火力發(fā)電廠固體廢棄物的資源化利用

1、2014-08-15近年來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，工業(yè)固體廢棄物在逐年增加。而火力發(fā)電廠作為中國(guó)能源工業(yè)的主體，每年產(chǎn)生的固體廢棄物超過(guò)4Xl07,t不僅給周圍環(huán)境造成巨大壓力，也造成資源浪費(fèi)。目前對(duì)火電廠固體廢棄物處理主要采用填埋和堆放方式，占地面積大，環(huán)境壓力大，處理成本高，浪費(fèi)嚴(yán)重，資源化利用僅占30%左右。本文通過(guò)對(duì)國(guó)華寧海電廠固體廢棄物資源化利用的研究，發(fā)現(xiàn)其實(shí)現(xiàn)了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的雙重效果，值得借鑒。1 火力發(fā)電廠固體廢棄物的來(lái)源組成性質(zhì)1.1 工業(yè)固體廢棄物的定義工業(yè)固體廢棄物是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和工業(yè)加工過(guò)程產(chǎn)生的一般不再具有原使用價(jià)值而被丟棄的以固態(tài)和半固態(tài)存在的物質(zhì)

2、，或是與提取目的組分不同的剩余物質(zhì)?；鹆Πl(fā)電廠固體廢棄物屬于能源工業(yè)固體廢棄物中的一種 1 。1.2 火力發(fā)電廠固體廢棄物的來(lái)源及種類火力發(fā)電廠固體廢棄物主要產(chǎn)生于燃煤發(fā)電過(guò)程，煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成一種似火山灰質(zhì)的混合材料，主要包括粉煤灰、廢渣、碎屑等。另外隨著脫硫技術(shù)條件的成熟，脫硫石膏成為現(xiàn)代火電廠一種主要固體廢棄物。例如國(guó)華寧海電廠的固體廢棄物主要為粉煤灰和脫硫石膏。1.3 火力發(fā)電廠主要固體廢棄物組成性質(zhì)1.3.1 粉煤灰的組成性質(zhì)粉煤灰化學(xué)組成與煤的礦物成分、煤粉細(xì)度和燃燒方式有關(guān)，其主要成分為 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3、CaO和未燃炭，另含有少量 K、P、S Mg等

3、的化合物和微量元素。根據(jù)粉煤灰中CaO含量的高低，一般將其分為高鈣灰和低鈣灰。CaO含量在20%以上的為高鈣灰，其質(zhì)量?jī)?yōu)于低鈣灰。粉煤灰中 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 的含量關(guān)系到用它作為建材原料的好壞。粉煤灰活性是指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示的凝結(jié)硬化性能。具有化學(xué)活性的粉煤灰本身無(wú)水硬性，但在潮濕條件下，能與Ca(OH)2等發(fā)生反應(yīng)，顯示出水硬性。粉煤灰是灰色或灰白色的粉狀物，含碳量越高，顏色越深，粒度越粗，質(zhì)量越差。低鈣灰密度一般為1800kg/m32800kg/m3,高鈣灰密度可達(dá)2500kg/m32800kg/m3。粉煤灰的松散干密度在 600kg/m3 1000k

4、g/m3范圍內(nèi)，粒徑范圍為 0.5師300師，細(xì)度為45X10-5m方孔篩， 起篩余量一般為10%20%,其比表面積為2 000 cm2/m34 000 cm2/m3。4 .3.2脫硫石膏的組成性質(zhì)脫硫石膏又稱排煙脫硫石膏、硫石膏或 FGD石膏，主要成分和天然石膏 樣，為 Ca(SO4) , 2H2O煙氣脫硫石膏呈較細(xì)顆粒狀，平均粒徑約 40即60 g,顆粒呈短柱狀， 徑長(zhǎng)比在1.52.5之間，顏色呈灰、黃，Ca(SO4).2H2O量較高，一般都在 90%以上，含游離水一般在10%15%,其以單獨(dú)的結(jié)晶顆粒存在。脫硫石膏主 要雜質(zhì)為 CaCO3、Al2O偉口 SiO2,其它成分有方解石或 %石

