第2章　粉煤灰综合利用

2.1 粉煤灰的产生及处理

粉煤灰通常指电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，还包括煤粉炉底部排出的炉底渣，是燃煤发电的主要副产物之一。2012年我国电煤消费量约占全国煤炭供应量的50.9%，粉煤灰产量达到5.4亿吨，产量巨大。因此，粉煤灰的大宗利用对于减少灰场占地和污染排放具有重要意义。

2.1.1 燃煤分类及组分

2.1.1.1 煤的分类

现行中国煤炭分类是按照煤炭的煤化程度分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类；再按煤化程度的深浅及工业利用的要求，将褐煤分两个小类（褐煤一号、褐煤二号），无烟煤分成三个小类（无烟煤一号、无烟煤二号、无烟煤三号）；烟煤类别的构成是按照等煤化程度和等黏结性的原则，形成24个单元，再以同类煤加工工艺性质尽可能一致而不同煤类间差异最大的原则来组并各单元，将烟煤分成十二类。

①褐煤（HM） 煤化程度最低的一类煤，外观呈褐色到黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽，含有较高的水分和不同数量的腐植酸，在空气中易风化碎裂，发热量低，挥发分V_daf大于37%，且恒湿无灰基高位发热量不大于24MJ/kg。根据其透光率P_M（GB/T 2565—95）的不同，小于30%的称为褐煤一号；P_M为30%～50%的为褐煤二号。褐煤一般做燃料使用，也可作为加压气化、低温干馏的原料，并用它来萃取褐煤蜡。

②烟煤（YM） 煤化程度高于褐煤而低于无烟煤的一类煤，黑色，不含腐植酸。由有光泽的和无光泽的部分互相集合成层状，呈现沥青、油脂、玻璃、金属、金刚等光泽，条带状结构明显，可明显区别煤岩成分。挥发分产率范围宽（V_daf大于10%），恒湿无灰基高位发热量大于24MJ/kg。单独炼焦时从不结焦到强结焦的均有，燃烧时有烟。烟煤的主要分类指标为挥发分V_daf和黏结指数G，对强黏结煤用胶质层最大厚度y值或奥阿膨胀度b值作为辅助分类指标。烟煤分为不黏煤、弱黏煤、长焰煤、1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤。

③无烟煤（WY） 煤化程度最高的一类煤，挥发分低，V_daf不大于10%，含碳量最高，有较强光泽，硬度高且密度大，燃点高，黏结性，燃烧时无烟，是较好的民用燃料和工业原料。按挥发分V_daf和氢含量H_daf，无烟煤分为三小类：V_daf小于3.5%的为无烟煤一号，多数用作碳素材料等高碳材料；V_daf大于3.5%～6.5%的为无烟煤二号，是国内生产合成煤气的主要原料；V_daf大于6.5%的为无烟煤三号，可作为高炉喷吹燃料。灰分较低的无烟煤是生产煤基吸附材料的好原料。

2.1.1.2 煤的组分

（1）元素分析

元素分析是全面测定煤中所含全部化学成分的分析。煤中所含元素达几十种，一般将不可燃物质都归入灰分。因此，煤的元素分析是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五个分析项目的总称。

碳是煤中含量最多的可燃元素，发热量较大。每千克纯碳的发热量为32.7×10³kJ/kg。煤中的碳一部分与氢、氧、氮和硫结合成挥发性有机化合物，其燃点较低。而其余呈单质状态为固定碳，其燃点较高，不容易着火和燃尽。

氢是煤中发热量最高的物质，但煤中氢的含量较少，一般为3%～6%。完全燃烧时纯氢的发热量为120×10³kJ/kg，氢的燃点低，容易着火。

煤中的氧和氮是不可燃物质，但其含量也较少。煤中的氮在高温条件下易生成污染大气的氮氧化物NO_x，被视为有害元素。

硫虽然在燃烧时也放出热量，但其燃烧产物二氧化硫（SO₂）和三氧化硫（SO₃）会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气。煤中的硫常以三种形式存在，即有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫，前两种可燃，称为可燃硫，后一种归入灰分成为固定硫，一般在计算空气量时可近似用全硫分来代替可燃硫。

（2）工业分析

在国家标准中，煤的工业分析是指包括煤的水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳（FC）四个分析项目指标的测定的总称。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。其中，煤中的灰分和水分均为不可燃物质。灰分的存在不仅使单位燃料量的发热量减少，而且影响燃料的着火和燃尽，也是造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。水分增加会使炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟热损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。煤中的水分在自然干燥条件下失去的部分称为外部水分M_f，而剩余部分称为内部水分M_ad，两部分之和称为全水分，也就是收到基水分M_ar。

通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出的，而固定碳是用差减法计算出来的。广义上讲，煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定，又叫煤的全工业分析。根据分析结果，可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途，根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等。煤的工业分析是把煤加热到不同温度和保持不同的时间而获得水分、挥发分、固定碳、灰分的百分组成。煤的工业分析成分由固定碳（FC）、灰分（A）、挥发分（V）和水分（M）组成，并以质量百分数含量表示，其总和为100%，如式（2-1）所示。

FC+A+V+M=100%　（2-1）

（3）煤的成分计算基准

在煤质分析中得到的煤质指标，根据不同需要，可采用不同的基准来表示。“基”表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。煤质分析中常用的“基”有空气干燥基、干燥基、收到基、干燥无灰基、干燥无矿物质基。

