程度高于褐煤而低于無煙煤的一類煤，黑色，不含腐植酸。由有光澤的和無光澤的部分互相集合成層狀，呈現瀝青、油脂、玻璃、金屬、金剛等光澤，條帶狀結構明顯，可明顯區別煤巖成分。揮發分產率范圍寬（V_daf大于10%），恒濕無灰基高位發熱量大于24MJ/kg。單獨煉焦時從不結焦到強結焦的均有，燃燒時有煙。煙煤的主要分類指標為揮發分V_daf和黏結指數G，對強黏結煤用膠質層最大厚度y值或奧阿膨脹度b值作為輔助分類指標。煙煤分為不黏煤、弱黏煤、長焰煤、1/2中黏煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤和貧煤。

③無煙煤（WY） 煤化程度最高的一類煤，揮發分低，V_daf不大于10%，含碳量最高，有較強光澤，硬度高且密度大，燃點高，黏結性，燃燒時無煙，是較好的民用燃料和工業原料。按揮發分V_daf和氫含量H_daf，無煙煤分為三小類：V_daf小于3.5%的為無煙煤一號，多數用作碳素材料等高碳材料；V_daf大于3.5%～6.5%的為無煙煤二號，是國內生產合成煤氣的主要原料；V_daf大于6.5%的為無煙煤三號，可作為高爐噴吹燃料。灰分較低的無煙煤是生產煤基吸附材料的好原料。

2.1.1.2 煤的組分

（1）元素分析

元素分析是全面測定煤中所含全部化學成分的分析。煤中所含元素達幾十種，一般將不可燃物質都歸入灰分。因此，煤的元素分析是碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五個分析項目的總稱。

碳是煤中含量最多的可燃元素，發熱量較大。每千克純碳的發熱量為32.7×10³kJ/kg。煤中的碳一部分與氫、氧、氮和硫結合成揮發性有機化合物，其燃點較低。而其余呈單質狀態為固定碳，其燃點較高，不容易著火和燃盡。

氫是煤中發熱量最高的物質，但煤中氫的含量較少，一般為3%～6%。完全燃燒時純氫的發熱量為120×10³kJ/kg，氫的燃點低，容易著火。

煤中的氧和氮是不可燃物質，但其含量也較少。煤中的氮在高溫條件下易生成污染大氣的氮氧化物NO_x，被視為有害元素。

硫雖然在燃燒時也放出熱量，但其燃燒產物二氧化硫（SO₂）和三氧化硫（SO₃）會造成鍋爐金屬的腐蝕并污染大氣。煤中的硫常以三種形式存在，即有機硫、硫化鐵硫、硫酸鹽硫，前兩種可燃，稱為可燃硫，后一種歸入灰分成為固定硫，一般在計算空氣量時可近似用全硫分來代替可燃硫。

（2）工業分析

在國家標準中，煤的工業分析是指包括煤的水分（M）、灰分（A）、揮發分（V）和固定碳（FC）四個分析項目指標的測定的總稱。煤的工業分析是了解煤質特性的主要指標，也是評價煤質的基本依據。其中，煤中的灰分和水分均為不可燃物質。灰分的存在不僅使單位燃料量的發熱量減少，而且影響燃料的著火和燃盡，也是造成鍋爐受熱面積灰、結渣、磨損的主要因素。水分增加會使爐內溫度下降，影響燃料的著火，并增大排煙熱損失，也會加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。煤中的水分在自然干燥條件下失去的部分稱為外部水分M_f，而剩余部分稱為內部水分M_ad，兩部分之和稱為全水分，也就是收到基水分M_ar。

通常煤的水分、灰分、揮發分是直接測出的，而固定碳是用差減法計算出來的。廣義上講，煤的工業分析還包括煤的全硫分和發熱量的測定，又叫煤的全工業分析。根據分析結果，可以大致了解煤中有機質的含量及發熱量的高低，從而初步判斷煤的種類、加工利用效果及工業用途，根據工業分析數據還可計算煤的發熱量和焦化產品的產率等。煤的工業分析是把煤加熱到不同溫度和保持不同的時間而獲得水分、揮發分、固定碳、灰分的百分組成。煤的工業分析成分由固定碳（FC）、灰分（A）、揮發分（V）和水分（M）組成，并以質量百分數含量表示，其總和為100%，如式（2-1）所示。

FC+A+V+M=100%　（2-1）

（3）煤的成分計算基準

在煤質分析中得到的煤質指標，根據不同需要，可采用不同的基準來表示。“基”表示化驗結果是以什么狀態下的煤樣為基礎而得出的。煤質分析中常用的“基”有空氣干燥基、干燥基、收到基、干燥無灰基、干燥無礦物質基。

①空氣干燥基　以與空氣溫度達到平衡狀態的煤為基準，即供分析化驗的煤樣在實驗室一定溫度條件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分組合便是空氣干燥基。空氣干燥基以下角標ad表示。

②干燥基　以假想無水狀態的煤為基準，以下角標d表示。干燥基中因無水分，故灰分不受水分變動的影響，灰分含量百分數相對比較穩定。

③收到基　以收到狀態的煤為基準計算煤種全部成分的組合稱為收到基。對進廠原煤或爐前煤都應按收到基計算各項成分。收到基以下角標ar表示。因為收到基表示的是實際燃料，在進行燃料計算和熱效率試驗時，都以收到基為準。但由于煤的外部水分是不穩定的，收到基的百分成分也隨之波動，因此，利用收到基評價煤的性質是不準確的。

④干燥無灰基　以假想無水、無灰狀態的煤為基準，以下角標daf表示。干燥無灰基因無水、無灰，故剩下的成分便不受水分、灰分變動的影響，是表示碳、氫、氧、氮、硫成分百分數最穩定的基準，可作為燃料分類的依據。

