论文总字数：22512字

摘 要

：本文介绍了灰中残炭分离的意义及方法。残炭的分离使得煤和生物质燃烧灰得到更好的二次利用，有益于环境的保护和经济的发展。通过灰颗粒粒径的大小筛分燃烧灰，来研究残炭的分布特征；通过灼烧测烧失量的实验，来观察燃烧灰中灰的粒径大小与在此范围内的碳含量(烧失量)大小的关系，得出灰的碳含量随灰粒径的增大而增大的结论。通过对四个样品的浮选，酸洗，干燥，可以将样品的含碳量提高,来研究残炭的形貌特征。用SEM电子显微镜观察与测定燃烧灰的成分，从而确定四个样品中残炭的形貌特征。本文主要研究煤和生物质燃烧灰中残炭的特征，了解国内外煤和生物质燃烧灰利用的现状。灰的成分受生物质，煤炭的种类，锅炉内的燃烧条件，燃烧温度等条件的影响，可能会产生不同的含碳量(烧失量)。灰的含碳量(烧失量)越低，资源化程度越高。通过降低粉煤灰和生物质灰的含碳量才能够直接有效的将粉煤灰和生物质灰的品质提高，从而有更高的价值。首先，由于煤和生物质燃烧灰中有残炭存在，可以对残炭进行再利用，加工成其他产物；其次,对于燃烧灰来说，通过减少灰中的含碳量，得到含碳量更低的煤和生物质燃烧灰，使得燃烧灰在化工，建筑，农业等行业中得到更好的利用。

通过本文所做的几个实验，虽然不能完全展示出煤和生物质燃烧灰的全貌，但可以看出燃烧灰一定的性质，描述出煤和生物质燃烧灰中残炭的特征。

关键词：粉煤灰，生物质灰，筛选，脱碳，残炭的形貌特征

The Characteristic of the Carbon Residue in the Fly Ash of the Coal amp; Biomass

03011220 Qian Jianuo

Supervised by Zhang Jun

Abstract：This paper mainly studies the characteristics of the carbon residue in the coal and biomass burning ash, understanding the current situation of coal and biomass`s combustion ash utilization at home and abroad. Ash composition may be influenced by the types of biomass and coal, the boiler combustion conditions, and the influence of the combustion temperature and so on, to produce different carbon content (LOI). The lower carbon content (LOI) in the ash, the higher the degree of utilization is. Reducing the carbon content of fly ash of biomass and coal can be directly effective to improve the quality of fly ash, which make it a higher value. Firstly, the carbon residue can be recycled or processed into other products because there are residual carbon in fly ash of coal and biomass; Secondly, for fly ash of coal and biomass, we can get a lower carbon content of fly ash coal and biomass by reduce carbon content in the fly ash, which makes the fly ash has the better use in the chemical industry, construction, agriculture and other industries.

This paper introduces the significance and the method of separation of carbon residue in fly ash of coal and biomass. The separation of carbon residue makes the fly ash of coal and biomass get better secondary use, which is good for environment protection and economic development. We can screen different size of fly ash’s particle of biomass and coal to study the distribution features of the residual carbon. We can observe the relationship of the size of fly ash’s particle of biomass and the carbon content (LOI) by the experiment of measuring burning loss of fly ash. It is concluded the conclusion that the carbon content of fly ash increase by fly ash particle size increasing. Through the flotation, pickling, drying, calcination of four samples, the carbon content of the sample can be raise and can be used to study the morphology characteristics of the carbon residue. The fly ash of coal and biomass can be observed by SEM electron microscope to determine the morphology characteristics of the four samples of carbon residue.

In this paper, some experiments, although not fully show the whole picture of coal and biomass combustion ash, but can be seen burning ash properties and describe the coal and the characteristics of the carbon residue in the ash of biomass and coal.

Key words: coal ash; biomass ash; scree decarburization; the characteristic of the carbon residue

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景及意义 1

1.2课题的研究和利用现状 2

1.2.1国内和国外的煤和生物质灰的综合利用及其利用范围 4

1.2.2粉煤灰综合利用研究新进展 5

1.3煤和生物质燃烧灰中残炭分离的意义及方法 5

1.3.1煤和生物质燃烧灰中残炭分离的意义 5

1.3.2煤和生物质燃烧灰中残炭分离的方法 6

第二章 煤和生物质燃烧灰中的残炭的分布特征 7

2.1煤和生物质燃烧灰灰样的颜色 7

2.2煤和生物质燃烧灰中碳含量的测定 7

2.2.1方法提要 7

2.2.2基本过程 8

2.2.3数据分析与结果 8

2.3煤和生物质灰的筛分试验 10

2.3.1实验方法及步骤 10

2.3.2.实验数据及分析 11

2.3.3实验结论 13

第三章 煤和生物质燃烧灰中残炭的形貌特征 14

3.1浮选粉煤灰及生物质灰脱碳实验 14

3.1.1试验方案及所用材料 14

3.1.2试验过程及结果分析 15

3.2 浮选酸洗后的粉煤灰和生物质灰的SEM分析 17

第四章 全文小结 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

现代中国的粉煤灰主要来自燃煤电厂，电厂中煤炭在经过锅炉的燃烧后剩余的废渣为粉煤灰的主要组成。因为煤的类别，煤的燃烧技术，锅炉的运行的情况等各种不同原因，燃料在锅炉中的燃烧并不会充分完全，仍然会有一些在粉煤灰中留存。因此如果粉煤灰中未燃尽的废渣中碳含量较高的话，它将无法直接拿来参与二次的使用。

