火力發(fā)電廠固體廢棄物的資源化利用

1、2014-08-15近年來，隨著中國工業(yè)化進程的不斷深入，工業(yè)固體廢棄物在逐年增加。而火力發(fā)電廠作為中國能源工業(yè)的主體，每年產(chǎn)生的固體廢棄物超過4Xl07,t不僅給周圍環(huán)境造成巨大壓力，也造成資源浪費。目前對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，浪費嚴重，資源化利用僅占30%左右。本文通過對國華寧海電廠固體廢棄物資源化利用的研究，發(fā)現(xiàn)其實現(xiàn)了節(jié)約資源、保護環(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)過程和工業(yè)加工過程產(chǎn)生的一般不再具有原使用價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)粉煤灰化學組成與煤的礦物成分、煤粉細度和燃燒方式有關(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)量優(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。具有化學活性的粉煤灰本身無水硬性，但在潮濕條件下，能與Ca(OH)2等發(fā)生反應，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顆粒狀，平均粒徑約 40即60 g,顆粒呈短柱狀， 徑長比在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的火電廠固體廢棄物中的化學有害成分可通過環(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。中國火電廠每年排放的粉煤灰渣等固體廢棄物超出4X107t是一個重要污染源。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，同時還產(chǎn)生多種環(huán)境問 題。2.1 火力發(fā)電廠固體廢棄物對大氣的污染火電廠固體廢棄物，多是細微顆粒態(tài)的廢渣，如粉煤灰等。這些固體廢棄物可隨風飄揚，從而對大氣環(huán)境造成污染。中國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，隨風飄揚的塵粒不僅本身污染環(huán)境，還會 與 SiO2、NO等有害氣體結(jié)合，加劇對環(huán)境的損害，其中尤以10師以下飄塵對人體更為有害。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若不能及時治理，將會給大氣環(huán)境帶來嚴重壓力。2.2 火力發(fā)電廠固體廢棄物對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，同時堆積的 固體廢物經(jīng)過雨水的浸漬和廢水本身的分解，其滲濾液和有害化學物質(zhì)轉(zhuǎn)化和遷移，將對附近地區(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，會淤塞河床，影響航運。近年來，隨著中國需電量的逐年增加，諸如國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，可能會改變海水成分和海水溫度，甚至會 在一定海域造成生物死區(qū)，對中國海洋資源造成不利影響。2.3 火力發(fā)電廠固體廢棄物對土壤的污染在固體廢棄物堆放區(qū)內(nèi)，由于粉煤灰飛揚散播，粉煤灰中大量重金屬元素進入周圍土壤，造成土壤重金屬污染。在洛陽電廠距粉煤灰堆放區(qū) 500m 處土 壤中，Pb> Cd含量達19.43mg/kg和0.27mg/kg,是參考點土壤中 Pb、Cd的1.2 倍和27倍，距電廠150

8、0m處土壤中，Pb、Cd含量達23.7mg/kg和1.03mg/kg, 分別增加44%和 102%，造成極為嚴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)會改變土壤的結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)，并對土壤中微生物的活動產(chǎn)生影響，而且還會在植物有機體內(nèi)積蓄，通過食物鏈危及人體健 康。3 火電廠固體廢棄物處理中國對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。即能綜合利用的盡量進行利用;暫時不能進行綜合利用的，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;當前，對粉煤灰的處置方法主要是土地填埋和貯灰池存儲。但

9、是回填粉煤灰要大量占用土地，到目前，中國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，還嚴重污染環(huán)境，同時國內(nèi)外對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;當前，對粉煤灰的處置方法主要是土地填埋和貯灰池存儲。但是回填粉煤灰要大量占用土地，到目前，中國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，還嚴重污染環(huán)境，同時國內(nèi)外對貯灰池存儲法的環(huán)境效應研究表明，灰中潛在毒性物質(zhì)會對土壤、地下水造成污染。對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)境效益和社會效益的同時，注意盡可能收到良好的經(jīng)濟效益。 2005 年中國煤炭、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 年中國火電業(yè)約耗標煤13X108t產(chǎn)生的粉煤灰量多達4X108左右。在上海等 大城市，粉煤灰的綜合利用率已達到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。但到目前中國的累計粉煤灰綜合利用僅占總量的30%左右，和發(fā)達國家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。現(xiàn)在中國每年排放的脫硫石膏在50X 104以上，大多露天棄置或用來鋪路、填溝、堆存等，占據(jù)大量土地，對環(huán) 境造成了二次污染，也浪費了大量優(yōu)質(zhì)資源。國內(nèi)脫硫石膏產(chǎn)生的歷史很短，綜合利用也是剛剛起步，對其應用價值和市場競爭力普遍認識不夠。天然石膏的處理工藝和設備也并不完全適合脫硫石膏，更增加了應用上的難度，導致國內(nèi)現(xiàn)在還沒有很好地展開應用。但是工業(yè)發(fā)達國家比較好地解決了脫硫石膏運輸、干燥、改性、應用等技術(shù)性難題，石膏工業(yè)都在大規(guī)模采用脫硫石膏，應 用技術(shù)也比較成熟。3.2 固體廢棄物處理原則目前對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)濟價值，使之成為可利用的二次資源。這是中華人民共和國固體廢棄物污染環(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歸宿 2 。固體廢棄物資源化利用包括3 個 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 4 固體廢棄物資源化在國華寧海電廠的應用4.1 國華 xx 電廠的簡介國華寧海電廠位于浙江省寧波市寧海縣臨港開發(fā)區(qū)。建設規(guī)模為一

13、期 4 臺600 MW 燃煤發(fā)電機組（留有擴建余地），選用國產(chǎn)主機設備，廠區(qū)占地面積3.65105m2。項目業(yè)主單位浙江國華浙能發(fā)電有限公司以建設綠色環(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99.3 %，脫硫效率可達95%以上，廢水也將實現(xiàn)“零 ”排放，為避免煤場粉國華寧海電廠位于浙江省寧波市寧?？h臨港開發(fā)區(qū)。建設規(guī)模為一期 4 臺 600 MW 燃煤發(fā)電機組（留有擴建余地），選用國產(chǎn)主機設備，廠區(qū)占地面積3.65 X 105m2。項目業(yè)主單位浙江國華浙能發(fā)電有限公司以建設綠色環(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99.3%，脫硫效率可達95%以上，廢

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

15、 Xl08m2中國燃煤電廠每年產(chǎn)生粉煤灰3X108以上。國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，同時還可利用殘余炭，降低燃料消耗。在磨制水泥時，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。對細度大、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 成窯的預熱分解帶中不需要消耗大量熱量，卻很快就會生成液相，從而加速熟料礦物的形成。試驗表明，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%。國華寧海電廠在示范區(qū)內(nèi)引進的總投資 3X 10玩的海螺水泥粉磨站項目，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

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，加水攪拌呈漿，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)護的條件下進行化學反應，生成 水化硅酸鹽而得到。粉煤灰加氣混凝土的特點是質(zhì)量輕而又具有一定強度，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。國華寧海電廠把粉煤灰、水

18、泥、石膏等出售，收購單位按照一定比例，通過攪拌 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，在市場上售價達到 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于節(jié)省了1 X 10馱標石專。99.4.2 脫硫石膏的綜合利用煤炭燃燒過程中S變?yōu)镾O2,產(chǎn)生脫硫石膏化學過程為：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 現(xiàn)每年排放的脫硫石膏在50X 104以上，到2010年末，全國火電廠煙氣脫硫機 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)過煅燒后得