⑤干燥無礦物質基　以假想無水、無礦物質狀態的煤為基準，以下角標dmmf表示。

各種基準與煤質指標間的關系如圖2-1所示，已知基的分析值換算到另一基準的計算公式見表2-1。

2.1.2 粉煤灰的產生

粉煤灰（fly-ash）是在燃煤供熱、發電過程中，一定粒度的煤在鍋爐中經過高溫燃燒后，由煙道氣帶出并經除塵器收集的粉塵，以及由爐底排出的爐渣的總稱。其產生過程如圖2-2所示。爐型及燃料品位不同，所產生的灰、渣比例也不同，具體如表2-2所列。

概括來講，粉煤灰的形成可大致分為三個階段。

第一階段，煤粉在開始燃燒時，其中氣化溫度低的揮發分，首先自礦物質與固定碳連接的縫隙間不斷逸出，使粉煤灰變成多孔性碳粒。此時的煤灰，顆粒狀態基本保持原煤粉的不規則碎屑狀，但因多孔性，使其比表面積極大。

第二階段，伴隨著多孔性碳粒中的有機質完全燃燒和溫度的升高，其中的礦物質也將脫水、分解、氧化變成無機氧化物，此時的煤灰顆粒變為多孔玻璃體，盡管其形態大體上仍維持與多孔碳粒相同，但比表面積明顯小于多孔碳粒。

第三階段，隨著燃燒的進行，多孔玻璃體逐步熔融收縮而形成顆粒，其孔隙率不斷降低，圓度不斷提高，粒徑不斷變小，最終由多孔玻璃轉變為密度較高、粒徑較小的密實球體，顆粒比表面積下降為最小。不同粒度和密度的灰粒具有顯著的化學和礦物學方面的特征差別，小顆粒一般比大顆粒更具玻璃性和化學活性。最后形成的粉煤灰是外觀相似、顆粒較細而不均勻的復雜多變的多相物質。

此外，燃燒生成粉煤灰過程還有更細的劃分，包括煤粉的燃燒、灰渣的燒結、破裂、顆粒熔融、驟冷沉珠等，具體如下。

①煤粉的燃燒　煤粉由高速氣流噴入鍋爐爐膛，有機物成分立即燃燒形成細顆粒火團，充分釋放熱量。粉煤灰的形成過程，既是煤粉顆粒中礦物雜質的物質轉變過程，也是化學反應過程。

②灰渣的燒結　在400℃時，高嶺土開始失水形成偏高嶺土。當溫度超過900℃偏高嶺土將形成莫來石和其他無定型石英。伊利石是典型的富鐵、鎂、鉀、鈉的黏土物質，當溫度超過400℃時開始分解形成鋁硅酸鹽。

③破裂　大約在800℃時，碳酸鹽開始分解放出CO₂生成石灰（CaO），其他碳酸鹽也會分解放出CO₂后生成相應的氧化物。

④顆粒熔融　當溫度超過1100℃時，石英如果沒有與黏土礦物結合，將溶解于熔融的鋁硅酸鹽中，再隨溫度升高大約達到1650℃將開始揮發。

⑤驟冷沉珠　灰粒在高溫和空氣的湍流中，可燃物燒失，灰分聚集、分裂、熔融，在表面張力和外部壓力等作用下形成滴狀物質飄出鍋爐驟冷，固結成玻璃微珠。有些微珠是薄壁中空的微珠，密度比水小而浮于水面上，成為漂珠，而壁厚及無空的微珠密度比水大形成沉珠，漂珠內封閉的氣體主要是CO和CO₂。大部分粉煤灰中漂珠的含量相對粉煤灰的量都很少，一般不足1%，沉珠相對粉煤灰的含量較大，一般占粉煤灰的20%～60%。

2.1.3 粉煤灰的收集

我國燃煤電廠均安裝有高效除塵器。其中，絕大部分燃煤電廠安裝了靜電除塵器，采用分組電場靜電收塵系統，多為四級電場或者五級電場，得到原狀干灰，即干排灰。一般來說，四級電場收集的粉煤灰質量相當于國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）和行業標準《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》（DL/T 5055—2007）中Ⅰ級灰的要求，三級電場的灰相當于Ⅱ級灰。單機容量達60萬千瓦的發電機組，由于其鍋爐燃燒充分，在第二或第三電場收集的粉煤灰也可達到Ⅰ級灰的標準，而且質量穩定。部分燃煤電廠采用布袋除塵器、電袋復合除塵器，應用比例逐年升高。下面對上述三種主要除塵設備進行介紹。

2.1.3.1 靜電除塵器

（1）靜電除塵器特點

靜電除塵器是一種較理想的除塵設備。電除塵器一般有3～5個電場，能夠分別收集不同粒徑的粉煤灰，有利于粉煤灰的綜合利用。

靜電除塵器有以下的特點：除塵效率高，可以達到99%以上；阻力小，一般在150～300Pa之間；能耗低，處理1000m³煙氣大約需要0.2～0.6kW；處理煙氣量大，單臺電除塵器的煙氣處理量可達100×10⁴m³/h；耐高溫，普通鋼材制作的電除塵器可以在350℃下運行。

（2）工作原理及過程

靜電除塵器是在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上，通過施加高壓直流電，維持一個足以使氣體電離的電場。氣體電離后產生的電子、陰離子和陽離子，吸附在通過電場的粉塵上，使粉塵荷電。荷電粉塵在電場力的作用下，向電極性相反的電極運動而沉積在電極上，從而達到粉塵和氣體分離的目的。當帶有離子的顆粒到達極板時就釋放離子，而顆粒依附在極板上，隨著越來越多的煙塵顆粒的依附，極板上就形成了成片狀或團狀的塵埃，這時再通過振打機構，使塵埃掉落至灰斗，從而達到除塵的目的。