①空气干燥基　以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。空气干燥基以下角标ad表示。

②干燥基　以假想无水状态的煤为基准，以下角标d表示。干燥基中因无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。

③收到基　以收到状态的煤为基准计算煤种全部成分的组合称为收到基。对进厂原煤或炉前煤都应按收到基计算各项成分。收到基以下角标ar表示。因为收到基表示的是实际燃料，在进行燃料计算和热效率试验时，都以收到基为准。但由于煤的外部水分是不稳定的，收到基的百分成分也随之波动，因此，利用收到基评价煤的性质是不准确的。

④干燥无灰基　以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角标daf表示。干燥无灰基因无水、无灰，故剩下的成分便不受水分、灰分变动的影响，是表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准，可作为燃料分类的依据。

⑤干燥无矿物质基　以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，以下角标dmmf表示。

各种基准与煤质指标间的关系如图2-1所示，已知基的分析值换算到另一基准的计算公式见表2-1。

2.1.2 粉煤灰的产生

粉煤灰（fly-ash）是在燃煤供热、发电过程中，一定粒度的煤在锅炉中经过高温燃烧后，由烟道气带出并经除尘器收集的粉尘，以及由炉底排出的炉渣的总称。其产生过程如图2-2所示。炉型及燃料品位不同，所产生的灰、渣比例也不同，具体如表2-2所列。

概括来讲，粉煤灰的形成可大致分为三个阶段。

第一阶段，煤粉在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固定碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔性碳粒。此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔性，使其比表面积极大。

第二阶段，伴随着多孔性碳粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变为多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔碳粒相同，但比表面积明显小于多孔碳粒。

第三阶段，随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐步熔融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。最后形成的粉煤灰是外观相似、颗粒较细而不均匀的复杂多变的多相物质。

此外，燃烧生成粉煤灰过程还有更细的划分，包括煤粉的燃烧、灰渣的烧结、破裂、颗粒熔融、骤冷沉珠等，具体如下。

①煤粉的燃烧　煤粉由高速气流喷入锅炉炉膛，有机物成分立即燃烧形成细颗粒火团，充分释放热量。粉煤灰的形成过程，既是煤粉颗粒中矿物杂质的物质转变过程，也是化学反应过程。

②灰渣的烧结　在400℃时，高岭土开始失水形成偏高岭土。当温度超过900℃偏高岭土将形成莫来石和其他无定型石英。伊利石是典型的富铁、镁、钾、钠的黏土物质，当温度超过400℃时开始分解形成铝硅酸盐。

③破裂　大约在800℃时，碳酸盐开始分解放出CO₂生成石灰（CaO），其他碳酸盐也会分解放出CO₂后生成相应的氧化物。

④颗粒熔融　当温度超过1100℃时，石英如果没有与黏土矿物结合，将溶解于熔融的铝硅酸盐中，再随温度升高大约达到1650℃将开始挥发。

⑤骤冷沉珠　灰粒在高温和空气的湍流中，可燃物烧失，灰分聚集、分裂、熔融，在表面张力和外部压力等作用下形成滴状物质飘出锅炉骤冷，固结成玻璃微珠。有些微珠是薄壁中空的微珠，密度比水小而浮于水面上，成为漂珠，而壁厚及无空的微珠密度比水大形成沉珠，漂珠内封闭的气体主要是CO和CO₂。大部分粉煤灰中漂珠的含量相对粉煤灰的量都很少，一般不足1%，沉珠相对粉煤灰的含量较大，一般占粉煤灰的20%～60%。

2.1.3 粉煤灰的收集

我国燃煤电厂均安装有高效除尘器。其中，绝大部分燃煤电厂安装了静电除尘器，采用分组电场静电收尘系统，多为四级电场或者五级电场，得到原状干灰，即干排灰。一般来说，四级电场收集的粉煤灰质量相当于国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）和行业标准《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T 5055—2007）中Ⅰ级灰的要求，三级电场的灰相当于Ⅱ级灰。单机容量达60万千瓦的发电机组，由于其锅炉燃烧充分，在第二或第三电场收集的粉煤灰也可达到Ⅰ级灰的标准，而且质量稳定。部分燃煤电厂采用布袋除尘器、电袋复合除尘器，应用比例逐年升高。下面对上述三种主要除尘设备进行介绍。

2.1.3.1 静电除尘器

（1）静电除尘器特点

静电除尘器是一种较理想的除尘设备。电除尘器一般有3～5个电场，能够分别收集不同粒径的粉煤灰，有利于粉煤灰的综合利用。

静电除尘器有以下的特点：除尘效率高，可以达到99%以上；阻力小，一般在150～300Pa之间；能耗低，处理1000m³烟气大约需要0.2～0.6kW；处理烟气量大，单台电除尘器的烟气处理量可达100×10⁴m³/h；耐高温，普通钢材制作的电除尘器可以在350℃下运行。

（2）工作原理及过程

静电除尘器是在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过施加高压直流电，维持一个足以使气体电离的电场。气体电离后产生的电子、阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，使粉尘荷电。荷电粉尘在电场力的作用下，向电极性相反的电极运动而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当带有离子的颗粒到达极板时就释放离子，而颗粒依附在极板上，随着越来越多的烟尘颗粒的依附，极板上就形成了成片状或团状的尘埃，这时再通过振打机构，使尘埃掉落至灰斗，从而达到除尘的目的。

静电除尘器结构如图2-3所示。

静电除尘器分离尘粒物理过程如下：施加高电压产生强电场使气体电离，产生电晕放电使悬浮尘粒荷电，荷电尘粒在电场力的作用下向电极运动，在电场中被捕集，最后通过振打清灰。