5、英、 Al?O?Fe?O?口長(zhǎng)石、方 美石等。2 火力發(fā)電廠固體廢棄物的污染露天存放或置于處置場(chǎng)的火電廠固體廢棄物中的化學(xué)有害成分可通過(guò)環(huán)境介質(zhì) 大氣、土壤、地表或地下水等直接或間接傳至人體，威脅健康。許多火電廠將粉煤灰與鍋爐底部的沉渣(爐渣)一起排出，即粉煤灰渣。中國(guó)火電廠每年排放的粉煤灰渣等固體廢棄物超出4X107t是一個(gè)重要污染源。它們占用大量土地堆積，加劇土地利用矛盾，極大破壞土地資源，同時(shí)還產(chǎn)生多種環(huán)境問(wèn) 題。2.1 火力發(fā)電廠固體廢棄物對(duì)大氣的污染火電廠固體廢棄物，多是細(xì)微顆粒態(tài)的廢渣，如粉煤灰等。這些固體廢棄物可隨風(fēng)飄揚(yáng)，從而對(duì)大氣環(huán)境造成污染。中國(guó)火電廠每年排放的粉煤灰渣超出4

6、X107上是重要的污染源。止匕外，隨風(fēng)飄揚(yáng)的塵粒不僅本身污染環(huán)境，還會(huì) 與 SiO2、NO等有害氣體結(jié)合，加劇對(duì)環(huán)境的損害，其中尤以10師以下飄塵對(duì)人體更為有害。一般燃煤電廠的飛灰塵粒中，小于10師的占20%40%,國(guó)華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰60 X 104t若不能及時(shí)治理，將會(huì)給大氣環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重壓力。2.2 火力發(fā)電廠固體廢棄物對(duì)水體的污染火電廠固體廢棄物中含有 Hg、Pb等重金屬，置于水體，將使水體直接受到 污染，嚴(yán)重危害水生生物的生存條件，并影響水資源的充分利用，同時(shí)堆積的 固體廢物經(jīng)過(guò)雨水的浸漬和廢水本身的分解，其滲濾液和有害化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和遷移，將對(duì)附近地區(qū)的河流及地下水系和資

7、源造成污染。此外，火力發(fā)電廠的水力沖灰等含有大量懸浮物，若排入河道，會(huì)淤塞河床，影響航運(yùn)。近年來(lái)，隨著中國(guó)需電量的逐年增加，諸如國(guó)華寧海電廠等大批沿海電廠不斷興建，若這些電廠的固體廢棄物投棄在海洋，可能會(huì)改變海水成分和海水溫度，甚至?xí)?在一定海域造成生物死區(qū)，對(duì)中國(guó)海洋資源造成不利影響。2.3 火力發(fā)電廠固體廢棄物對(duì)土壤的污染在固體廢棄物堆放區(qū)內(nèi)，由于粉煤灰飛揚(yáng)散播，粉煤灰中大量重金屬元素進(jìn)入周圍土壤，造成土壤重金屬污染。在洛陽(yáng)電廠距粉煤灰堆放區(qū) 500m 處土 壤中，Pb> Cd含量達(dá)19.43mg/kg和0.27mg/kg,是參考點(diǎn)土壤中 Pb、Cd的1.2 倍和27倍，距電廠150