靜電除塵器結構如圖2-3所示。

靜電除塵器分離塵粒物理過程如下：施加高電壓產生強電場使氣體電離，產生電暈放電使懸浮塵粒荷電，荷電塵粒在電場力的作用下向電極運動，在電場中被捕集，最后通過振打清灰。

實現除塵必須具備以下基本條件：由電暈極和收塵極組成的電場應是極不均勻的電場，以實現氣體的局部電離；具有在兩電極之間施加足夠高電壓，能提供足夠大電流的高壓直流電源，為電暈放電、塵粒荷電和捕集提供充足的動力；電除塵器應具備密閉的外殼，保證含塵氣流從電場內部通過；氣體中應含有電負性氣體，如O₂、SO₂、Cl₂、NH₃、H₂O等，以便在電場中產生足夠多的負離子，來滿足塵粒荷電的需要；氣體流速不能過高或電場長度不能太短，以保證荷電塵粒向電極驅進所需的時間；具備保證電極清潔和防止二次揚塵的清灰和卸灰裝置。

（3）分類

由于各行業工藝過程不同，煙氣和粉塵性質各異，對電除塵器提出了不同要求，因此，出現了各種類型的電除塵器。具體如表2-3所列。

（4）循環流化床鍋爐的電除塵器

循環流化床鍋爐具有可爐內脫（固）硫、低氮燃燒、燒劣質煤和負荷調整范圍大等優點，同時不需要昂貴的制粉系統和設備等特點。因此，循環流化床鍋爐的煙氣特點及煙塵特點不同于常規煤粉鍋爐，其電除塵器也不同于常規電除塵器。

循環流化床鍋爐一般爐內加鈣脫硫，使得二氧化硫SO₂生成量大大減少，同時煙塵中脫硫渣的含量又大量增加，這使得循環流化床鍋爐產生的煙塵具有三個明顯的特點：一是比電阻高，容易產生反電暈現象；二是含塵量大，容易造成電暈封閉；三是灰塵黏度大，容易造成陽極板、陰極線黏灰。所以，用于這種工況條件下的電除塵器除了常規電站煤粉鍋爐電除塵器的通用要求以外，如何防止反電暈現象和電暈封閉現象的產生，如何減少和防止陽極板、陰極線黏灰是保證設計除塵效率和運行安全可靠的技術關鍵。

針對循環流化床鍋爐煙氣特點而開發的靜電除塵器，有其結構特點。如某種型號的循環流化床鍋爐靜電除塵器有以下特點。

①極配型式采用新型芒刺線及新型陽極板，電暈電流大，且分布均勻。芒刺線放電時，電風強烈，所以在高含塵量條件下也不會產生電暈封閉。

②阻流加導流氣流分布裝置的應用，保證了電場內部氣流分布的均勻性，明顯降低了電除塵本體的壓力降。

③在出口封頭中的迷宮式集塵均流板，能有效地收集從末級電場“溜”出來的粉塵，對減少“振打損失”，提高除塵效率起到了明顯的作用。

④設計合理的振打系統（其中包括被振打的組件），保證了陽極板的最小振打加速度不小于150g，保證清灰效果和電除塵器的持續高效率運行。

2.1.3.2 袋式除塵器

（1）應用情況

采用袋式除塵器實施燃煤鍋爐煙塵控制，國內外已有30余年的應用歷史。我國在20世紀60年代天津軍糧城電廠，80年代昆明普坪村、云南巡檢司等多個電廠安裝過袋式除塵器。但由于當時濾袋不能滿足使用壽命要求等問題，被迫停用、拆除。2001年底，內蒙古呼和浩特豐泰發電有限公司20萬千瓦機組工程上首次采用德國低壓回轉脈沖袋式除塵器技術，安裝了新型袋式除塵器，從而開辟了新型袋式除塵器在大型電站燃煤鍋爐煙氣除塵上的應用前景。隨著煙塵排放標準的日趨嚴格，特利是對PM₁₀及PM_2.5的關注，袋式除塵器在燃煤電廠的應用越來越多，截止2013年底，袋式除塵器容量約0.7億千瓦，占全國燃煤機組容量的9%左右。

（2）過濾機理

在袋式除塵器中，含塵氣體單向通過濾布，塵粒留在濾布的含塵氣體側，而干凈氣體通過濾布到干凈氣體側，當濾布上的積塵到一定厚度時，借助于機械振動或反吹風等手段將積塵除去，從而達到凈化氣體的目的。與電除塵器相比，袋式除塵器具有以下優點：對煤種的適應性強，對各種不同含碳量的粉煤灰都能達到99.8%以上的除塵效率；對人體有害的微米級及亞微米級的粉塵，捕集效率相對較高。

袋式除塵器的過濾機理主要有下列幾種。

①截留　當塵粒到濾布纖維的距離小于塵粒的半徑時，在流動過程中被纖維所捕獲。

②慣性沉降　當含塵氣流通過濾布纖維時，由于塵粒的慣性作用，塵粒將不隨從流線的彎曲而射向纖維并沉降到纖維表面。

③擴散沉降　當含塵氣流通過纖維時，由于塵粒的布朗運動，塵粒從氣流中可以擴散到纖維上并沉降到纖維表面。

④重力沉降　由于重力影響，塵粒有一定的沉降速度，使塵粒的軌跡偏離氣體流線從而接觸到纖維表面而沉降。

⑤靜電沉降　過濾器中的纖維和流經過濾器的塵粒都可能帶有電荷，由于電荷間庫侖力的作用，也同樣可以發生塵粒在纖維上的沉降。

塵粒在纖維上的沉降是幾個捕獲機理共同作用的結果，其中有一兩個機理占優勢。

（3）袋式除塵器分類

袋式除塵器的分類標準是以清灰方式進行分類的。根據清灰方法不同，袋式除塵器可分為5大類，見表2-4。

目前，國內用于發電廠的袋式除塵器就清灰方式而言主要有低壓旋轉噴吹脈沖袋式除塵器、固定行噴吹脈沖袋式除塵器、分室反吹類袋式除塵器。

隨著國家廢氣排放指標的提高，國內燃煤電廠對布袋除塵器的應用已經是大勢所趨。旋轉噴吹和行噴吹袋式除塵器作為應用于燃煤電廠的兩大主流產品有著各自的特點。行噴吹技術由于存在吹灰壓力高的特點，安裝工藝要求較高，而旋轉噴吹作為脈沖技術與常壓反吹技術的結合體，在大型燃煤機組上的應用較行噴吹有著更為明顯的優勢。

