淺述粉煤灰陶粒的發(fā)展方略

    摘要：本文提出了我國粉煤灰陶粒的發(fā)展:宜使用原狀灰生產；采用國內技術發(fā)展以燒結機為主的技術路線；粘土陶粒生產企業(yè)有條件者技改為粉煤灰陶粒企業(yè)。

    關鍵詞:粉煤灰陶粒　原狀灰　浮選除碳技術　回轉窯工藝　燒結機工藝

    粉煤灰陶粒在我國的研制與生產應用始于20 世紀60 年代，至今已整整40 年。20 世紀70～80 年代是我國粉煤灰陶粒發(fā)展的高峰時期，此時除天津廠又擴建外，陸續(xù)又在遼寧清河、蘭州、廣州、齊齊哈爾和北京5 個省市新建了5 座生產規(guī)模為10～30 萬m3/ y 燒結粉煤灰陶粒廠，其總生產能力達101 萬m3/ y ，占全國陶?？偵a能力的50 %左右。這些廠建成后僅蘭州、廣州兩廠在建成后的初期生產了一段時間，其余3 個廠建成后均未投產。由于種種原因，于20 世紀80 年代末先后都停產。1995 年連有30 年生產實踐的天津廠，也因城市發(fā)展規(guī)劃工廠需搬遷而被迫停產，使我國有30 年的生產和應用歷史的粉煤灰陶粒幾乎全軍覆沒，跌落到低谷。此后，各方雖大力宣傳，呼吁要大力發(fā)展粉煤灰陶粒，推動人造輕骨料工業(yè)的技術進步， 但呼吁了將近10 年時間，只大慶地區(qū)引進了一條年產20 萬m3/ y 燒結粉煤灰陶粒生產線。

    目前，發(fā)展人造輕骨的環(huán)境和空間與過去相比，形勢大好，但為什么粉煤灰陶粒從跌落低谷后卻遲遲發(fā)展不起來，為此，筆者提出幾點粗淺看法及今后發(fā)展方略和同仁們探討，不妥之處，希批評指正。

    1 　目前我國粉煤灰的品質和利用現狀

    1. 1 　粉煤灰的品質現狀

    1. 1. 1 資源化性能差

    粉煤灰的品質受煤種、煤粉細度、鍋爐類型、燃燒條件、除塵設備等等諸多因素影響，我國電廠排放的粉煤灰品質極不穩(wěn)定，資源化性能差。從表1 對39 家電廠排放粉煤灰的燒失量和細度測定結果的統計可知， 粉煤灰中其大于80μ篩余和燒失量的差異極大。

表1 　39 家電廠排放粉煤灰的燒失量和細度測定結果

    1. 1. 2 高含碳量、濕排灰

    20 世紀70 年代以前建設的燃煤電廠及后來所建的大量小電廠，大多采用低效干式除塵器或濕式除塵器，粉煤灰中最有用的、性能最好的細顆粒被排入大氣，收集下來的顆粒既粗含碳量又高，一般均在15 % 左右，并均為濕排灰。

    1. 1. 3 干排灰少

    20 世紀80 年代以來，新建20 萬kW 以上燃煤電廠，全部采用高效電除塵器，但不少電廠輸灰系統仍采用水沖，甚至灰渣混排，電除塵器2～4 電場的優(yōu)質粉煤灰也被沖入貯灰場。因此從排灰的總量而言，干灰的比例很小。

    1. 2 　粉煤灰的利用現狀

    a. 粉煤灰雖已在建材、建工、筑路、回填、農業(yè)及提取礦物等領域被利用，利用率已達45 %左右。但是， 由于大部分電廠排放粉煤灰品質極不穩(wěn)定，含碳量偏高，特別是一些中小型電廠含碳量在10 %以上，限制了粉煤灰的利用范圍，制約了粉煤灰綜合利用技術的發(fā)展。

    b. 各地區(qū)的粉煤灰利用很不平衡，在經濟發(fā)達地區(qū)，如上海、長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)利用比較好，特別是上海、南京二地，其利用率已超過100 %。而在欠發(fā)達的西部地區(qū)及中、小城市粉煤灰利用率還很低。

    c. 建材部門是利用粉煤灰的穩(wěn)定大戶。其利用量已占總利用量的30%左右，在這些利用項目中主要是水泥、粉煤灰燒結磚、加氣粉煤灰砌塊等，而粉煤灰陶粒卻長期徘徊在利用之外。