8、0m處土壤中，Pb、Cd含量達(dá)23.7mg/kg和1.03mg/kg, 分別增加44%和 102%，造成極為嚴(yán)重的土壤重金屬污染。這些有害物質(zhì)及其淋洗和滲濾液中所含的有害物質(zhì)會(huì)改變土壤的結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)，并對(duì)土壤中微生物的活動(dòng)產(chǎn)生影響，而且還會(huì)在植物有機(jī)體內(nèi)積蓄，通過(guò)食物鏈危及人體健 康。3 火電廠固體廢棄物處理中國(guó)對(duì)火電廠固體廢棄物的治理一般采用處理、處置和開(kāi)展綜合利用相結(jié)合的治理策略。即能綜合利用的盡量進(jìn)行利用;暫時(shí)不能進(jìn)行綜合利用的，則采取必要的處置和堆存措施。粉煤灰是火電廠排放量最多的固體廢棄物，最早處理粉煤灰的方法是回填和露天堆放;當(dāng)前，對(duì)粉煤灰的處置方法主要是土地填埋和貯灰池存儲(chǔ)。但

9、是回填粉煤灰要大量占用土地，到目前，中國(guó)填埋在地下和山溝里的粉煤灰已超出60108 t,占用土地1.3108 m2。而露天堆放不僅占用大量土地，還嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)國(guó)內(nèi)外對(duì)貯灰池存粉煤灰是火電廠排放量最多的固體廢棄物，最早處理粉煤灰的方法是回填和露天堆放;當(dāng)前，對(duì)粉煤灰的處置方法主要是土地填埋和貯灰池存儲(chǔ)。但是回填粉煤灰要大量占用土地，到目前，中國(guó)填埋在地下和山溝里的粉煤灰已超出60Xl08t占用土地1.3X108 m2而露天堆放不僅占用大量土地，還嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)國(guó)內(nèi)外對(duì)貯灰池存儲(chǔ)法的環(huán)境效應(yīng)研究表明，灰中潛在毒性物質(zhì)會(huì)對(duì)土壤、地下水造成污染。對(duì)火電廠固體廢棄物綜合利用方面，即以大宗利用為

10、主，兼顧多功能、高效能的利用，在取得環(huán)境效益和社會(huì)效益的同時(shí)，注意盡可能收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2005 年中國(guó)煤炭、電力行業(yè)利用粉煤灰2.1X108左右，利用率為66%,創(chuàng)造了較好白綜合效益。2007 年中國(guó)火電業(yè)約耗標(biāo)煤13X108t產(chǎn)生的粉煤灰量多達(dá)4X108左右。在上海等 大城市，粉煤灰的綜合利用率已達(dá)到100%，但在中小城市仍有較大發(fā)展空間。目前粉煤灰的綜合利用中，35%左右用于水泥產(chǎn)業(yè)或灰渣磚與砌塊;20%左右用于道路回填及水利工程;15%左右用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的土壤改良等。但到目前中國(guó)的累計(jì)粉煤灰綜合利用僅占總量的30%左右，和發(fā)達(dá)國(guó)家70%80%的利用率相比還 有很大差距。脫硫石膏是火

11、電廠的另一大固體廢棄物?，F(xiàn)在中國(guó)每年排放的脫硫石膏在50X 104以上，大多露天棄置或用來(lái)鋪路、填溝、堆存等，占據(jù)大量土地，對(duì)環(huán) 境造成了二次污染，也浪費(fèi)了大量?jī)?yōu)質(zhì)資源。國(guó)內(nèi)脫硫石膏產(chǎn)生的歷史很短，綜合利用也是剛剛起步，對(duì)其應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力普遍認(rèn)識(shí)不夠。天然石膏的處理工藝和設(shè)備也并不完全適合脫硫石膏，更增加了應(yīng)用上的難度，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還沒(méi)有很好地展開(kāi)應(yīng)用。但是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比較好地解決了脫硫石膏運(yùn)輸、干燥、改性、應(yīng)用等技術(shù)性難題，石膏工業(yè)都在大規(guī)模采用脫硫石膏，應(yīng) 用技術(shù)也比較成熟。3.2 固體廢棄物處理原則目前對(duì)于固體廢棄物的處理與處置，遵循原則主要是減量化、資源化和無(wú)害化。資源化是指采取