实现除尘必须具备以下基本条件：由电晕极和收尘极组成的电场应是极不均匀的电场，以实现气体的局部电离；具有在两电极之间施加足够高电压，能提供足够大电流的高压直流电源，为电晕放电、尘粒荷电和捕集提供充足的动力；电除尘器应具备密闭的外壳，保证含尘气流从电场内部通过；气体中应含有电负性气体，如O₂、SO₂、Cl₂、NH₃、H₂O等，以便在电场中产生足够多的负离子，来满足尘粒荷电的需要；气体流速不能过高或电场长度不能太短，以保证荷电尘粒向电极驱进所需的时间；具备保证电极清洁和防止二次扬尘的清灰和卸灰装置。

（3）分类

由于各行业工艺过程不同，烟气和粉尘性质各异，对电除尘器提出了不同要求，因此，出现了各种类型的电除尘器。具体如表2-3所列。

（4）循环流化床锅炉的电除尘器

循环流化床锅炉具有可炉内脱（固）硫、低氮燃烧、烧劣质煤和负荷调整范围大等优点，同时不需要昂贵的制粉系统和设备等特点。因此，循环流化床锅炉的烟气特点及烟尘特点不同于常规煤粉锅炉，其电除尘器也不同于常规电除尘器。

循环流化床锅炉一般炉内加钙脱硫，使得二氧化硫SO₂生成量大大减少，同时烟尘中脱硫渣的含量又大量增加，这使得循环流化床锅炉产生的烟尘具有三个明显的特点：一是比电阻高，容易产生反电晕现象；二是含尘量大，容易造成电晕封闭；三是灰尘黏度大，容易造成阳极板、阴极线黏灰。所以，用于这种工况条件下的电除尘器除了常规电站煤粉锅炉电除尘器的通用要求以外，如何防止反电晕现象和电晕封闭现象的产生，如何减少和防止阳极板、阴极线黏灰是保证设计除尘效率和运行安全可靠的技术关键。

针对循环流化床锅炉烟气特点而开发的静电除尘器，有其结构特点。如某种型号的循环流化床锅炉静电除尘器有以下特点。

①极配型式采用新型芒刺线及新型阳极板，电晕电流大，且分布均匀。芒刺线放电时，电风强烈，所以在高含尘量条件下也不会产生电晕封闭。

②阻流加导流气流分布装置的应用，保证了电场内部气流分布的均匀性，明显降低了电除尘本体的压力降。

③在出口封头中的迷宫式集尘均流板，能有效地收集从末级电场“溜”出来的粉尘，对减少“振打损失”，提高除尘效率起到了明显的作用。

④设计合理的振打系统（其中包括被振打的组件），保证了阳极板的最小振打加速度不小于150g，保证清灰效果和电除尘器的持续高效率运行。

2.1.3.2 袋式除尘器

（1）应用情况

采用袋式除尘器实施燃煤锅炉烟尘控制，国内外已有30余年的应用历史。我国在20世纪60年代天津军粮城电厂，80年代昆明普坪村、云南巡检司等多个电厂安装过袋式除尘器。但由于当时滤袋不能满足使用寿命要求等问题，被迫停用、拆除。2001年底，内蒙古呼和浩特丰泰发电有限公司20万千瓦机组工程上首次采用德国低压回转脉冲袋式除尘器技术，安装了新型袋式除尘器，从而开辟了新型袋式除尘器在大型电站燃煤锅炉烟气除尘上的应用前景。随着烟尘排放标准的日趋严格，特利是对PM₁₀及PM_2.5的关注，袋式除尘器在燃煤电厂的应用越来越多，截止2013年底，袋式除尘器容量约0.7亿千瓦，占全国燃煤机组容量的9%左右。

（2）过滤机理

在袋式除尘器中，含尘气体单向通过滤布，尘粒留在滤布的含尘气体侧，而干净气体通过滤布到干净气体侧，当滤布上的积尘到一定厚度时，借助于机械振动或反吹风等手段将积尘除去，从而达到净化气体的目的。与电除尘器相比，袋式除尘器具有以下优点：对煤种的适应性强，对各种不同含碳量的粉煤灰都能达到99.8%以上的除尘效率；对人体有害的微米级及亚微米级的粉尘，捕集效率相对较高。

袋式除尘器的过滤机理主要有下列几种。

①截留　当尘粒到滤布纤维的距离小于尘粒的半径时，在流动过程中被纤维所捕获。

②惯性沉降　当含尘气流通过滤布纤维时，由于尘粒的惯性作用，尘粒将不随从流线的弯曲而射向纤维并沉降到纤维表面。

③扩散沉降　当含尘气流通过纤维时，由于尘粒的布朗运动，尘粒从气流中可以扩散到纤维上并沉降到纤维表面。

④重力沉降　由于重力影响，尘粒有一定的沉降速度，使尘粒的轨迹偏离气体流线从而接触到纤维表面而沉降。

⑤静电沉降　过滤器中的纤维和流经过滤器的尘粒都可能带有电荷，由于电荷间库仑力的作用，也同样可以发生尘粒在纤维上的沉降。

尘粒在纤维上的沉降是几个捕获机理共同作用的结果，其中有一两个机理占优势。

（3）袋式除尘器分类

袋式除尘器的分类标准是以清灰方式进行分类的。根据清灰方法不同，袋式除尘器可分为5大类，见表2-4。

目前，国内用于发电厂的袋式除尘器就清灰方式而言主要有低压旋转喷吹脉冲袋式除尘器、固定行喷吹脉冲袋式除尘器、分室反吹类袋式除尘器。

随着国家废气排放指标的提高，国内燃煤电厂对布袋除尘器的应用已经是大势所趋。旋转喷吹和行喷吹袋式除尘器作为应用于燃煤电厂的两大主流产品有着各自的特点。行喷吹技术由于存在吹灰压力高的特点，安装工艺要求较高，而旋转喷吹作为脉冲技术与常压反吹技术的结合体，在大型燃煤机组上的应用较行喷吹有着更为明显的优势。