（4）濾料要求

濾料是制作袋式除塵器濾袋的重要材料。袋式除塵器的性能在很大程度上取決于濾料的性能，如過濾效率、設備阻力和使用壽命等，這些都與濾料材質、結構和后處理有關。根據袋式除塵器的除塵原理和粉塵特性，對濾料提出了如下要求：清灰后能保留一定的永久性容塵，以保持較高的過濾效率；在均勻容塵狀態下透氣好，壓力損失小；抗皺折、耐磨、機械強度高；耐溫、耐腐蝕性好；吸濕性小，易清灰；使用壽命長，成本低。

濾料（濾袋）是袋式除塵器的核心。濾料要適應所處煙氣“四高一大一低”比較惡劣的環境條件，即排放煙氣溫度高及煙氣中SO₂、NO_x、O₂含量高；含塵濃度大；濾料阻力低。因此，在袋式除塵器使用濾料時，借鑒但不盲目照搬國外經驗，應考慮國內鍋爐實際情況，針對性地選用濾料，加快研發適合國情的新型濾料已成為袋式除塵器推廣使用的技術關鍵。濾料的種類繁多，按材質可分為天然纖維、無機纖維及合成纖維。

（5）袋式除塵器的結構

①機械振打袋式除塵器　機械振打袋式除塵器從簡單的人工振打清灰到機械振打與逆氣流聯合清灰具有多種結構形式，但其基本部件都是由濾袋、外殼、灰斗和振打機構所組成。

采用振動器清灰的袋式除塵器如圖2-4所示。振動器設于振動架上，濾袋懸掛于其上，振動架通過橡膠墊圈進行減振以減輕對除塵器外殼體的振動。清灰時，由于振動器的振動，使濾袋產生高頻微振，粉塵沿袋面滑至灰斗。

②反吹風袋式除塵器　反吹風袋式除塵器的原理是在正常過濾時，含塵氣流由管道進入袋式除塵器下部，通過濾袋凈化后由排氣管排出。反吹時采用停風清灰，打開反吹閥門，反吹氣流進入濾袋，濾袋在逆氣流的作用下得到清灰。反吹持續時間通常為0.5～1.0min，間隔時間為3～8min，根據含塵濃度及過濾風速而定。清灰越強，阻力越低，但除塵效率降低，通常每次由濾料上清下積灰量的20%～30%為宜。

反吹風袋式除塵器如圖2-5所示。

③中心噴吹脈沖袋式除塵器　中心噴吹脈沖袋式除塵器主要由上箱體、中箱體、下箱體組成。上箱體包括支撐花板、排風管、上蓋和噴吹裝置。中箱體中主要設置有若干排濾袋和上進風時的進風口，下箱體包括灰斗和卸灰閥。含塵氣體由進氣口8進入中部箱體，由袋外進入袋內，粉塵被阻留到濾袋外表面，凈化后的氣體經設在濾袋上部的文氏管14進入上箱體，最后由排氣口16排出。當脈沖閥開啟時，高壓空氣從噴孔中以極高的速度噴出，使濾袋劇烈膨脹，引起沖擊振動，使沉積在濾袋外部的塵粒吹掃下來，落入下箱體3，最后經卸灰閥4排出。

中心噴吹脈沖袋式除塵器如圖2-6所示。

④環隙噴吹袋式除塵器　環隙引射器由帶插接套管及環形通道的上體和起噴吹管作用的下體組成，上下體之間有一狹窄的環形縫隙（見圖2-7）。濾袋清灰時，壓縮空氣切向進入引射器的環形通道，并以聲速由環形縫隙噴出，從而在引射器的上部形成一真空圓錐，誘導二次氣流。壓縮空氣和被誘導的凈氣組成的沖擊氣流進入濾袋，產生瞬間的逆向氣流，并使濾袋急劇膨脹，造成沖擊振動，將黏附于袋上的粉塵吹下。

⑤反吸風袋式除塵器　反吸風袋式除塵器通常都設有若干個過濾室，各個過濾室依次進行反吸清灰，其他仍進行正常過濾（見圖2-8）。利用循環煙氣反吸風袋式除塵器的優點是：由于濾袋反吸時煙氣從鄰室吸入透過被清灰的濾袋，通過灰倉吸入風機后，再送入其他濾袋小室進行過濾。因此，在風機前負壓大于濾袋阻力（即大于2000Pa）時，系統可不設反吸風機，利用系統主風機進行循環反吸，當系統主風機前負壓小于濾袋阻力時，則應在反吸風管道上增設反吸風機。

⑥扁袋除塵器　近年來，扁袋除塵器發展較快，形式多樣，幾乎可以采用圓袋除塵器中所使用的各種清灰方式，回轉反吹扁袋除塵器示意如圖2-9所示。這種除塵器為圓筒體，扁袋承輻射形布置在圓筒內，根據所需的過濾面積、濾袋的數目分為1圈、2圈、3圈甚至4圈布置。濾袋的斷面成梯形或矩形。

