火力發(fā)電廠固體廢棄物的資源化利用

1、火力發(fā)電廠固體廢棄物的資源化利用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)4×107 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

2、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)，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

3、、CaO和未燃炭，另含有少量K、P、S、Mg等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1 800 kg/m32 800 kg/m3，高鈣灰密度可達(dá)2 500 kg/m32 800 kg/m3

4、。粉煤灰的松散干密度在600 kg/m31 000 kg/m3范圍內(nèi)，粒徑范圍為0.5 m300 m，細(xì)度為45 ×10-5 m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。 1.3.2 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一樣，為Ca(SO4)2H2O。煙氣脫硫石膏呈較細(xì)顆粒狀，平均粒徑約40 m60 m，顆粒呈短柱狀，徑長(zhǎng)比在1.52.5之間，顏色呈灰、黃，Ca(SO4)2H2O含量較高，一般都在90%以上，含游離水一般在10%15%，其中還含飛灰、有機(jī)碳、CaSO3及由Na、K、

5、Mg的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)。脫硫石膏以單獨(dú)的結(jié)晶顆粒存在。脫硫石膏主要雜質(zhì)為CaCO3、Al2O和SiO2，其它成分有方解石或石英、AlO、FeO和長(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4×107 t，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

6、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4×107 t，是重要的污染源。此外，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 m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 m的占20%40%，國(guó)華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰60×104 t，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

7、，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)谝欢êＳ蛟斐缮锼绤^(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

8、陽(yáng)電廠距粉煤灰堆放區(qū)500 m處土壤中，Pb、Cd含量達(dá)19.43 mg/kg和0.27 mg/kg，是參考點(diǎn)土壤中Pb、Cd的1.2倍和27倍，距電廠1 500 m處土壤中，Pb、Cd含量達(dá)23.7 mg/kg和1.03 mg/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 3.1 中國(guó)對(duì)火電廠固體廢棄物處理利用狀況 中國(guó)對(duì)火電廠固體廢棄物的治理一般采用處理、處置和開展綜合利用相結(jié)合的治理策略。即

9、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60×108 t，占用土地1.3×108 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，

10、中國(guó)填埋在地下和山溝里的粉煤灰已超出60×108 t，占用土地1.3×108 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2.1×108 t左右，利用率為66%，創(chuàng)造了較好的綜合效益。2007年中國(guó)火電業(yè)約耗標(biāo)煤13×108 t，產(chǎn)生的粉煤灰量多達(dá)4×108 t左右。在上海等大城市

11、，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50×104 t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

12、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)范疇：a) 物質(zhì)回收，即處理廢棄物并從

13、中回收指定的二次物質(zhì);b) 物質(zhì)轉(zhuǎn)換，即利用廢棄物支取新形態(tài)的物質(zhì);c) 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。火電廠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)水泥和建筑材料等。 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)華寧海電廠的簡(jiǎn)介 國(guó)華寧海電廠位于浙江省寧波市寧海縣臨港開發(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3.65×105 m2。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

14、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海縣臨港開發(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3.65×105 m2。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)粉塵對(duì)周邊環(huán)境的影響，電廠還利用天然地基，以每座1×108元的投資建設(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，

15、整個(gè)項(xiàng)目在環(huán)保方面的投資達(dá)20×108元。國(guó)華電廠被列入浙江省循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范企業(yè)。 4.2 國(guó)華寧海電廠對(duì)固體廢棄物資源化利用的舉措 4.2.1 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60×108t多，占地超過(guò)1.3×108m2，中國(guó)燃煤電廠每年產(chǎn)生粉煤灰3×108 t以上。國(guó)華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰60×104t、脫硫石膏20×104t、硝6000t，完全能被海螺水泥和北新建材消耗掉

16、。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%)和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Al2O3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。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

17、，每立方米混凝土可用灰50 kg100 kg，節(jié)約水泥50 kg100 kg。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3×108元的海螺水泥粉磨站項(xiàng)目，每年可消化吸收60×104 t粉煤灰。這些粉煤灰以前征地填埋每年至少耗費(fèi)800×104元，現(xiàn)賣給水泥廠作原料，能增加收入1500×104元; 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

18、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50 g/m3450 g/m3。粉煤灰加氣混凝土的強(qiáng)度主要依靠粉煤灰的SiO2、Al2O3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6.3×104 t粉煤灰，制成的新型墻材相當(dāng)于節(jié)省了1×108塊標(biāo)磚。 4.2.2對(duì)脫硫石膏的綜合利用 煤炭燃燒過(guò)程中S變?yōu)镾O