（4）滤料要求

滤料是制作袋式除尘器滤袋的重要材料。袋式除尘器的性能在很大程度上取决于滤料的性能，如过滤效率、设备阻力和使用寿命等，这些都与滤料材质、结构和后处理有关。根据袋式除尘器的除尘原理和粉尘特性，对滤料提出了如下要求：清灰后能保留一定的永久性容尘，以保持较高的过滤效率；在均匀容尘状态下透气好，压力损失小；抗皱折、耐磨、机械强度高；耐温、耐腐蚀性好；吸湿性小，易清灰；使用寿命长，成本低。

滤料（滤袋）是袋式除尘器的核心。滤料要适应所处烟气“四高一大一低”比较恶劣的环境条件，即排放烟气温度高及烟气中SO₂、NO_x、O₂含量高；含尘浓度大；滤料阻力低。因此，在袋式除尘器使用滤料时，借鉴但不盲目照搬国外经验，应考虑国内锅炉实际情况，针对性地选用滤料，加快研发适合国情的新型滤料已成为袋式除尘器推广使用的技术关键。滤料的种类繁多，按材质可分为天然纤维、无机纤维及合成纤维。

（5）袋式除尘器的结构

①机械振打袋式除尘器　机械振打袋式除尘器从简单的人工振打清灰到机械振打与逆气流联合清灰具有多种结构形式，但其基本部件都是由滤袋、外壳、灰斗和振打机构所组成。

采用振动器清灰的袋式除尘器如图2-4所示。振动器设于振动架上，滤袋悬挂于其上，振动架通过橡胶垫圈进行减振以减轻对除尘器外壳体的振动。清灰时，由于振动器的振动，使滤袋产生高频微振，粉尘沿袋面滑至灰斗。

②反吹风袋式除尘器　反吹风袋式除尘器的原理是在正常过滤时，含尘气流由管道进入袋式除尘器下部，通过滤袋净化后由排气管排出。反吹时采用停风清灰，打开反吹阀门，反吹气流进入滤袋，滤袋在逆气流的作用下得到清灰。反吹持续时间通常为0.5～1.0min，间隔时间为3～8min，根据含尘浓度及过滤风速而定。清灰越强，阻力越低，但除尘效率降低，通常每次由滤料上清下积灰量的20%～30%为宜。

反吹风袋式除尘器如图2-5所示。

③中心喷吹脉冲袋式除尘器　中心喷吹脉冲袋式除尘器主要由上箱体、中箱体、下箱体组成。上箱体包括支撑花板、排风管、上盖和喷吹装置。中箱体中主要设置有若干排滤袋和上进风时的进风口，下箱体包括灰斗和卸灰阀。含尘气体由进气口8进入中部箱体，由袋外进入袋内，粉尘被阻留到滤袋外表面，净化后的气体经设在滤袋上部的文氏管14进入上箱体，最后由排气口16排出。当脉冲阀开启时，高压空气从喷孔中以极高的速度喷出，使滤袋剧烈膨胀，引起冲击振动，使沉积在滤袋外部的尘粒吹扫下来，落入下箱体3，最后经卸灰阀4排出。

中心喷吹脉冲袋式除尘器如图2-6所示。

④环隙喷吹袋式除尘器　环隙引射器由带插接套管及环形通道的上体和起喷吹管作用的下体组成，上下体之间有一狭窄的环形缝隙（见图2-7）。滤袋清灰时，压缩空气切向进入引射器的环形通道，并以声速由环形缝隙喷出，从而在引射器的上部形成一真空圆锥，诱导二次气流。压缩空气和被诱导的净气组成的冲击气流进入滤袋，产生瞬间的逆向气流，并使滤袋急剧膨胀，造成冲击振动，将黏附于袋上的粉尘吹下。

⑤反吸风袋式除尘器　反吸风袋式除尘器通常都设有若干个过滤室，各个过滤室依次进行反吸清灰，其他仍进行正常过滤（见图2-8）。利用循环烟气反吸风袋式除尘器的优点是：由于滤袋反吸时烟气从邻室吸入透过被清灰的滤袋，通过灰仓吸入风机后，再送入其他滤袋小室进行过滤。因此，在风机前负压大于滤袋阻力（即大于2000Pa）时，系统可不设反吸风机，利用系统主风机进行循环反吸，当系统主风机前负压小于滤袋阻力时，则应在反吸风管道上增设反吸风机。

⑥扁袋除尘器　近年来，扁袋除尘器发展较快，形式多样，几乎可以采用圆袋除尘器中所使用的各种清灰方式，回转反吹扁袋除尘器示意如图2-9所示。这种除尘器为圆筒体，扁袋承辐射形布置在圆筒内，根据所需的过滤面积、滤袋的数目分为1圈、2圈、3圈甚至4圈布置。滤袋的断面成梯形或矩形。