扁袋除塵器的基本原理是含塵空氣由上部切線入口進入除塵器內，部分粗顆粒在離心力作用下被分離，氣流進入扁袋內，粉塵被阻留在袋外表面，凈化后的空氣由上部排出。當濾袋阻力增加到一定值時，反吹風機將高壓風自中心管送到頂部旋臂內，氣流由旋臂垂直向下噴吹，旋臂每旋轉一圈，內外各圈上的每一個濾袋均被噴吹一次。這樣旋轉一圈的時間即為噴吹周期，而在每個濾袋上停留的時間，即為噴吹時間。顯然由于內外各圈的周長不同，設在不同圈上的濾袋的噴吹時間不同，外圈噴吹時間短，內圈長。根據入口含塵濃度及過濾風速不同調整旋臂的旋轉速度，即可調節噴吹時間和周期。每條濾袋的噴吹時間以0.5s左右為宜，反吹風量取為過濾風量的5倍。

2.1.3.3 電袋除塵器

電袋復合除塵技術（以下簡稱電袋除塵器）是基于靜電除塵和布袋除塵兩種成熟的除塵理論，由我國自行研發提出的新型除塵技術。電袋除塵技術按布袋區和電除塵器布置的相對位置可分為分體式、整體式、嵌入式結構，其中，整體式結構目前應用最廣泛。目前，國內已有多家燃煤電廠應用了該技術，截止2013年底，電袋復合式除塵器機組容量超過0.9億千瓦，占全國燃煤機組容量的11.5%。

從應用情況來看，電袋復合除塵器在技術指標、經濟性上都具有一定優勢，除塵效率高，既發揮了電除塵器收集粗顆粒粉塵效率高、能耗低的優勢，又發揮了袋式除塵器效率不受煤種影響、微細粉塵收集效率高的特點。但也有一些關鍵技術問題尚未解決，如結構布置、陰極放電對濾袋的影響和濾袋更換等方面還存在問題，需進一步的突破。

（1）工作原理

電袋除塵器主要由進口喇叭、電場區、濾袋區、清灰系統、振打設施等組成，電袋復合除塵器結構如圖2-10所示。電袋除塵器的工作原理是高速含塵煙氣流入進口喇叭經緩沖、擴散、均衡后低速進入電場區，在電場高壓電暈作用下大部分煙塵被收集，少量煙塵荷電后隨氣流進入濾袋區由濾袋過濾攔截，從而完成煙氣的凈化過程。為保證電袋復合除塵器連續正常運行，電場區振打裝置和濾袋區清灰系統按設定的程序間歇性工作，及時清除依附于極板和濾袋表面的煙塵。凈氣室按一定高度設計，便于在內部實現濾袋袋籠的拆裝工作。由于電場區在電袋復合除塵器工作過程中改善了濾袋區的工況條件，所以電場區的除塵與荷電作用是電袋技術核心機理的重要內容。

（2）技術特點

電袋除塵器具有電除塵器和布袋除塵器的綜合優點，其技術特點如下。

a.長期、穩定的低排放。電袋復合除塵器的除塵性能不受成分、高比電阻等煙塵條件的影響，適應煤種與工況條件更廣，可長期保證出口排放濃度穩定≤30（20）mg/m³甚至更低。

b.運行阻力低且便于調控。在電場區的除塵與荷電作用下，濾袋煙塵負荷量少、堆積的煙塵透氣性好、粉餅疏松便于清灰，使設備阻力低且便于調控。

c.降低濾袋破損率，延長濾袋使用壽命。電袋復合除塵器利用電場區沉降和捕集了粗顆粒煙塵，減緩濾袋磨損；濾袋區工作于低煙塵濃度下，清灰頻率低。

d.操作便捷、維護簡單。實踐證明，當電袋復合除塵器內部電場區與濾袋區結構合理設置時，各工作區穩定發揮各自的除塵優勢，提高運行可靠性，簡化了運行操作。由于電場區捕集的煙塵粒徑較大而便于清灰，濾袋區煙塵負荷低而工作可靠，出口排放長期穩定。因此，電袋復合除塵器的維護工作量相對較少。

e.節能明顯。配置高壓電源數量及容量僅為傳統常規電除塵器的1/4左右，大幅節省了除塵器電耗；袋區清灰頻率低，壓縮空氣用量少，節省了空壓機的電耗；同時，電袋復合除塵器將使脫硫裝置GGH和除霧器長期保持清潔狀態，避免因堵塞增加風機壓損，進一步提高引風機的綜合節能效果。

f.捕集細顆粒物（PM_2.5）效率高電場區使細顆粒物發生電凝并，同時濾袋區發揮良好過濾作用，使電袋的捕集細顆粒物（PM_2.5）效率高。

2.1.4 粉煤灰的輸送

2.1.4.1 輸灰

（1）除灰方式

燃煤電廠除灰系統，就是將粉煤灰收集、輸送、貯存的工藝系統，通常分為廠內、廠外兩部分。廠內粉煤灰的除灰系統就是將收集到的粉煤灰集中到貯存設施待運，廠外粉煤灰的除灰系統是指由輸送設備、管道或車船等將粉煤灰運至儲灰場儲存或運往粉煤灰用戶。

除灰系統一般分為水力和氣力二種。除灰系統需要根據電廠的排灰渣量、灰渣的物理性質、鍋爐及除塵器的形式、電廠的供水條件、灰場條件以及環境保護和綜合利用等條件確定。目前，我國新建燃煤機組基本上采用氣力除灰系統，部分老機組仍為水力除灰。水力除灰在我國有比較成熟的使用經驗，具有在處理和運輸過程中避免灰渣擴散飛揚，運行操作可靠、簡便的優點。但也有耗水量大，易造成灰水污染，且灰中氧化鈣含量較高時管道易結垢的缺點。為了節水，減少灰水排放和解決灰渣量大等問題，目前，水力除灰向高濃度輸送的方向發展。