    2 　對粉煤灰的品質要求

    粉煤灰陶粒對粉煤灰的品質要求，是根據其采用不同的工藝技術和產品類型而有所不同。

    a. 采用回轉窯燒脹工藝。當采用回轉窯燒脹型工藝技術時它對粉煤灰燒失量的限制很嚴，并對其化學組成也有要求，這是因為粉煤灰的燒脹是物料在高溫軟化條件下，氧化鐵和碳元素反應并受其混合料的化學組成和碳鐵比的制約而形成的，過大或過小的碳鐵比能使燒脹反應無法實現，一般的碳鐵比可控制在0. 4 左右。

    b. 當用回轉窯生產燒結型產品時，它對粉煤灰的化學組成比燒脹型要求低，但對燒失量仍有限制，這是因為無論采用單筒或雙筒回轉窯，它對粉煤灰的除碳效率是很低的，因此，過高的含碳量會影響產品質量， 當產品的燒失量≥5 %時，則不符合輕集料國家標準中對有害物質含量要求的規(guī)定，因此也必須有所限制。

    c. 采用燒結機工藝。國內技術對粉煤灰品質要求遠比引進技術要求低。因此，它對各種粉煤灰的適應性強，可使用區(qū)域廣，符合普遍發(fā)展粉煤灰陶粒的條件。燒失量的限值，可根據混合料內含碳量的要求而定，一般為5 %～8 % ，如混合料內含碳量過高，可使物料過燒熔融，影響產品質量和正常生產。

    3 　發(fā)展方略

    綜上所述，在發(fā)展粉煤灰陶粒時，既要考慮各種工藝技術對粉煤灰品質要求，又要考慮到我國當前粉煤灰品質的現狀及粉煤灰的使用成本，才有可能使粉煤灰陶粒得到全面、迅速的發(fā)展。

    3. 1 　利用原狀灰生產

    a. 鑒于粉煤灰陶粒的價位受種種因素制約，其價位不能高，否則無法進入市場。因此它不可能與其他附加值高的利用項目去爭量少、價高的優(yōu)質灰來發(fā)展自己的產品，只能想方設法在量大、面廣、價廉的原狀灰上找發(fā)展，才是較現實的途徑。

    b. 對含碳量超出生產要求和工藝處理范圍的高碳粉煤灰，直接利用有困難?？刹捎酶∵x除炭技術，將炭——灰分離，該項技術早在20 世紀80 年代已在湖南、廣東、福建等電廠應用。其技術不但能從粉煤灰中回收熱值在20000 kJ/ kg 精碳粉，還可使原高碳粉煤灰的含碳量降到2 %左右，成為生產粉煤灰陶粒的優(yōu)質原料。據有關資料報道，日處理燒失量為10. 4 %，粉煤灰90 m³ ，投資59 萬元，所得精碳粉售價為110～130 元/ t 、分選出粉煤灰售價為10 元/ t ，實際投資回收期為1. 52 年， 經濟效益顯著，因此，這項技術應大力推廣。

    3. 2 　新建項目

    各地在新建粉煤灰陶粒項目時，仍應按因地制宜、擇優(yōu)發(fā)展的原則來確定工藝技術、生產規(guī)模及產品使用的主供對象等。

    a. 采用國內技術發(fā)展以燒結機為主的工藝技術。

    自粉煤灰陶?！暗涞凸取焙螅紤]再次發(fā)展時，應走什么技術路線:走燒結工藝還是蒸養(yǎng)工藝? 引進英國技術還是荷蘭技術? 為此已徘徊了10 余年。直至20世紀末由大慶地區(qū)從英國引進年產20 萬m3“萊泰克”技術后，粉煤灰陶粒才又起步發(fā)展。但要普遍、大力發(fā)展粉煤灰陶粒，單靠引進技術是不行的，要依靠國內技術，立足國內技術，才能得到迅速而普遍發(fā)展。我國在20世紀60～80 年代期間采用自己的技術先后設計、建造了六座規(guī)模為5～30 萬m3/ y 燒結機工藝的粉煤灰陶粒廠。在這些廠的設計、建造過程中。取得了不少寶貴設計經驗和30 年的生產實踐。雖然這6 座廠只有三座建成后進行了生產，另3 座建成后未投入生產，投入生產的廠后來雖均陸續(xù)停產，并不是由于生產技術問題或產品質量問題，而是由于當時的決策失誤，當時的產品性能供需不符等諸多因素之故。

    從20 世紀60～80年代，在國內一些重點工程中，采用輕骨料的主要是粉煤灰陶粒，如南京長江大橋公路橋橋面工程、寧波解放大橋、反帝橋工程，90年代初天津市63 幢高層中采用粉煤灰陶粒有37 幢，其中全部采用粉煤灰陶?；炷恋挠? 幢，最高為26 層，這些足以說明我國的粉煤灰陶粒質量是不差的，因此，國內工藝技術水平也并不比國外差。