12、管理和工藝的措施從固體廢物中回收有用物質(zhì)和能源，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使之成為可利用的二次資源。這是中華人民共和國(guó)固體廢棄物污染環(huán)境防治法中首先確定的固體廢棄物污染防治的 “三化 ”原則之一，是固體廢棄物的主要?dú)w宿 2 。固體廢棄物資源化利用包括3 個(gè) xx：a）物質(zhì)回收，即處理廢棄物并從中回收指定的二次物質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)換，即利用廢棄物支取新形態(tài)的物質(zhì) 能量轉(zhuǎn)換，即從廢棄物處理過(guò)程中回收能量，包 括熱能和電能?；痣姀S中固體廢棄物資源化利用主要屬于物質(zhì)轉(zhuǎn)換范疇，如利用爐渣生產(chǎn)水泥和 4 固體廢棄物資源化在國(guó)華寧海電廠的應(yīng)用4.1 國(guó)華 xx 電廠的簡(jiǎn)介國(guó)華寧海電廠位于浙江省寧波市寧?？h臨港開(kāi)發(fā)區(qū)。建設(shè)規(guī)模為一

13、期 4 臺(tái)600 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組（留有擴(kuò)建余地），選用國(guó)產(chǎn)主機(jī)設(shè)備，廠區(qū)占地面積3.65105m2。項(xiàng)目業(yè)主單位浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司以建設(shè)綠色環(huán)保電站為己 任，采用高效除塵、脫硫、脫硝技術(shù)，除塵效率可達(dá)99.3 %，脫硫效率可達(dá)95%以上，廢水也將實(shí)現(xiàn)“零 ”排放，為避免煤場(chǎng)粉國(guó)華寧海電廠位于浙江省寧波市寧?？h臨港開(kāi)發(fā)區(qū)。建設(shè)規(guī)模為一期 4 臺(tái) 600 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組（留有擴(kuò)建余地），選用國(guó)產(chǎn)主機(jī)設(shè)備，廠區(qū)占地面積3.65 X 105m2。項(xiàng)目業(yè)主單位浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司以建設(shè)綠色環(huán)保電站為己任，采 用高效除塵、脫硫、脫硝技術(shù)，除塵效率可達(dá)99.3%，脫硫效率可達(dá)95%以上，廢

14、水也將實(shí)現(xiàn) “零 ”排放，為避免煤場(chǎng)粉塵對(duì)周邊環(huán)境的影響，電廠還利用天然地基，以每座1X10阮的投資建設(shè)全封閉儲(chǔ)煤罐。加上鏈斗式卸船機(jī)和全封閉 墊式皮帶，燃煤從碼頭到儲(chǔ)罐的全過(guò)程中，噪音和粉塵污染都被控制在最低限度。廠區(qū)綠化面積達(dá)30%以上，整個(gè)項(xiàng)目在環(huán)保方面的投資達(dá)20X 10阮。國(guó)華電廠被列入浙江省循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范企業(yè)。99.4 國(guó)華寧海電廠對(duì)固體廢棄物資源化利用的舉措99.4.1 對(duì)粉煤灰的綜合利用燃煤電廠使用煤粉為燃料，當(dāng)粉煤在鍋爐中燃燒時(shí)，大部分成為細(xì)灰，自煙道中排出，經(jīng)除塵設(shè)備捕集為粉煤灰。隨著電力工業(yè)發(fā)展，電廠排出的粉煤灰與日俱增，中國(guó)已累計(jì)堆放粉煤灰60X 108侈，占地超過(guò)1.3

15、 Xl08m2中國(guó)燃煤電廠每年產(chǎn)生粉煤灰3X108以上。國(guó)華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰 60 X 1041脫硫石膏20 X 1041硝6000t,完全能被海螺水泥和北新建材消耗掉。 目前，粉煤灰主要用于以下方面。a)粉煤灰在水泥工業(yè)上的應(yīng)用。粉煤灰中含有大量的SiO2(40%-65%沐口Al2O3(15%-40%)3,具有一定活性，可以作為建材工業(yè)的原料使用，生產(chǎn)水泥 及其制品。粉煤灰中SiO2和AI2O3的含量占70%以上，可代替粘土配制水泥生 料生產(chǎn)水泥，同時(shí)還可利用殘余炭，降低燃料消耗。在磨制水泥時(shí)，可加入適 量粉煤灰做混合材，生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水 泥。