干法輸灰即氣力輸送，它以空氣為介質，是通過壓送和抽吸設備及與管道輸送粉煤灰的一種干式輸送方式。除塵器收集到的干灰可以用負壓、微正壓或正壓濃相輸送的方法將干灰送到灰庫。與水力除灰方式相比，氣力除灰具有以下諸多優越性：節省大量的沖灰水，也不存在灰管結垢及腐蝕問題；在輸送過程中，灰不與水接觸，故灰的固有活性及其他物化特性不受影響，有利于粉煤灰的綜合利用；減少灰場占地，避免灰場對地下水及周圍大氣環境的污染；系統自動化程度較高，所需的運行人員較少；設備簡單，占地面積小，輸送路線選取方便，布置上比較靈活；便于長距離集中、定點輸送等。20世紀80～90年代，原水電部、能源部及《火電廠設計規程》即要求“干灰干排”。

（2）氣力除灰的灰粒輸送狀態

粉煤灰顆粒在氣力輸送管道中的運動狀態在輸送管道中，粉體顆粒的運動狀態隨著氣流速度與灰氣比的不同，有顯著變化。氣流速度越大，顆粒在氣流中的懸浮分布越均勻；氣流速度越小，顆粒則越容易接近管底，形成停滯流，直至堵塞管道。粉體顆粒在輸送管中運動狀況一般可分為6種類型。

①均勻懸浮流　當輸送氣流速度較高，灰氣比很低時，粉粒基本上以接近于均勻分布的狀態在輸送管氣流中懸浮輸送。

②管底流　當輸送氣流速度減小時，在水平管中顆粒向管底聚集，越接近管底，分布越密，但尚未出現停滯，顆粒一邊做不規則的旋轉，碰撞，一邊被輸送走。

③疏密流　當輸送氣流速度再降低或灰氣比進一步增大時，則會出現的疏密流，這是粉體懸浮輸送的極限狀態。此時，氣流壓力出現脈動現象，密集部分的下部氣流速度小，上部氣流速度大，整體呈現邊旋轉邊前進的狀態，也有一部分顆粒在管底滑動，但尚未停滯。

④集團流　當疏密流的氣流速度再降低，則密集部分進一步增大，其速度也降低，大部分顆粒失去懸浮能力而開始在管底滑動，形成顆粒群堆積的集團流，粗大顆粒透氣性好，容易形成集團流。由于在管道中堆積顆粒占據了有效流通面積，所以，這部分顆粒間隙處氣流速度增大，因而在下一瞬間又把堆積的顆粒吹走。如此堆積，吹走交替進行，呈現不穩定的輸送狀態，壓力也相應地產生脈動。集團流只是在氣流速度較小的水平管和傾斜管中產生，在垂直管中，顆粒所需要的浮力，已由氣流的壓力損失補償了，所以，不存在集團流。因此，在水平管段產生的集團流，運動到垂直管中時，便被分解成疏密流。

⑤栓塞流或栓狀流　堆積的物料充滿了一段管路，不容易懸浮的粉料容易形成栓狀流，栓狀流的輸送是靠料栓前后壓差的推動。與懸浮輸送相比，在力的作用方式和管壁的摩擦上，都存在原則性區別，即懸浮流為氣動力輸送，栓狀流為壓差輸送。

⑥部分流　栓塞流上部被吹走后的過渡現象所形成的流動狀態。在粉體的實際輸送過程中，經常出現栓塞流與部分流的相互交替，循環往復的現象。當氣流速度過小或管徑過大時，出現部分流，氣流在上部流動，帶動堆積層表面上的顆粒，堆積層本身做沙丘移動似的流動。

（3）氣力除灰系統類型

①正壓系統　根據輸送壓力的不同，將氣力除灰方式分為正壓系統和負壓系統兩大類。其中大倉泵正壓輸送系統、氣鎖閥正壓氣力除灰系統、小倉泵正壓氣力除灰系統、雙套管紊流正壓氣力除灰系統、脈沖氣力式栓塞流正壓氣力除灰系統等統歸為正壓系統。對正壓系統來說，濃相系統是主流發展方向，主要特點：a.較高的灰氣比。灰氣比可達30～100kg/kg，而常規稀相系統為5～15kg/kg。因此其空氣消耗量大為減少，在多數情況下，濃相正壓氣力除灰系統的空氣消耗量約為其他系統的1/3～1/2。b.供氣系統投資降低。供氣不必再使用大型空氣壓縮機，采用性能可靠的小型螺桿式空壓機即可。c.布袋的使用壽命長。輸灰系統輸送入灰庫的氣量較少，因而灰庫上的布袋過濾器排氣負荷大大降低，從而為布袋過濾器的長期運行提供了可靠保障，延長了布袋過濾器的使用壽命。d.投資省。在相同出力的情況下，所用管道管徑大為減小。由此可選用輕型管道支架，安裝方便，節省投資。e.輸送速度低。濃相系統平均流速在8～12m/s，為常規稀相系統的1/3～1/2。輸灰管道磨損大為減小，采用普通無縫鋼管即可，只在彎頭部位采用耐磨材料或增加壁厚。f.輸送距離遠。單級當量輸送距離可達1500m，對于更長距離的輸送，可采用中間站接力的方式解決。

