摘要：本文通过循环流化床锅炉在露天矿山的应用，介绍了循环流化床锅炉在矿山环保治理中的作用及锅炉灰渣利用的集中有效途径，为大型矿区淘汰污染重、效率低的小锅炉，发展循环流化床锅炉提供可靠的理论依据。
关键词：露天煤矿 循环流化床锅炉 环保
1 概述
我国是一个以煤为主要能源的国家，煤在一次能源结构中约占75%。煤的燃烧带来了严重的污染，随着我国对环境保护的重视，国家鼓励一些节约能源、清洁燃烧型锅炉的建设，循环流化床锅炉是一种燃料适应性广、低污染清洁燃烧技术的锅炉，近年来在我国的矿山中得到了广泛的应用。
2 目前我国露天矿山环保现状
2.1 煤矸石污染 煤矿煤矸石产量较大，一般可达原煤产量的20%～30%，据有关资料显示，我国每年排出煤矸石约2亿吨，大部分被弃置不用，因此使我国的土地资源利用率降低，其次就是由于煤矿煤矸石大面积的堆放，占据耕地资源使得耕地资源变得贫瘠，不能合理利用。而露天堆放的煤矸石由于长时间被风吹日晒雨淋，将被风化粉碎，就产生大量扬尘来污染环境；而煤矸石被水冲刷后会崩解，从而产生粉尘，在风力的作用下，将会恶化城市大气的质量。而且在煤矸石中含有大量的残煤、弹指泥岩和废木材等可燃物，其中除了构成煤矸石自然的C、S物质基础外，煤矸石还含有粉尘、SiO2，A12O3以及Fe，Mn等常量元素外，也有Pb、Sn、As、Cr等微量重金属元素这些都是易燃物质。在露天堆放的煤矸石经过风吹日晒雨淋后，还会产生酸性水严重污染周围的土地和水体。所以我们要妥善处理煤矸石，避免因为堆放不合理造成的坡体滑动、崩塌等现象。尤其是在暴雨季节，山区发生泥石流会殃及下游的农田和河流人员安全。
2.2 大气污染 矿山工业用锅炉大多是小型燃煤锅炉，锅炉本体设计制造中没有充分考虑提高燃烧效率、降低锅炉出口原始排尘浓度问题，同时大部分锅炉没有安装脱硫设备，除尘效率极低，造成了污染物排放超标，严重污染大气。
2.3 能源浪费 煤矿小型燃煤锅炉没有专门的破碎、筛选系统，燃料粒度不均匀，大颗粒不能充分燃烧，低渣通常呈深灰色，燃尽率只有60%左右，造成燃料的严重浪费。
3 循环流化床锅炉
循环流化床锅炉在治理煤矸石污染、大气污染和节约能源三个方面都能起到良好的作用，对矿山环保起到至关重要的作用。
3.1 利用煤矸石作为燃料，变废为宝 循环硫化床锅炉燃料适应性广，在循环流化床锅炉中按重量计，燃料只占床料的1%～3%，其余都是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣。因此，燃料进入炉膛后很快与大量床料混合，被迅速加热至着火点以上，而床温没有被明显降低。上述特点就可以使循环流化床锅炉不需要辅助燃料，既可以使用优质煤，也可以使用劣质煤。如高硫煤、高灰煤、煤矸石、煤泥等。煤矸石发热量一般在3300～6200KJ/Kg，能充分适应循环流化床锅炉的燃烧性能。
3.2 环保性能好 循环流化床锅炉可向炉内加入石灰石、白云石等脱硫剂去除燃烧过程中产生的二氧化硫。脱硫剂的加入量主要根据燃煤含硫量的大小而确定。一般情况，在Ca/s摩尔比2～2.5时，脱硫效率大于90%，并要求控制脱硫剂粒径为0～2mm。此外，循环流化床锅炉床温通常控制在850～950℃范围内，这不仅利于脱硫，而且可以控制NOx氮氧化物的产生。目前，循环流化床锅炉普遍采用分级送风，对控制NOx的产生有明显的作用。循环流化床锅炉NOx生成量仅为煤粉炉的20%～30%。
3.3 燃烧效率高 循环流化床锅炉燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，燃烧效率通常在97.5%～99.5%之间，特别是对粗粒径煤燃烧，大部分未燃尽的燃料可以被再循环至炉膛重复燃烧。
3.4 集中供热，减少小型锅炉的运行数量 煤矿使用的工业锅炉，蒸发量小，分布点多、台数多、供暖管道不集中，热损失大、锅炉烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放治理比较困难，达标率不高。循环流化床锅炉的建设，既能实现集中供热、热电联产，也能发挥其良好的除尘、脱硫等清洁燃烧的性能。
