江蘇省燃煤電廠脫硫石膏排放利用狀況及綜合利用對(duì)策

劉 濤 ，朱 林 ，薛建明 ，周 遷

(1.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031；2.江蘇省環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，江蘇 南京 210036)

脫硫石膏是濕法石灰石-石膏煙氣脫硫的主要副產(chǎn)品。隨著江蘇省在“十一五”期間二氧化硫減排工作的不斷深入，全省300 MW等級(jí)以上火電機(jī)組已經(jīng)全部安裝了高效的脫硫設(shè)施，隨之而來(lái)的是二氧化硫由大氣污染固化成脫硫石膏固體廢棄物，其產(chǎn)生量在“十一五”期間大幅增加。從“十五”末的約60萬(wàn)t迅速增加到 “十一五”末的415萬(wàn)t，年平均增幅達(dá)110%。妥善解決脫硫石膏的處置和利用問(wèn)題，不僅能產(chǎn)生良好的環(huán)境效益，而且能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于脫硫石膏處理，國(guó)家相關(guān)部門分別在2010年7月和2011年2月相繼出臺(tái)《中國(guó)資源綜合利用技術(shù)政策大綱》和《工業(yè)和信息化部關(guān)于工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用的指導(dǎo)意見》，規(guī)定鼓勵(lì)引導(dǎo)工業(yè)副產(chǎn)物石膏綜合利用向多途徑、大規(guī)模、高附加值綜合利用方向發(fā)展。

1 “十一五”末燃煤電廠脫硫石膏排放狀況

2010年末，江蘇省單機(jī)容量300 MW以上煤電機(jī)組裝機(jī)容量為4503.4萬(wàn)kW，約占同期火電裝機(jī)總?cè)萘康?5.2%[1]。35家單機(jī)300 MW以上燃煤電廠2010年末共產(chǎn)生脫硫石膏380.1萬(wàn)t/a，綜合利用量376.4萬(wàn)t/a，貯存量及傾倒量為3.7萬(wàn)t/a，主要排放情況如表1所示。從統(tǒng)計(jì)情況分析看全省電網(wǎng)近八成煤電裝機(jī)為單機(jī)30萬(wàn)kW以上的清潔高效燃煤發(fā)電機(jī)組，較2008年全省污染普查工業(yè)源脫硫石膏排放數(shù)據(jù)[2]相比，脫硫石膏產(chǎn)生總量繼續(xù)快速增長(zhǎng)，脫硫石膏的綜合利用率穩(wěn)步提高，高于全國(guó)平均水平[1]，但利用深度和廣度并沒發(fā)生質(zhì)的變化。表1為全部工業(yè)源脫硫石膏排放量統(tǒng)計(jì)值，其數(shù)據(jù)為單機(jī)300 MW以上機(jī)組燃煤電廠脫硫石膏排放量統(tǒng)計(jì)值。

1.1 區(qū)域分析

截止2010年底，江蘇省年產(chǎn)脫硫石膏10萬(wàn)t以上的電廠有20座，相當(dāng)于省內(nèi)有20個(gè)脫硫石膏集中產(chǎn)出點(diǎn)。全省13個(gè)主要行政區(qū)域產(chǎn)生脫硫石膏量差異較大，詳細(xì)情況如表2所示。單機(jī)為300 MW以下燃煤電廠未在統(tǒng)計(jì)之列。

表1 江蘇省2010年電力工業(yè)源脫硫石膏排放量

表2 江蘇省2010年電力工業(yè)源脫硫石膏排放量區(qū)域分布情況

電力行業(yè)脫硫石膏區(qū)域產(chǎn)生量呈現(xiàn)U型，即位于東南位置的蘇州無(wú)錫和位于西北方向的徐州都是電力石膏排放大戶，隨著“十一五”末期南京周邊煤電裝機(jī)容量快速提高，南京周圍地區(qū)的脫硫石膏排放量也在快速上升。產(chǎn)生這種情況最主要原因還是取決于工業(yè)發(fā)電及用電情況，全省電力行業(yè)脫硫石膏產(chǎn)生量最大地區(qū)是蘇州，產(chǎn)生脫硫石膏94.57萬(wàn)t，占總產(chǎn)生量的24.9%。其次是工業(yè)大市無(wú)錫和徐州，脫硫石膏產(chǎn)生量分別為 51.1萬(wàn) t和 45.5萬(wàn) t，分別占總產(chǎn)生量的13.4%和12.0%。南通、鎮(zhèn)江和南京分列4，5，6位。鹽城、宿遷因該地區(qū)燃煤電廠的單臺(tái)裝機(jī)容量都小于20萬(wàn)kW，發(fā)電及供熱規(guī)模較小未納入統(tǒng)計(jì)。