采用正壓系統的主要由多泵制正壓氣力輸灰技術、紊流雙套管氣力除灰技術、脈沖栓流氣力除灰等。

a.多泵制正壓濃相氣力除灰系統是指采用SCM型上引式密相泵為輸送倉泵，以若干臺倉泵作為一個輸送單元，同一輸送單元的倉泵采取同步運行的方式，一個輸送單元的倉泵為一個運行整體，對其控制就像對單臺倉泵的控制，一個輸送單元調協一組進氣閥組件、一個出料閥。多泵制正壓濃相氣力除灰系統達到了20世紀90年代國際先進水平，填補了國內除灰行業的正壓濃相氣力除灰系統多泵制運行的空白，使正壓濃相氣力除灰系統應用于電廠大機組運行成為可能。該系統已成功地應用于多家電廠。多泵制正壓氣力除灰系統有以下特點：系統配置相對簡單，最大限度地減少了出料閥的數量，使系統運行更加可靠、安全；系統各倉泵之間運行切換相對較少，出力比一般的正壓濃相氣力除灰系統高；系統維護工作量及維護費用相對較少；適用于30萬千瓦及以上大型機組干除灰系統。

b.雙套管氣力除灰系統的工藝流程和設備組成與常規正壓氣力除灰系統基本相同，即通過壓力發送器（倉式泵）把壓縮空氣的能量（靜壓能和動能）傳遞給被輸送物料，克服沿程各種阻力，將物料送往貯料庫，但是紊流雙套管系統的輸送機理與常規氣力除灰系統不盡相同，主要不同點在于該系統采用了特殊結構的輸送管道，沿著輸送管道的輸送空氣保持連續紊流，這種紊流是采用雙套管來實現的，即管道采用大管內套小管的特殊結構形式，小管布置在大管內的上部，在小管的下部每隔一定距離開有扇形缺口，并在缺口處裝有圓形孔板。正常輸送時大管主要走灰，小管主要走氣，壓縮空氣在不斷進入和流出內套小管上特別設計的開口及孔板的過程中形成劇烈紊流效應，不斷撓動物料，當因物料低速在管道中輸送而在某處發生物料沉積時，料堆前方的壓力增高，迫使輸送氣流進入內管，進入內管的氣流從下一處開口以較高的流速流出，從而對該處堵塞的物料產生擾動和吹通作用，從而使物料能實現低速輸送而不堵管。紊流雙套管系統獨特的工作原理保證了除灰系統管道不易堵塞，即使短時的停運后再次啟動時，也能迅速疏通，從而保證了除灰系統的安全性和可靠性。

c.脈沖栓流氣力除灰的工作原理是：將物料裝入栓流泵罐內，在壓縮空氣壓力的作用下，物料從罐體排料口排出，進入排料管道，在管道中形成連續的較為密實的料柱，“氣刀”在脈沖裝置的控制下間歇動作，將料柱切割成料栓，在輸送管道中形成間隔排列的料栓和氣栓，料栓在其前后氣栓的靜壓差作用下移動，這種過程循環進行，形成栓流氣力輸送。最大的特點是利用氣栓的靜壓差將料栓推移輸送，而常見的氣力輸送則是憑借輸送氣體的動壓進行物料的攜帶輸送。

②負壓系統　利用抽氣設備的抽吸作用，使除灰系統內產生一定的負壓，使灰與空氣混合，一并吸入管道，這種輸送方式歸為負壓系統。由于系統內的壓力低于外部大氣壓力，所以不存在跑灰、冒灰現象，系統漏風不會污染周圍環境；又因其供料用的受灰器布置在系統始端，真空度低，故對供料設備的氣密性要求較低。供料設備結構簡單，體積小，占用空間高度小，適用于電除塵器下空間狹小不能安裝倉泵的場合。但也有其缺點：對灰氣分離裝置的氣密性要求高，設備結構復雜，這是因為其灰氣分離裝置處于系統末端，與氣源設備接近，真空度高。并且，由于抽氣設備設在系統的最末端，對吸入空氣的凈化程度要求高，故一級收塵器難以滿足要求，需安裝2～3級高效收塵器；受真空度極限的限制，系統出力不大、輸送距離不遠；系統輸送速度大，灰氣比低，管道磨損嚴重。

2.1.4.2 除渣

（1）水除渣

水除渣工作原理是鍋爐爐渣掉入鍋爐膛底部的一個水池（既做爐底密封，防止冷空氣進入爐膛，又冷卻灰渣粒化），在爐底灰斗下面裝有破碎機，使爐渣破碎到一定的顆粒以使水力沖渣器能把破碎后的細渣在管道中沖走，再通過水力沖渣器把爐渣通過管道沖到沉渣池，爐渣在渣池沉淀，爐渣可以用挖掘機或抓灰斗撈出，通過輸送機械運走。老電廠一般采用灰、渣混排的辦法把渣打到灰場上，這種方法對粉煤灰的綜合利用不利。

（2）干除渣

干除渣的工作原理是爐底渣由鍋爐渣斗下落，大的渣塊落到液壓破碎機的隔柵上，小于200mm渣塊落到鋼帶輸渣機的輸送鋼帶上，隔柵上的大渣塊待充分燃燒后經破碎機擠壓頭擠壓破碎，成為較小渣塊，落到輸送鋼帶上。高溫爐渣由輸送鋼帶送出，送出過程中的熱渣被冷卻成可以直接儲存和運輸的冷渣。冷卻用的空氣是利用鍋爐爐膛負壓的作用，由輸渣機殼體進風口吸入設備內部，被渣加熱后的熱空氣直接進入爐膛，將熱渣從鍋爐帶走的熱量再帶入爐膛內，從而減少鍋爐的熱量損失，提高鍋爐的效率。爐渣在輸渣機出口經碎渣機破碎后，進入中間渣斗貯存，然后通過集中輸送系統將爐渣送至儲渣倉貯存，集中到儲渣倉的爐渣通過卸料機構定期裝車運走。干式排渣系統的運行由電氣控制系統進行自動控制。實現數據采集和處理過程控制，對監測到的故障信息進行保存、報警，保證了系統的安全運行。集中輸送系統有負壓氣力輸送系統、正壓氣力輸送系統、鏈斗輸送系統、二級鋼帶輸送系統可供選擇。