扁袋除尘器的基本原理是含尘空气由上部切线入口进入除尘器内，部分粗颗粒在离心力作用下被分离，气流进入扁袋内，粉尘被阻留在袋外表面，净化后的空气由上部排出。当滤袋阻力增加到一定值时，反吹风机将高压风自中心管送到顶部旋臂内，气流由旋臂垂直向下喷吹，旋臂每旋转一圈，内外各圈上的每一个滤袋均被喷吹一次。这样旋转一圈的时间即为喷吹周期，而在每个滤袋上停留的时间，即为喷吹时间。显然由于内外各圈的周长不同，设在不同圈上的滤袋的喷吹时间不同，外圈喷吹时间短，内圈长。根据入口含尘浓度及过滤风速不同调整旋臂的旋转速度，即可调节喷吹时间和周期。每条滤袋的喷吹时间以0.5s左右为宜，反吹风量取为过滤风量的5倍。

2.1.3.3 电袋除尘器

电袋复合除尘技术（以下简称电袋除尘器）是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除尘理论，由我国自行研发提出的新型除尘技术。电袋除尘技术按布袋区和电除尘器布置的相对位置可分为分体式、整体式、嵌入式结构，其中，整体式结构目前应用最广泛。目前，国内已有多家燃煤电厂应用了该技术，截止2013年底，电袋复合式除尘器机组容量超过0.9亿千瓦，占全国燃煤机组容量的11.5%。

从应用情况来看，电袋复合除尘器在技术指标、经济性上都具有一定优势，除尘效率高，既发挥了电除尘器收集粗颗粒粉尘效率高、能耗低的优势，又发挥了袋式除尘器效率不受煤种影响、微细粉尘收集效率高的特点。但也有一些关键技术问题尚未解决，如结构布置、阴极放电对滤袋的影响和滤袋更换等方面还存在问题，需进一步的突破。

（1）工作原理

电袋除尘器主要由进口喇叭、电场区、滤袋区、清灰系统、振打设施等组成，电袋复合除尘器结构如图2-10所示。电袋除尘器的工作原理是高速含尘烟气流入进口喇叭经缓冲、扩散、均衡后低速进入电场区，在电场高压电晕作用下大部分烟尘被收集，少量烟尘荷电后随气流进入滤袋区由滤袋过滤拦截，从而完成烟气的净化过程。为保证电袋复合除尘器连续正常运行，电场区振打装置和滤袋区清灰系统按设定的程序间歇性工作，及时清除依附于极板和滤袋表面的烟尘。净气室按一定高度设计，便于在内部实现滤袋袋笼的拆装工作。由于电场区在电袋复合除尘器工作过程中改善了滤袋区的工况条件，所以电场区的除尘与荷电作用是电袋技术核心机理的重要内容。

（2）技术特点

电袋除尘器具有电除尘器和布袋除尘器的综合优点，其技术特点如下。

a.长期、稳定的低排放。电袋复合除尘器的除尘性能不受成分、高比电阻等烟尘条件的影响，适应煤种与工况条件更广，可长期保证出口排放浓度稳定≤30（20）mg/m³甚至更低。

b.运行阻力低且便于调控。在电场区的除尘与荷电作用下，滤袋烟尘负荷量少、堆积的烟尘透气性好、粉饼疏松便于清灰，使设备阻力低且便于调控。

c.降低滤袋破损率，延长滤袋使用寿命。电袋复合除尘器利用电场区沉降和捕集了粗颗粒烟尘，减缓滤袋磨损；滤袋区工作于低烟尘浓度下，清灰频率低。

d.操作便捷、维护简单。实践证明，当电袋复合除尘器内部电场区与滤袋区结构合理设置时，各工作区稳定发挥各自的除尘优势，提高运行可靠性，简化了运行操作。由于电场区捕集的烟尘粒径较大而便于清灰，滤袋区烟尘负荷低而工作可靠，出口排放长期稳定。因此，电袋复合除尘器的维护工作量相对较少。

e.节能明显。配置高压电源数量及容量仅为传统常规电除尘器的1/4左右，大幅节省了除尘器电耗；袋区清灰频率低，压缩空气用量少，节省了空压机的电耗；同时，电袋复合除尘器将使脱硫装置GGH和除雾器长期保持清洁状态，避免因堵塞增加风机压损，进一步提高引风机的综合节能效果。

f.捕集细颗粒物（PM_2.5）效率高电场区使细颗粒物发生电凝并，同时滤袋区发挥良好过滤作用，使电袋的捕集细颗粒物（PM_2.5）效率高。

2.1.4 粉煤灰的输送

2.1.4.1 输灰

（1）除灰方式

燃煤电厂除灰系统，就是将粉煤灰收集、输送、贮存的工艺系统，通常分为厂内、厂外两部分。厂内粉煤灰的除灰系统就是将收集到的粉煤灰集中到贮存设施待运，厂外粉煤灰的除灰系统是指由输送设备、管道或车船等将粉煤灰运至储灰场储存或运往粉煤灰用户。

除灰系统一般分为水力和气力二种。除灰系统需要根据电厂的排灰渣量、灰渣的物理性质、锅炉及除尘器的形式、电厂的供水条件、灰场条件以及环境保护和综合利用等条件确定。目前，我国新建燃煤机组基本上采用气力除灰系统，部分老机组仍为水力除灰。水力除灰在我国有比较成熟的使用经验，具有在处理和运输过程中避免灰渣扩散飞扬，运行操作可靠、简便的优点。但也有耗水量大，易造成灰水污染，且灰中氧化钙含量较高时管道易结垢的缺点。为了节水，减少灰水排放和解决灰渣量大等问题，目前，水力除灰向高浓度输送的方向发展。