    根據目前我國粉煤灰品質現狀，要普遍發(fā)展粉煤灰陶粒，其工藝技術必須要適合各類粉煤灰的品質，而國內工藝技術的特點之一是對各類粉煤灰的適應性強，因此只有采用國內技術才最合適。國內工藝技術特點之二，能根據需要其規(guī)?？纱罂尚?，投資低，易上馬，更適合民營投資。

    b. 生產規(guī)模。為了在有條件地區(qū)普遍發(fā)展粉煤灰陶粒，特別在中、小城鎮(zhèn)，初始階段規(guī)模不宜大，因陶粒是地方性材料，產品應就地消化，規(guī)模一般控制在3～5萬m³/ y 為宜。這樣，投資小，易上馬，適于民營資本進入。當然也不排斥在有條件地區(qū)或大城市上規(guī)模大的生產廠。

    c. 開發(fā)燒結機系列產品。陶粒行業(yè)在我國雖已有40余年的生產實踐，但在20世紀90年代初期，陶粒行業(yè)尚無定點的生產設備廠家和專用的生產設備，這在一定程度上制約和影響了陶粒的發(fā)展。自1997年設立了回轉窯工藝生產設備定點廠后，為頁巖、粘土陶粒的生產迅速發(fā)展提供了條件。因此，在發(fā)展粉煤灰燒結機工藝時，應吸取上述經驗教訓，盡快開發(fā)適合國情的燒結機系列產品，組織燒結機為主的配套設備定點廠，促使和保證粉煤灰陶粒的普遍發(fā)展。

    3. 3 　引導老廠轉向生產粉煤灰陶粒

    目前我國用回轉窯工藝生產的陶粒廠已分布在全國23 個省市(臺灣不計在內) 。其總生產能力達350 萬m³/ y 左右，其中粘土陶粒約占70 %左右，粘土陶粒的比例過高，不是我們提供發(fā)展的方向。在有條件地區(qū)如將這些年生產能力達240 萬m³/ y 左右的粘土陶粒廠中的一半，改造成粉煤灰陶粒廠，則相當于新建了規(guī)模為20 萬m³/ y 的粉煤灰陶粒廠5～6 座。這是既省投資，又易上馬，見效快的方法，在當前也是一條發(fā)展粉煤灰陶粒的好途徑。

    a. 粘土陶粒的生產企業(yè)若要改成生產粉煤灰陶粒時，如是采用多組分配原料生產的，則其生產線也適合粉煤灰陶粒的生產；如若是采用單組分原料生產的，則需增加配料、均化工序。有時僅需增加一臺混碾機即可滿足生產粉煤灰陶粒的要求。

    b. 粉煤灰摻量。為了防止料球在窯內翻滾而破碎，因此用轉窯工藝的粘結劑用量要比燒結機工藝高15 %左右，故回轉窯工藝中粉煤灰的最大摻量為70 %～75 %。如前所述，由于粉煤灰的含碳量偏高，特別是一些中、小型電廠所排的灰，因此，它的摻量是受其本身含碳量所制約。其摻量要根據混合料中碳的含量而定，當粉煤灰燒失量在10 %左右時，如生產燒脹型陶粒，其摻量可控制在30 %；生產燒結型陶粒，其摻量可控制在50 % ，如摻量大于50 % ，則陶粒的燒失量性能指標有可能達不到產品標準要求。當然，當粉煤灰的燒失量不高，混合料內含碳量適宜時，可多摻入粉煤灰，一般情況下其限值在75 %左右。

    3. 4 　開發(fā)分層預熱窯

    分層預熱窯是由回轉窯和豎式預熱器組合而成， 其特點是對粉煤灰料球的保持力好，熱效率高，除碳效率比雙筒回轉窯高2 倍以上，此設備不但適合高有機質或高含碳量原料生產陶粒，也適合一般原料生產，其產量比雙筒窯可提高30 %以上。這項工藝設備是20 世紀80 年代的研究成果，由于種種原因至今尚未開發(fā)。因此，希望陶粒設備生產廠家能盡快開發(fā)此產品， 以增加粉煤灰陶粒的發(fā)展力度和陶粒工藝的新技術、新設備。

   總之，在發(fā)展粉煤灰陶粒的征途中，該走出十幾年來徘徊的道路，堅定地走國內技術道路，相信粉煤灰陶粒不久會在全國各地普遍發(fā)展起來。