干除渣的主要技術特點包括：干式排渣系統不需要用水冷卻，不需要濕式排渣系統的后處理設備，占地面積少，而且不會出現大焦落入撈渣機水槽中（濕式除渣）可能造成的事故；干式排渣系統排出的渣為干渣，干渣中的氧化鈣未被破壞，可直接用于建筑材料，干渣的綜合利用效益好；鋼帶輸渣機中渣的輸送和冷卻同時進行，冷風進入鋼帶輸渣機后和熱渣接觸，將渣冷卻；渣中未完全燃燒的碳在輸送鋼帶上繼續燃燒，燃燒后的熱量和熱渣中所含的熱量，由風帶入爐膛，減少爐膛熱量損失，提高了鍋爐的效率。

爐底排渣系統工藝流程如圖2-11所示。

2.1.5 粉煤灰的加工處理

粉煤灰的細度不同，對硅酸鹽水化產物的影響也不同，細度越細，其活性越高。同時，由于粉煤灰中玻璃微珠在細粒徑范圍內相對富集，致使細灰的需水量亦比粗灰的要少。

為確保摻粉煤灰的混凝土制品的質量，世界各國都制定了相應粉煤灰質量標準或應用技術規程，并都以粉煤灰細度作為劃分粉煤灰品質（或等級）的主要依據。如GB 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規定：C20以上混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰；C15以下的素混凝土可采用Ⅲ級粉煤灰。對于我國電廠排放的粉煤灰，有80%以上為Ⅲ級粉煤灰或等外灰，因此對粉煤灰磨細加工、分級等，不僅可確保電廠所供應的不同品種粉煤灰的質量，并可使其更合理地開發利用，進一步提高粉煤灰利用的技術和經濟效益。

2.1.5.1 分選

我國粉煤灰分選技術始于20世紀80年代，90年代初開始出現以蝸輪式分選機為代表的工業型裝置，并在國內一些電廠投入使用。90年代中期，以蝸殼式分選機為主導的分選技術得到發展，并開始為三峽工程建設提供分選灰。到90年代后期，受三峽等水利工程建設和城市建筑業發展的拖動，出現了粉煤灰產品生產和應用市場兩旺的行情。

分選技術基本來自國外。外循環葉輪式分選裝置基本來自日本O-sepa分選機；其他幾種類型的外循環渦殼式分選裝置基本均來自美國Buell分選技術。實際上，我國分選設備（主要指分選機、收集器）的制造水平和單機運行性能已經接近或達到國外水平。

從系統配置角度講，國內系統及設備的配置更符合國內技術和設備制造的水平和條件，因此，可操作性強、經濟實用，運行維護方便。

2.1.5.2 磨細

磨細工藝改善原狀灰品質的作用機理首先將需水性大、結構疏松的碳粒、多孔玻璃體和各種黏連體碾碎，減弱或消除了這些顆粒成分的不良影響，其次是改善了界面狀態。此外，通過磨細處理，提高了粉煤灰總體的均勻性，這對于促進粉煤灰商品化和資源化具有重要意義。磨細灰目前已成為國內主要的適用于混凝土的商品性粉煤灰。表2-5為上海等電廠粉煤灰在磨細前后性能的變化。

2.1.6 粉煤灰的貯存

貯存方式　灰渣的貯存方式分濕法貯灰與干法貯灰。濕法貯灰運行簡單、費用低，無噪音，無揚塵，但貯灰場一次投資較高，運行中要耗用較多的水，且要解決灰水的滲漏問題。近年來，極少數電廠采用濕法貯存。干法貯灰場一次投資較少，可以更有效地利用貯灰場的面積與容積，貯灰用水量少，無灰水滲漏，但需解決噪聲與飛塵問題，需要運輸和輾壓機具。隨著粉煤灰綜合利用率提高、水資源的短缺以及灰水污染的要求越來越嚴格，加之灰水循環處理系統成本的提高，干法貯灰已成為新、改、擴建燃煤機組的首選方案。

近年來，各地的粉煤灰供應部門相繼建設大型粉煤灰貯存鋼板庫，以解決粉煤灰供應與綜合利用在運轉時間上不一致的問題，促進了粉煤灰的有效利用。我國大型鋼板倉的應用始于2007年，當時貯存物料主要是水泥，目前，水泥鋼板倉已全面推廣應用。從2008年開始逐步應用到粉煤灰存貯領域。粉煤灰大型鋼板倉的規格從最初的Φ20m×19.6m，單庫貯存容量5000m³，發展到目前Φ60m×45m，單庫貯存容量11.6×10⁴m³的超大型粉煤灰貯庫。

粉煤灰大型鋼板倉的設計、制造、驗收標準主要參照《焊接式散裝水泥鋼板筒倉》（SB/T 10743—2012）。大型鋼板倉是一種落地式鋼板材倉，其結構如圖2-12所示。大型鋼板倉的入料工藝一般有兩種方案：第一種方案為電廠除塵器下安裝單倉泵直接用氣力輸送管道送入鋼板倉內，當輸送距離小于1500m時，多采用此方案；第二種方案為用粉體散裝汽車輸送方式。出料過程主要分為卸料過程、均化過程及輸送過程。

大型粉煤灰鋼板倉出庫輸送工藝一般有兩種形式：一是利用提升機垂直運輸。用斜槽或氣力輸送管道將物料送入提升機，利用斗式提升機進行垂直輸送，物料從提升機出來經斜槽送入散裝倉或配料倉進行中間存放，汽車從散裝倉接料，如圖2-13所示；二是采用氣力提升運輸方式，即用氣力輸送管道將物料直接提升到散裝倉，如圖2-14所示。