干法输灰即气力输送，它以空气为介质，是通过压送和抽吸设备及与管道输送粉煤灰的一种干式输送方式。除尘器收集到的干灰可以用负压、微正压或正压浓相输送的方法将干灰送到灰库。与水力除灰方式相比，气力除灰具有以下诸多优越性：节省大量的冲灰水，也不存在灰管结垢及腐蚀问题；在输送过程中，灰不与水接触，故灰的固有活性及其他物化特性不受影响，有利于粉煤灰的综合利用；减少灰场占地，避免灰场对地下水及周围大气环境的污染；系统自动化程度较高，所需的运行人员较少；设备简单，占地面积小，输送路线选取方便，布置上比较灵活；便于长距离集中、定点输送等。20世纪80～90年代，原水电部、能源部及《火电厂设计规程》即要求“干灰干排”。

（2）气力除灰的灰粒输送状态

粉煤灰颗粒在气力输送管道中的运动状态在输送管道中，粉体颗粒的运动状态随着气流速度与灰气比的不同，有显著变化。气流速度越大，颗粒在气流中的悬浮分布越均匀；气流速度越小，颗粒则越容易接近管底，形成停滞流，直至堵塞管道。粉体颗粒在输送管中运动状况一般可分为6种类型。

①均匀悬浮流　当输送气流速度较高，灰气比很低时，粉粒基本上以接近于均匀分布的状态在输送管气流中悬浮输送。

②管底流　当输送气流速度减小时，在水平管中颗粒向管底聚集，越接近管底，分布越密，但尚未出现停滞，颗粒一边做不规则的旋转，碰撞，一边被输送走。

③疏密流　当输送气流速度再降低或灰气比进一步增大时，则会出现的疏密流，这是粉体悬浮输送的极限状态。此时，气流压力出现脉动现象，密集部分的下部气流速度小，上部气流速度大，整体呈现边旋转边前进的状态，也有一部分颗粒在管底滑动，但尚未停滞。

④集团流　当疏密流的气流速度再降低，则密集部分进一步增大，其速度也降低，大部分颗粒失去悬浮能力而开始在管底滑动，形成颗粒群堆积的集团流，粗大颗粒透气性好，容易形成集团流。由于在管道中堆积颗粒占据了有效流通面积，所以，这部分颗粒间隙处气流速度增大，因而在下一瞬间又把堆积的颗粒吹走。如此堆积，吹走交替进行，呈现不稳定的输送状态，压力也相应地产生脉动。集团流只是在气流速度较小的水平管和倾斜管中产生，在垂直管中，颗粒所需要的浮力，已由气流的压力损失补偿了，所以，不存在集团流。因此，在水平管段产生的集团流，运动到垂直管中时，便被分解成疏密流。

⑤栓塞流或栓状流　堆积的物料充满了一段管路，不容易悬浮的粉料容易形成栓状流，栓状流的输送是靠料栓前后压差的推动。与悬浮输送相比，在力的作用方式和管壁的摩擦上，都存在原则性区别，即悬浮流为气动力输送，栓状流为压差输送。

⑥部分流　栓塞流上部被吹走后的过渡现象所形成的流动状态。在粉体的实际输送过程中，经常出现栓塞流与部分流的相互交替，循环往复的现象。当气流速度过小或管径过大时，出现部分流，气流在上部流动，带动堆积层表面上的颗粒，堆积层本身做沙丘移动似的流动。

（3）气力除灰系统类型

①正压系统　根据输送压力的不同，将气力除灰方式分为正压系统和负压系统两大类。其中大仓泵正压输送系统、气锁阀正压气力除灰系统、小仓泵正压气力除灰系统、双套管紊流正压气力除灰系统、脉冲气力式栓塞流正压气力除灰系统等统归为正压系统。对正压系统来说，浓相系统是主流发展方向，主要特点：a.较高的灰气比。灰气比可达30～100kg/kg，而常规稀相系统为5～15kg/kg。因此其空气消耗量大为减少，在多数情况下，浓相正压气力除灰系统的空气消耗量约为其他系统的1/3～1/2。b.供气系统投资降低。供气不必再使用大型空气压缩机，采用性能可靠的小型螺杆式空压机即可。c.布袋的使用寿命长。输灰系统输送入灰库的气量较少，因而灰库上的布袋过滤器排气负荷大大降低，从而为布袋过滤器的长期运行提供了可靠保障，延长了布袋过滤器的使用寿命。d.投资省。在相同出力的情况下，所用管道管径大为减小。由此可选用轻型管道支架，安装方便，节省投资。e.输送速度低。浓相系统平均流速在8～12m/s，为常规稀相系统的1/3～1/2。输灰管道磨损大为减小，采用普通无缝钢管即可，只在弯头部位采用耐磨材料或增加壁厚。f.输送距离远。单级当量输送距离可达1500m，对于更长距离的输送，可采用中间站接力的方式解决。