4 循环流化床锅炉灰渣综合利用
4.1 生产水泥 循环流化床锅炉的燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，活性较好。
水泥是一种水硬性胶凝材料，我们根据成分可以分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥等三种。水泥品质指标分为七项，包括氧化镁（<5.0%）、三氧化硫（<3.5%）、烧失量（≤5.0%）、细度、凝结时间、安定性和强度等。从化学组成看，循环流化床锅炉灰渣的主要化学成分是SiO2、Al2O3和CaO等，因此可以作为生产水泥的原材料，目前炉灰渣也广泛应用于水泥生产中。
4.2 生产多种形式砖 ①蒸压煤矸石灰渣砖：蒸压煤矸石灰渣砖的原材料为煤矸石灰渣、磨细生石灰、石膏、骨料。胶结料的配比为石灰19%，石膏5%～7%，其余为煤矸石和灰渣，骨料与胶结料比为2.5。②烧结砖：烧结煤灰砖是以煤灰（灰渣）和粘土为主要原料，再掺加其他工业废渣，经配料、混合、成型、干燥及焙烧等工序而成的一种新型墙体材料。③免烧砖：它的主要原料为煤矸石、煤矸石灰渣及来源于石料厂、钢铁厂的工业废渣，其他辅料为石灰、水泥、石膏、添加剂等。它的成型机理是：灰渣、煤矸石、炉渣等含有较高氧化硅、氧化铝、氧化铁的工业废渣，经原料混合轮辗后，充分水化形成硅、铝型玻璃体。④煤灰水浸砖：煤灰水浸砖是以80%左右的煤灰为原料，加入20%左右的石灰作胶结料，另少量的石膏为外加剂。经过混合、搅拌、沉化、成型、晾干后再经化学浸液、加温浸渍而成的一种新型墙体材料。
4.3 用于化学工业 灰渣中的组分与常用的填料基本相同，只是在含量上有差别。例如灰渣中的SiO2起到增强、补强作用，代替常用的粘土、白炭黑；A12O3起增量作用，可代替特种碳酸钙；CaO可起增量补强作用，作用相当于轻质碳酸钙、重质碳酸钙、特种碳酸钙；SO3可代替通常加入的硫起硫化剂的作用；未燃尽的可燃物起到炭黑的作用。研究和应用发现，灰渣补强性能与半补强炭黑的性能相当，并具有永久变形小、相对密度小、弹性好的优点。并且混炼、压出工艺性能良好，同时它还具有煤制填料的性质。可做为高分子材料填充剂、作PVC的填充料、作橡胶填料。
4.4 用于农业 灰渣在农业中的应用，实际上是通过改良土壤、覆土造田等手段，促进其发展的，以便达到提高农作物产量、优化生态环境等目的。
①改良土壤的碱性，对含脱硫产物和脱硫剂较高的循环流化床灰渣，因自由CaO和H2O反应生成Ca（OH）2，使灰渣呈碱性，因此，此种灰渣可用于农田、恢复酸性矿地、中和工业废料等方面。石煤渣也是强碱性物质，pH值在10～12以上，所以直接施用石煤渣后可以不同程度地提高土壤的碱度。石煤渣很适合在南方酸性土壤中施用，特别是在南方缺钾需硅的酸性水稻田里施用，更有良好的作用。②促进土壤中有机质的分解：石煤渣含有钙、镁等盐基离子，由于碱性强，盐基离子多，能促进土壤有机质的分解，对改善土壤的供肥和保肥能力有一定的作用。③提高土壤温度：石煤渣是热性材料，遇水后有一个放热过程，并且由于石煤渣多为灰黑色和黑色，有吸收太阳光能的作用，因此可以提高土壤温度。④可以不同程度地供给作物的各种营养需要：研究表明，燃烧后的石煤渣中含Si 40%～50%，P 0.5%，Mg 1%～2%，K 2%～4%。硅是水稻需要最多的一种元素，镁是构成作物叶绿素不可缺少的元素，钾能促进作物对氮的吸收，故而增强抗病性和抗倒伏性。
5 结束语
循环流化床锅炉的使用对矿山环保能发挥巨大作用，并且在全国呈推广趋势，煤矿在建设循环流化床锅炉时，应结合实际，注重实效，充分发挥其煤矸石资源优势，在环保建设上借鉴先进经验，实现环境效益和经济效益的同步增长。
参考文献：
[1]朱皑强，芮新红.循环流化床锅炉设备及系统[M].中国电力出版社，2004.
[2]李化建.煤矸石的综合利用[M].化学工业出版社，2010.
[3]史培甫.工业锅炉节能减排应用技术[M].化学工业出版社，2009.