火力发电厂粉煤灰的工程分类

2018-11-12

电力勘测设计 2018年10期

(山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原 030001)

1 概述

1.1 粉煤灰的产生

粉煤灰主要产生于燃煤电厂。煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而不燃物大量混杂在高温烟气中而部分熔融，由于表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒，在引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾，随着温度急剧下降的过程形成了大量表面光滑的球状玻璃体。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器被分离、收集，即形成粉煤灰。因此根据粉煤灰的形成机理，我们需要明确粉煤灰的定义，在国内外的规范中对于粉煤灰的表述基本一致，均是指燃煤电厂中煤粉炉烟道气体中收集的粉末，并明确不包括炉底的灰渣。

1.2 粉煤灰的一般分类

1.2.1 按粉煤灰排放方式分类

粉煤灰的排放主要有干收干排、干收湿排和湿收湿排等方式，一般称采用干收干排方式得到的粉煤灰为干排灰，而利用干收湿排和湿收湿排方式得到的粉煤灰统称为湿排灰。

1.2.2 从综合利用的角度分类

粉煤灰依据《电厂粉煤灰渣排放与综合利用技术通则》(GB/T 15321)分为原状灰和加工灰。其中原状灰分为湿灰和干灰，湿灰是指除尘器收集的用水力排放的粉煤灰，干灰是指除尘器收集的含水率小于1%的粉煤灰；加工灰是指为综合利用专门设置设备，以改变其物化性能，达到使用要求的粉煤灰。

1.2.3 按煤种和氧化钙含量分类

依据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596)、《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB/T 50146)、《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》(DL/T 5055)，粉煤灰按燃烧的煤种分为F类粉煤灰和C类粉煤灰。其中F类粉煤灰是指由无烟煤或烟煤燃烧收集的粉煤灰；C类粉煤灰是指由褐煤或次烟煤燃烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。

1.2.4 按粉煤灰的化学成分分类

根据粉煤灰化学成分不同，粉煤灰又分为低钙灰、中钙灰、高钙灰、高铁灰和高碱灰，具体划分指标见表1。

表1 粉煤灰化学成分分类

1.2.5 按电厂锅炉排渣形式不同分类

按电厂锅炉排渣形式不同，粉煤灰分为固态排渣普通煤粉锅炉粉煤灰、液态排渣锅炉粉煤灰、循环流化床锅炉粉煤灰。

2 粉煤灰的工程分类

2.1 工程分类的意义

随着我国电力建设的飞速发展，每年有几千万吨的粉煤灰产生，而粉煤灰也越来越多的被作为工程建设的地基土或地基处理的材料，它的利用和处理已经刻不容缓。为此，首先需要解决粉煤灰基本工程特性的测试和评价问题。由于粉煤灰是一种与土不完全相同的、并具有特殊性质的散状物质，其颗粒粗细不同，物理力学指标及水理性质有一定的差异。目前电力行业内对于粉煤灰的工程分类并没有明确统一的认识，有些认为粉煤灰的性质类似于粉细砂，有些认为粉煤灰具有类似粉土的性质，而有些又认为粉煤灰是介于粉土与粉细砂之间的一种特殊材料，因此为了保证测试与评价的可靠性，需要客观而全面的对火力发电厂粉煤灰进行最基础的工程分类，统一认识。

2.2 工程分类的依据

目前行业内对于粉煤灰并没有明确的工程分类，但根据《土的工程分类标准》(GB/T 50145)中所述，工程建设所涉及的土均适用本标准，而粉煤灰可以看作是一种特殊的填土材料，同样适用该标准。标准中所指的土的工程分类是从土的基本特性出发，以土的颗粒尺寸、水理性质等为界定指标的分类体系，是土的基本分类。因此，作者认为粉煤灰完全可以按照土的基本工程分类来划分。

按照《土的工程分类标准》(GB/T 50145)规定，试样中粗粒组含量大干50%的土称粗粒类土；试样中细粒组含量不小于50%的土为细粒类土，粗粒组含量不大于25%的土称细粒土，粗粒组含量大于25%且不大于50%的土称含粗粒的细粒土。

3 粉煤灰的工程分类分析

为了使粉煤灰的工程分类具有广泛的代表性，作者搜集了全国范围内4个湿灰场和8个干灰场共12个灰场588个灰样进行粒组分析统计，并根据《土的工程分类标准》(GB/T 50145)，以土的颗粒尺寸为界定指标对粉煤灰分类，以此来说明粉煤灰的粗细程度、分布及粒径范围。具体参见图1。

图1 12个灰场粉煤灰的工程分类统计

按照粒组分类，粉煤灰可以归入粗粒类土(灰)和细粒类土(灰)，而细粒类土(灰)又可以分为细粒土(灰)和含粗粒细粒土(灰)。

统计的12个灰场分布在东北、宁夏、山东、山西、安徽，颗粒分析统计的的结果如下：

(1) 在东北的2个灰场中以细砂粒为主含量达到43.4%～55.7%，粘粒含量仅2.4%～3.4%。

(2) 在宁夏灰场中以粉粒为主含量达到52.3%，粘粒含量在8%左右；在山东的灰场细粒类土(灰)中以粉粒为主含量达到61.7%～62.6%，粘粒含量6.6%～8.8%。

(3) 在山西的6个灰场中以粉粒为主含量达到50%～90%，粘粒含量10%～20%。

(4) 在安徽的灰场细粒类土(灰)中以粉粒为主含量达到60%～80%，粘粒含量10%～20%。

由图1可见：干灰场中主要为细粒类土(灰)，而湿灰场中粗粒类土占有一定的比例，而整体统计粗粒类土约为细粒类土的1/3，而细粒类土中细粒土远多于含粗粒的细粒土。

为了更进一步说明粉煤灰的粒组结构及工程分类，同时搜集了中国水利水电科学研究院关于22个灰样及渣样的颗粒分析曲线，以此来说明粉煤灰的粗细程度、粒径分布范围，具体参见图2。

图2 粉煤灰及渣的颗粒分析曲线

由图2可见：19个粉煤灰样本中的粒径范围主要在0.001～0.5 mm之间，部分分布在0.5 ～2 mm之间。而其中大部分为细粒类土，而细粒类土中细粒土和含粗粒的细粒土所占比例相当。

因粉煤灰的颗粒尺寸不同，粒组分布范围不同，其表现出的水理性质，我们统计了9个灰场82个渗透系数的样本，具体参见图3。

图3 渗透系数大小统计

从图3可以看出，粉煤灰渗透系数一般在10-3～10-6cm/s不等，而10-3～10-5cm/s占到绝大多数，10-6cm/s的样本也有一定的样本。因此，可以看出粉煤灰的粒组分布特性既有粉细砂类土的渗透性的表现，也有粉土的渗透性的表现，同样也出现了类似粉质黏土的渗透性的表现，这其中大多数表现为粉细砂及粉土的水理性质。这也恰恰说明粉煤灰的粒组特性既有粗粒类土(粗灰)，又有细粒类土(细灰)，这与前面粒组分析统计的结果一致。