采用正压系统的主要由多泵制正压气力输灰技术、紊流双套管气力除灰技术、脉冲栓流气力除灰等。

a.多泵制正压浓相气力除灰系统是指采用SCM型上引式密相泵为输送仓泵，以若干台仓泵作为一个输送单元，同一输送单元的仓泵采取同步运行的方式，一个输送单元的仓泵为一个运行整体，对其控制就像对单台仓泵的控制，一个输送单元调协一组进气阀组件、一个出料阀。多泵制正压浓相气力除灰系统达到了20世纪90年代国际先进水平，填补了国内除灰行业的正压浓相气力除灰系统多泵制运行的空白，使正压浓相气力除灰系统应用于电厂大机组运行成为可能。该系统已成功地应用于多家电厂。多泵制正压气力除灰系统有以下特点：系统配置相对简单，最大限度地减少了出料阀的数量，使系统运行更加可靠、安全；系统各仓泵之间运行切换相对较少，出力比一般的正压浓相气力除灰系统高；系统维护工作量及维护费用相对较少；适用于30万千瓦及以上大型机组干除灰系统。

b.双套管气力除灰系统的工艺流程和设备组成与常规正压气力除灰系统基本相同，即通过压力发送器（仓式泵）把压缩空气的能量（静压能和动能）传递给被输送物料，克服沿程各种阻力，将物料送往贮料库，但是紊流双套管系统的输送机理与常规气力除灰系统不尽相同，主要不同点在于该系统采用了特殊结构的输送管道，沿着输送管道的输送空气保持连续紊流，这种紊流是采用双套管来实现的，即管道采用大管内套小管的特殊结构形式，小管布置在大管内的上部，在小管的下部每隔一定距离开有扇形缺口，并在缺口处装有圆形孔板。正常输送时大管主要走灰，小管主要走气，压缩空气在不断进入和流出内套小管上特别设计的开口及孔板的过程中形成剧烈紊流效应，不断挠动物料，当因物料低速在管道中输送而在某处发生物料沉积时，料堆前方的压力增高，迫使输送气流进入内管，进入内管的气流从下一处开口以较高的流速流出，从而对该处堵塞的物料产生扰动和吹通作用，从而使物料能实现低速输送而不堵管。紊流双套管系统独特的工作原理保证了除灰系统管道不易堵塞，即使短时的停运后再次启动时，也能迅速疏通，从而保证了除灰系统的安全性和可靠性。

c.脉冲栓流气力除灰的工作原理是：将物料装入栓流泵罐内，在压缩空气压力的作用下，物料从罐体排料口排出，进入排料管道，在管道中形成连续的较为密实的料柱，“气刀”在脉冲装置的控制下间歇动作，将料柱切割成料栓，在输送管道中形成间隔排列的料栓和气栓，料栓在其前后气栓的静压差作用下移动，这种过程循环进行，形成栓流气力输送。最大的特点是利用气栓的静压差将料栓推移输送，而常见的气力输送则是凭借输送气体的动压进行物料的携带输送。

②负压系统　利用抽气设备的抽吸作用，使除灰系统内产生一定的负压，使灰与空气混合，一并吸入管道，这种输送方式归为负压系统。由于系统内的压力低于外部大气压力，所以不存在跑灰、冒灰现象，系统漏风不会污染周围环境；又因其供料用的受灰器布置在系统始端，真空度低，故对供料设备的气密性要求较低。供料设备结构简单，体积小，占用空间高度小，适用于电除尘器下空间狭小不能安装仓泵的场合。但也有其缺点：对灰气分离装置的气密性要求高，设备结构复杂，这是因为其灰气分离装置处于系统末端，与气源设备接近，真空度高。并且，由于抽气设备设在系统的最末端，对吸入空气的净化程度要求高，故一级收尘器难以满足要求，需安装2～3级高效收尘器；受真空度极限的限制，系统出力不大、输送距离不远；系统输送速度大，灰气比低，管道磨损严重。

2.1.4.2 除渣

（1）水除渣

水除渣工作原理是锅炉炉渣掉入锅炉膛底部的一个水池（既做炉底密封，防止冷空气进入炉膛，又冷却灰渣粒化），在炉底灰斗下面装有破碎机，使炉渣破碎到一定的颗粒以使水力冲渣器能把破碎后的细渣在管道中冲走，再通过水力冲渣器把炉渣通过管道冲到沉渣池，炉渣在渣池沉淀，炉渣可以用挖掘机或抓灰斗捞出，通过输送机械运走。老电厂一般采用灰、渣混排的办法把渣打到灰场上，这种方法对粉煤灰的综合利用不利。

（2）干除渣

干除渣的工作原理是炉底渣由锅炉渣斗下落，大的渣块落到液压破碎机的隔栅上，小于200mm渣块落到钢带输渣机的输送钢带上，隔栅上的大渣块待充分燃烧后经破碎机挤压头挤压破碎，成为较小渣块，落到输送钢带上。高温炉渣由输送钢带送出，送出过程中的热渣被冷却成可以直接储存和运输的冷渣。冷却用的空气是利用锅炉炉膛负压的作用，由输渣机壳体进风口吸入设备内部，被渣加热后的热空气直接进入炉膛，将热渣从锅炉带走的热量再带入炉膛内，从而减少锅炉的热量损失，提高锅炉的效率。炉渣在输渣机出口经碎渣机破碎后，进入中间渣斗贮存，然后通过集中输送系统将炉渣送至储渣仓贮存，集中到储渣仓的炉渣通过卸料机构定期装车运走。干式排渣系统的运行由电气控制系统进行自动控制。实现数据采集和处理过程控制，对监测到的故障信息进行保存、报警，保证了系统的安全运行。集中输送系统有负压气力输送系统、正压气力输送系统、链斗输送系统、二级钢带输送系统可供选择。