16、粉煤灰硅酸鹽水泥耐硫酸鹽侵蝕，水化熱低，適用于一般民用和工業(yè)建筑工程、大體積水上混凝土工程、地下或水下混凝土構(gòu)筑等方面。對(duì)細(xì)度大、活性高、含碳量低的高質(zhì)量粉煤灰，還可取代部分水泥做混凝土參合料，每立方米混凝土可用灰50kg100kg,節(jié)約水泥50kg100kg。另外，粉煤灰在熟料燒 成窯的預(yù)熱分解帶中不需要消耗大量熱量，卻很快就會(huì)生成液相，從而加速熟料礦物的形成。試驗(yàn)表明，采用粉煤灰代替黏土原料生成水泥，可增加水泥窯的產(chǎn)量，降低燃料消耗量的16%17%。國(guó)華寧海電廠在示范區(qū)內(nèi)引進(jìn)的總投資 3X 10玩的海螺水泥粉磨站項(xiàng)目，每年可消化吸收60X 104粉煤灰。這些粉煤灰以前征地填埋每年至少耗費(fèi)

17、800X 10玩，現(xiàn)賣給水泥廠作b)粉煤灰在新型墻 體材料上的應(yīng)用。粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為原料，適量加入生石灰、水 泥、石膏及鋁粉，加水?dāng)嚢璩蕽{，注入模具蒸養(yǎng)而成的一種多孔輕質(zhì)建筑材料。其各種原料的配比為粉煤灰 63%68%、生石灰10%18% 石膏10%、水 泥17%27%,鋁粉用量為50g/m3450g/m3。粉煤灰加氣混凝土的強(qiáng)度主要依靠粉煤灰的 SiO2、A12O3和水泥、石灰中的CaO在蒸汽養(yǎng)護(hù)的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成 水化硅酸鹽而得到。粉煤灰加氣混凝土的特點(diǎn)是質(zhì)量輕而又具有一定強(qiáng)度，絕熱性能好，良好的防火性能，易于加工等。因而它是一種良好的墻體材料。國(guó)華寧海電廠把粉煤灰、水

18、泥、石膏等出售，收購(gòu)單位按照一定比例，通過(guò)攪拌 澆注到模具切割 變組蒸壓等程序，將其變成保溫節(jié)能的新型墻體材料。這種用于高層建筑內(nèi)隔墻的材料，在市場(chǎng)上售價(jià)達(dá)到 160元/m3,該單位一 年能吸收6.3 X 10的煤灰，制成的新型墻材相當(dāng)于節(jié)省了1 X 10馱標(biāo)石專。99.4.2 脫硫石膏的綜合利用煤炭燃燒過(guò)程中S變?yōu)镾O2,產(chǎn)生脫硫石膏化學(xué)過(guò)程為：SO2+CaO=CaSO32CaSO3+O2=2CaSO4每噸SO2能副產(chǎn)脫硫石膏2.7 t,火電廠大規(guī)模脫硫技術(shù)條件已成熟，中國(guó) 現(xiàn)每年排放的脫硫石膏在50X 104以上，到2010年末，全國(guó)火電廠煙氣脫硫機(jī) 組總?cè)萘考s為4 500 X 104 kW5000X 104 kW平均月硫率90%,則年產(chǎn)生脫硫石 膏為760X 104卜950X 104 t全世界的脫硫石膏排放將達(dá)到 5 000 X 104彩，因此 副產(chǎn)脫硫石膏的量十分巨大。脫硫石膏是資源，作為一種工業(yè)副產(chǎn)石膏和天然 石膏經(jīng)過(guò)煅燒后得