据统计，在中国的150个电厂中，粉煤灰的烧失量大于5%的占61%，大于8%的占43%、大于15%的占18%^[1]。在国外先进的国家中，粉煤灰的排灰率为燃煤量的13%至22%，即使按最低的5%来计算，每一年都还是会有760万吨以上的纯碳因为电厂粉煤灰的排放而从电厂中流失。更何况，虽然我国各地的电厂的粉煤灰排灰率虽然都各有不同，但平均都在20%以上，甚至有少数电厂高达40%。这不仅增加了粉煤灰的排放量，同时也是我国煤炭资源的巨大浪费，更严重的是影响了粉煤灰的综合利用。含碳量高会导致粉煤灰的利用不充分，或者只能进行低价值利用，如修筑路堤、道路基层、制砖、回填等。另外，粉煤灰的含碳量越高，导致粉煤灰的资源化程度越低，价值越小。此外，由粉煤灰中未燃碳的结构分析可知，粉煤灰作为一种新的材料，其中未燃尽的碳的存在形式大部分是单体形式，如果可以把粉煤灰中的残炭通过分选的方法分离出来，并且进行进一步的加工，即可获得高品质，高性能的产品，那就可以节约大量的能源。

这几年，中国的能源行业得到了大力的发展，发电能力的增长幅度达到每年7个点。能源行业的快速进步，同时也造成了大量的粉煤灰的产生。热力发电厂的粉煤灰排放量每一年都在逐渐上升。1996年我国的粉煤灰排放量达到1.25亿，到2000年4年间，粉煤灰的排放量增长了0.25亿，2010年时，增长幅度更是大幅上升，我国粉煤灰的排放量达到3亿吨，给我国的国民经济的发展与和谐的生态环境建设造成了巨大的破坏。同时，我们都知道，中国虽然资源丰富，但是由于国家人口数量巨大，人均占有资源储量非常的有限。所以只有通过粉煤灰的综合利用，将粉煤灰从废渣变为能源材料，才能够真正的支持我国的经济建设，成为我国经济建设中不可或缺的重要一环；才能真正解决困扰我国电力生产部门已久的电力生产方面对资源的浪费，对环境的污染等问题。

我国是个产煤大国，将煤作为电力生产基本原料。在火力发电的过程中，粉煤灰是必然的生产废弃物，每一吨粉煤灰的产生就是四吨煤炭的消耗。从2002年起，我国的火电机组装机容量出现爆炸式的增长，在已经过去的8年里，粉煤灰的排放量翻了2.5倍。2009年，我国粉煤灰的排放量增长到了3.75亿吨。然而同时，在粉煤灰的综合利用中的实际情况是回收利用率连60%都达不到，只有堪堪达到30%而已。

从生物质灰的利用来讨论，生物质能源因为它的可持续利用，优惠的价格和高效的使用效率而成为一种最为潜力和最有效果的一种能源的开发。生物质能源的燃烧能够使CO₂的排放量得到降低。然而，在生物质能源燃烧的同时，也产生了生物质灰等灰渣，对环境产生了不好的影响，生物质燃烧灰大概占生物质燃烧总量的6.8%，据估算，现阶段，我国色生物质灰年产量约在1.234吨左右^[2]。

对于粉煤灰和生物质灰的含碳量来说，能够找到降低粉煤灰和生物质灰的含碳量的方法不是那么容易。因为对于粉煤灰和生物质灰的含碳量来说的影响因素非常的多，包括有锅炉本身以及运行等的问题还有原煤和生物质的问题。

如果要解决粉煤灰和生物质灰中的残炭问题，需要从多个方面来进行分析。只从单一的方面来分析入手会很困难，通过进行未燃碳随粉煤灰和生物质灰粒径分布的试验研究，可以在一定程度上反馈出各种粉煤灰和生物质灰的特点。

1.2课题的研究和利用现状

粉煤灰的烧失量过高不利于综合利用，所以只有通过降低粉煤灰的烧失量才能够直接有效的将粉煤灰的质量提高。第一，将原煤在锅炉内的燃烧效率增加，从开始出发，使得粉煤灰的烧失量降低，能够提高燃烧的质量；第二，尽量从燃烧灰中提取分选残炭，提高残炭的利用率。

现在我国对粉煤灰的处理方法大部分是采取倒入江河湖海中，或者聚集堆放在灰场中，只有极为少数的品质比较好的粉煤灰得到了再次利用。用卸入江河，海洋中或放在灰场中这种处理方式处理粉煤灰不仅会造成对环境的严重污染，而且也是对水资源，土地资源和大量金钱的浪费。所以研究粉煤灰的综合再利用和开发对于人类和地球环境来说都非常的重要，因为粉煤灰的优越性和良好的性能，美日英德等一些比较发达的工业国家都选择把粉煤灰的综合利用和开发作为国民生产发展道路上重要的一部分，多个国家将粉煤灰的开发作为一个新资源的重点。在交通，化工冶金，建筑，农业等很多方面来说，粉煤灰都已经开始被广泛地运用了^[3]。所以只有具体了解粉煤灰的形成及特点，才能了解粉煤灰的用途，理解粉煤灰脱碳的意义，从各个方面了解粉煤灰，认识粉煤灰，利用粉煤灰。

1)．粉煤灰的形成及特点

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