干除渣的主要技术特点包括：干式排渣系统不需要用水冷却，不需要湿式排渣系统的后处理设备，占地面积少，而且不会出现大焦落入捞渣机水槽中（湿式除渣）可能造成的事故；干式排渣系统排出的渣为干渣，干渣中的氧化钙未被破坏，可直接用于建筑材料，干渣的综合利用效益好；钢带输渣机中渣的输送和冷却同时进行，冷风进入钢带输渣机后和热渣接触，将渣冷却；渣中未完全燃烧的碳在输送钢带上继续燃烧，燃烧后的热量和热渣中所含的热量，由风带入炉膛，减少炉膛热量损失，提高了锅炉的效率。

炉底排渣系统工艺流程如图2-11所示。

2.1.5 粉煤灰的加工处理

粉煤灰的细度不同，对硅酸盐水化产物的影响也不同，细度越细，其活性越高。同时，由于粉煤灰中玻璃微珠在细粒径范围内相对富集，致使细灰的需水量亦比粗灰的要少。

为确保掺粉煤灰的混凝土制品的质量，世界各国都制定了相应粉煤灰质量标准或应用技术规程，并都以粉煤灰细度作为划分粉煤灰品质（或等级）的主要依据。如GB 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定：C20以上混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰；C15以下的素混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。对于我国电厂排放的粉煤灰，有80%以上为Ⅲ级粉煤灰或等外灰，因此对粉煤灰磨细加工、分级等，不仅可确保电厂所供应的不同品种粉煤灰的质量，并可使其更合理地开发利用，进一步提高粉煤灰利用的技术和经济效益。

2.1.5.1 分选

我国粉煤灰分选技术始于20世纪80年代，90年代初开始出现以蜗轮式分选机为代表的工业型装置，并在国内一些电厂投入使用。90年代中期，以蜗壳式分选机为主导的分选技术得到发展，并开始为三峡工程建设提供分选灰。到90年代后期，受三峡等水利工程建设和城市建筑业发展的拖动，出现了粉煤灰产品生产和应用市场两旺的行情。

分选技术基本来自国外。外循环叶轮式分选装置基本来自日本O-sepa分选机；其他几种类型的外循环涡壳式分选装置基本均来自美国Buell分选技术。实际上，我国分选设备（主要指分选机、收集器）的制造水平和单机运行性能已经接近或达到国外水平。

从系统配置角度讲，国内系统及设备的配置更符合国内技术和设备制造的水平和条件，因此，可操作性强、经济实用，运行维护方便。

2.1.5.2 磨细

磨细工艺改善原状灰品质的作用机理首先将需水性大、结构疏松的碳粒、多孔玻璃体和各种黏连体碾碎，减弱或消除了这些颗粒成分的不良影响，其次是改善了界面状态。此外，通过磨细处理，提高了粉煤灰总体的均匀性，这对于促进粉煤灰商品化和资源化具有重要意义。磨细灰目前已成为国内主要的适用于混凝土的商品性粉煤灰。表2-5为上海等电厂粉煤灰在磨细前后性能的变化。

2.1.6 粉煤灰的贮存

贮存方式　灰渣的贮存方式分湿法贮灰与干法贮灰。湿法贮灰运行简单、费用低，无噪音，无扬尘，但贮灰场一次投资较高，运行中要耗用较多的水，且要解决灰水的渗漏问题。近年来，极少数电厂采用湿法贮存。干法贮灰场一次投资较少，可以更有效地利用贮灰场的面积与容积，贮灰用水量少，无灰水渗漏，但需解决噪声与飞尘问题，需要运输和辗压机具。随着粉煤灰综合利用率提高、水资源的短缺以及灰水污染的要求越来越严格，加之灰水循环处理系统成本的提高，干法贮灰已成为新、改、扩建燃煤机组的首选方案。

近年来，各地的粉煤灰供应部门相继建设大型粉煤灰贮存钢板库，以解决粉煤灰供应与综合利用在运转时间上不一致的问题，促进了粉煤灰的有效利用。我国大型钢板仓的应用始于2007年，当时贮存物料主要是水泥，目前，水泥钢板仓已全面推广应用。从2008年开始逐步应用到粉煤灰存贮领域。粉煤灰大型钢板仓的规格从最初的Φ20m×19.6m，单库贮存容量5000m³，发展到目前Φ60m×45m，单库贮存容量11.6×10⁴m³的超大型粉煤灰贮库。

粉煤灰大型钢板仓的设计、制造、验收标准主要参照《焊接式散装水泥钢板筒仓》（SB/T 10743—2012）。大型钢板仓是一种落地式钢板材仓，其结构如图2-12所示。大型钢板仓的入料工艺一般有两种方案：第一种方案为电厂除尘器下安装单仓泵直接用气力输送管道送入钢板仓内，当输送距离小于1500m时，多采用此方案；第二种方案为用粉体散装汽车输送方式。出料过程主要分为卸料过程、均化过程及输送过程。

大型粉煤灰钢板仓出库输送工艺一般有两种形式：一是利用提升机垂直运输。用斜槽或气力输送管道将物料送入提升机，利用斗式提升机进行垂直输送，物料从提升机出来经斜槽送入散装仓或配料仓进行中间存放，汽车从散装仓接料，如图2-13所示；二是采用气力提升运输方式，即用气力输送管道将物料直接提升到散装仓，如图2-14所示。