餘燼中的資源——煤灰

▓撰文：張育誠、吳國光、焦鴻文

煤炭經過鍋爐燃燒後，所產生的煤灰與一般廢棄物焚化所產生的灰燼性質有所不同。主要因為燃煤鍋爐之煤灰成分較為單純，在品質控制良好下，不但可成為再利用之副產品，同時能降低燃料之消耗量。

煤灰是否可供資源化再利用，端視煤灰品質而定，一般而言，煤灰中所含的未燃碳為最主要左右燃煤煤灰品質的因子。煤灰中未燃碳的含量，與燃煤鍋爐型式、煤炭種類、燃燒狀況等因素息息相關，因此，煤灰中未燃碳含量之多寡，為燃煤機組燃燒效率良窳與煤灰再利用率之重要指標，除可減緩國內自然資源之耗竭速率，對於國家之整體資源亦具正面意義。

煤灰成分

煤灰約占燃煤鍋爐燃燒廢棄物中80％以上，目前台灣現有掩埋場地有限且闢建不易，無機事業廢棄物已面臨掩埋場地不足的困境，再加上國內又有天然骨材過度開採的問題，實有必要針對無機事業廢棄物進行資源化利用之研究，以妥善解決無機事業廢棄物的處置問題及天然骨材過度開採問題。

煤灰不僅化學性質穩定，物理上亦見許多優越的性質，經由實驗及現場應用的結果，煤灰應用於工程材料的基本特性已被普遍接受，其用途廣泛深具開發評估之價值。研究結果顯示，影響煤灰性質之因素，包含：煤源種類、鍋爐燃燒方式、機組負載、煤炭細度、燃燒控制、集灰方法等影響，其中煤灰化學成分，主要取決於煤礦品質良窳及其他物質之相對含量，一般煤炭中金屬成分包括：Al、Fe、Ca、Mg、K、Na及Ti等氧化物，或非金屬成分Si、S等。

煤灰資源再利用

煤炭在未來之能源結構中所占之地位，可推估其煤用量將有增無減，因此燃燒煤炭所產生之副產物也將隨之提升。長久以來煤炭一直是成本上最經濟的能源，但近幾年因環保壓力造成燃煤機組污染防治成本徒增，再加上天然氣機組之效率提升、購氣價格走低、建廠時間短等因素影響，燃煤機組正受到天然氣機組嚴重的威脅。此外，電業自由化後燃煤機組將因購煤型態之改變，造成成本不確定性增加。所以降低成本、提高效率為燃煤機組之必行政策，便可因為機組效率改善進而提升煤灰品質，再經由資源化利用之途徑，增加煤灰價值，提升業外收入降低燃煤機組之成本。

煤炭內通常含有約15～20％之灰份，應用於燃料燃燒使用時，則產生多量之固態殘分統稱為煤灰，煤炭燃燒目前最常見為粉煤燃燒最多，其粒子微細且量多，約占總煤灰量之70～85％，外觀與水泥極為相似，粒徑在0.4～100μm之間。煤灰若不加以有效利用，將衍生廢棄物處理之問題，近年來基於綠色環保觀念與廢棄物資源化之訴求，致使煤灰再利用朝向多元化、經濟化的方向發展。

煤灰應用於混凝土中的概念可遠溯至1914年，至1930年時期，開始應用於施築大壩等大規模混凝土工程，而大宗之應用則是在第二次世界大戰以後，於1948年美國Hungry Horse採用，而台灣則是在1956年以台電公司之霧社壩工程為首例。

煤灰於水泥、混凝土之添加物中可應用於細骨材、輕質混凝土、高強度煤灰混凝土。一般在卜特蘭水泥中煤灰的取代量約20％左右，而混凝土之取代量則更高，添加煤灰有助於混凝土增加許多特性，並有效改善工作度、減少浮水、降低水化作用所產生的水化熱，同時提升製品的強度。此外，混凝土拌合物中摻合煤灰以取代常用之原料，每立方公尺可降低約新台幣46元的費用。根據文獻指出，台灣有關煤灰再利用率大約為60％，其中主要應用於水泥（95.2％），其次為混凝土（4.1％）、道路基材（0.1％）等。

煤灰分選方式

煤灰資源化再利用過程中，品質特性將是決定用途別的重要關鍵。當煤灰的性質未能符合需求時，電廠可從煤源、混拌煤、煤細度、燃燒條件及調整集灰方式等來改善煤灰品質，此過程將由煤灰生產過程中調整改善，同時亦提高鍋爐效能。但若礙於鍋爐型式、調整技術不足或實廠狀況考量，無法由製程中改善時，煤灰則需經由分選技術進行增值處理。

煤灰分選技術可分為：篩選、風選、浮選、靜電分選、磁選、重液分選、綜合處理及再燃燒等方法，預期煤灰經分選處理後，可以改善未燃碳含量偏高現象、提高煤灰品質、增加煤灰再利用量，並可積極開發增值煤灰之應用市場，區隔一般煤灰與增值煤灰之再利用領域，藉由增值煤灰，提升煤灰再利用形象。

煤灰應用範圍

一般而言，煤灰的應用範圍廣泛，包含：水泥、混凝土添加物、道路工程、農業利用、工業材料、建築材料、廢棄物處理、有價金屬回收及吸附劑替代品等。煤灰與石粉同樣是不具塑性之礦物質粉末，雖然兩者化學成分含量完全不同，但物理性質中煤灰較石粉比重小且細度大，且煤灰平均粒徑小並具玻璃球體，是良好的滑潤填縫材料。

此外，藉由煤灰之多孔特性，可再製人造碎石應用於園藝培土，透過多孔性可充分吸收水溶性肥料後，用來種植植物，不需使用泥土，植物根部可以慢慢吸收人造碎石內的養分及水分供生長所需，其性質比天然土乾燥且無細菌滋生之問題。

同時煤灰也可做為污泥脫水之助劑、污水處理廠之混凝╱沉澱劑、吸附溶解性有機物之吸附劑，並且，藉由添加氧化鈣及硫酸鈣而應用於吸附煙道氣中之二氧化硫，另外可以氫氧化鈣及煤灰製作吸收劑吸收二氧化碳，如此不但能解決煤灰處置問題，並使有害廢棄物獲得妥善的處理，藉由煤灰所製之吸附劑吸附，再經固化過程做最終處置。

結語

煤灰是產量豐富的資源，雖是燃煤鍋爐因發電或製程所需而產生之副產物，在未開發其資源化再利用技術前，也屬一般事業廢棄物；但因為本身性質安定且無害，經產、官、學界積極研發後，已能廣泛應用於水泥、混凝土添加物、道路工程、建築材料、廢棄物處理等各種領域上，對於減緩國家整體資源與能源消耗極具正面效果，更可提倡綠色能源觀念與廢棄物資源化之訴求。（作者任職於工研院能環所工業節能技術組熱能應用與能源分析研究室）