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，隨著中國工業(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)電廠作為中國能源工業(yè)的主體，每年產(chǎn)生的固體廢棄物超過4X107t,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(yán)重，資源化利用僅占30%£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(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

2、使用價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(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、A12O3、Fe2O3CaO和未燃炭，另含

3、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犯上的為高鈣灰，其質(zhì)量優(yōu)于低鈣灰。粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3勺含量關(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/m310

4、00kg/m3范圍內(nèi)，粒徑范圍為0.5m300小成細(xì)度為45X10-5仙m方孔篩，起篩余量一般為10%-20%其比表面積為2000cm2/m34000cm2/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FGD5膏，主要成分和天然石膏一樣，為Ca(SO412H2O煙氣脫硫石膏呈較細(xì)顆粒狀，平均粒徑約40m60小顆粒呈短柱X大,徑長比在1.52.5之間，顏色呈灰、黃，Ca(SO4),2H2O含量較高，一般都在90犯上，含游離水一般在10%-15%其中還含飛灰、有機(jī)碳、CaSO極由NaK、Mg的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)。脫硫石膏以單獨的結(jié)晶顆粒存在。脫硫石膏主要雜

5、質(zhì)為CaCO3A120?和SiO2,其它成分有方解石或a石英、aA1?0?、Fe?O?和長石、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(xué)有害成分可通過環(huán)境介質(zhì)一一大氣、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(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

6、，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4X107t,是重要的污染源。止匕外，隨風(fēng)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仙m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10m的占20%-40%國華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰60X104t,若不能及時治理，將會給大氣環(huán)境帶來嚴(yán)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(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

7、和有害化學(xué)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源造成污染。止匕外,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?xí)谝欢êＳ蛟斐缮锼绤^(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(jìn)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，PBCd含量達(dá)19.43mg/kg和0.27mg/kg,是參考點土壤中Pb

8、、Cd的1.2倍和27倍，距電廠1500m處土壤中，PBCd含量達(dá)23.7mg/kg和1.03mg/kg,分別增加44%口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(jī)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3.1 中國對火電廠固體廢棄物處理利用狀況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(jìn)行利用；暫時不能進(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

9、回填和露天堆放；當(dāng)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60×108t,占用土地1.3×108m2。而露天堆放不僅占用大量土地，還嚴(yán)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(dāng)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60X108t,占用土地1.3X108m2。而露天堆放不僅占用大量土地，還嚴(yán)重污染環(huán)境，同時國內(nèi)外對貯灰池存

10、儲法的環(huán)境效應(yīng)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(jì)效益。2005年中國煤炭、電力行業(yè)利用粉煤灰2.1X108t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(biāo)煤13X108t,產(chǎn)生的粉煤灰量多達(dá)4X108t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%£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。

11、但到目前中國的累計粉煤灰綜合利用僅占總量的30流右，和發(fā)達(dá)國家70%-80%勺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)在中國每年排放的脫硫石膏在50X104t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(yīng)用價值和市場競爭力普遍認(rèn)識不夠。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)致國內(nèi)現(xiàn)在還沒有很好地展開應(yīng)用。但是工業(yè)發(fā)達(dá)國家比較好地解決了脫硫石膏運輸、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。

12、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2o固體廢棄物資源化利用包括3個范疇：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);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

13、物資源化在國華寧海電廠的應(yīng)用4.1 國華寧海電廠的簡介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(shè)規(guī)模為一期4臺600MW然煤發(fā)電機(jī)組（留有擴(kuò)建余地），選用國產(chǎn)主機(jī)設(shè)備，廠區(qū)占地面積3.65×105m2項目業(yè)主單位浙江國華浙能發(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犯上，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(shè)規(guī)模為一期4臺600MW然煤發(fā)電機(jī)組（留有擴(kuò)建余地），選用國產(chǎn)主機(jī)設(shè)備，廠區(qū)占地面積3.65X105m2。項目業(yè)主單位浙江國華浙能發(fā)電有限公司以建設(shè)

14、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%Z上，廢水也將實現(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1X108元的投資建設(shè)全封閉儲煤罐。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(dá)30犯上，整個項目在環(huán)保方面的投資達(dá)20X108元。國華電廠被列入浙江省循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范企業(yè)。4.2國華寧海電廠對固體廢棄物資源化利用的舉措4.2.1 對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，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

15、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60X108t多，占地超過1.3X108m2中國燃煤電廠每年產(chǎn)生粉煤灰3X108t以上。國華寧海電廠一期工程每年產(chǎn)生粉煤灰60X104t、脫硫石膏20X104t、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%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犯上，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

16、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(jìn)的總投資3X108元的海螺水泥粉磨站項目，每年可消化

17、吸收60X104t粉煤灰。這些粉煤灰以前征地填埋每年至少耗費800X104元，現(xiàn)賣給水泥廠作原料，能增加收入1500X104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是質(zhì)量輕而又具有一定強(qiáng)度，絕熱性能好

18、，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、水泥、石膏等出售，收購單位按照一定比例，通過攪拌一澆注到模具一切割一變組蒸壓等程序，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(dá)到160元/m3,該單位一年能吸收6.3X104t粉煤灰，制成的新型墻材相當(dāng)于節(jié)省了1X108塊標(biāo)磚。4.2.2 對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(xué)過程為：SO2+CaO=CaSO32CaSO3+O2=2CaSO4每噸SO2能副產(chǎn)脫硫石膏2.7t,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50X104t以上，至IJ2010年末，全國火電廠煙氣脫硫機(jī)組總?cè)萘考s為4500X104kW5000X104kW,平均月率90%則年產(chǎn)生月石膏為760X104t950X104t,全世界的脫硫石膏排放將達(dá)到5000X104t多，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