1.2 燃煤硫分及度電石膏產(chǎn)量

江蘇省燃煤電廠平均燃煤硫分及度電石膏產(chǎn)生量情況如圖1、圖2所示，全省電廠燃煤硫分在0.67%～1.22%之間波動(dòng)，全省燃煤大機(jī)組平均燃煤硫分為0.81%。全省燃煤電廠度電石膏產(chǎn)量在12.7～18.3 g/（kW·h）之間波動(dòng)，平均度電石膏產(chǎn)生量為 15.7 g/（kW·h），隨著“十二五”后期 GB 13223—2011 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施使得新的大氣二氧化硫限值提高，全省度電石膏產(chǎn)生量也相應(yīng)會(huì)往上提高。度電石膏產(chǎn)量和燃煤硫分、機(jī)組能耗水平、脫硫效率密切相關(guān)，不具有絕對(duì)可比性，但從脫硫石膏生產(chǎn)和資源化利用的角度一定程度上可以得出區(qū)域脫硫石膏的大致產(chǎn)量和規(guī)模。

圖1 江蘇省2010 年燃煤電廠平均硫分情況

圖2 江蘇省2010年燃煤電廠度電石膏產(chǎn)生情況（300 MW以上機(jī)組）

1.3 脫硫石膏銷售單價(jià)

江蘇省單位脫硫石膏的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，銷售單價(jià)從3元/t到35元/t不等，銷售單價(jià)如圖3所示。價(jià)格變動(dòng)幅度及差異化較大，差異大的原因主要取決于三方面：一是取決于區(qū)域或者電廠生產(chǎn)量的情況，如果該地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)量較高，供需失衡價(jià)格就會(huì)很低，比如蘇州、鎮(zhèn)江、徐州、南京地區(qū)，這些地區(qū)均有年產(chǎn)10萬(wàn)t以上的脫硫石膏的電廠，利用途徑有限就會(huì)造成脫硫石膏價(jià)格較低；二是取決企業(yè)周圍是否有大型的水泥廠、石膏加工板廠及砌塊廠，比如揚(yáng)州、常州、泰州地區(qū)，因?yàn)橛兴鄰S以及紙面石膏廠在周邊合理布局，其脫硫石膏的銷售單價(jià)可以達(dá)到20～30元/t；三是取決電廠自身規(guī)模及周邊是否會(huì)形成脫硫石膏上下游行業(yè)鏈?zhǔn)桨l(fā)展帶，比如淮安地區(qū)以及未來(lái)的連云港、宿遷地區(qū)，由于煤電機(jī)組沒有連片建設(shè)，石膏產(chǎn)量和加工量都不足以形成規(guī)模，所以銷售處理價(jià)格都不高。

圖3 江蘇省2010年燃煤電廠區(qū)域脫硫石膏平均銷售單價(jià)（300 MW以上機(jī)組）

1.4 脫硫石膏品質(zhì)

抽樣分析江蘇省不同區(qū)域燃煤電廠生產(chǎn)的脫硫石膏理化特性，比對(duì)情況顯示全省燃煤電廠脫硫石膏的品質(zhì)差異較大，主要差異在于白度（指標(biāo)值在18至60之間）、金屬氧化物等微量元素含量（MgO，F(xiàn)e2O3，Al2O3）及氯離子含量方面，部分電廠脫硫石膏化學(xué)組成情況如表3所示。

脫硫石膏品質(zhì)除了和電廠除塵器設(shè)施運(yùn)行維護(hù)好壞密切相關(guān)，也和脫硫設(shè)施的運(yùn)行好壞相關(guān)。從數(shù)據(jù)分析看，電廠脫硫設(shè)施運(yùn)行好壞不一，有的電廠抽樣石膏中未反應(yīng)完全的碳酸鈣含量非常高，硫酸鈣含量不足，氯離子濃度偏高，這些指標(biāo)均會(huì)影響脫硫石膏的品質(zhì)。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制主要指標(biāo)及相關(guān)因素會(huì)直接影響到成品石膏的最終質(zhì)量，其主要因素包括石灰石品質(zhì)、漿液pH值、石膏排出時(shí)間、氧化風(fēng)量、雜質(zhì)含量[3]。

煙氣脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn) （JC/T 2074—2011）已經(jīng)于2012年7月1日開始實(shí)施，脫硫石膏將分為3個(gè)等級(jí)，雖然標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)碳酸鈣含量不作要求，但對(duì)二水石膏含量以及外在水、氧化鎂、氯離子都做了規(guī)定，按現(xiàn)有狀況看，脫硫石膏如需綜合利用，省內(nèi)部分電廠需要強(qiáng)化其脫硫設(shè)施的運(yùn)行控制指標(biāo)。從脫硫石膏資源化利用角度看，同時(shí)還需要扭轉(zhuǎn)電廠經(jīng)營(yíng)銷售觀念，燃煤電廠是在生產(chǎn)一種標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)產(chǎn)品而不是處理固體廢物。加強(qiáng)脫硫系統(tǒng)指標(biāo)運(yùn)行管理是對(duì)脫硫石膏生成品質(zhì)控制的重要一環(huán)，也是脫硫石膏后續(xù)綜合利用的重要基礎(chǔ)。

表3 江蘇省部分電廠脫硫石膏化學(xué)組成情況 %

1.5 主要利用途徑

2010年江蘇省電力行業(yè)脫硫石膏綜合利用率達(dá)到98.9%，脫硫石膏主要利用途徑有建筑石膏板材、工業(yè)用水泥緩凝劑、鋪路及其他三大類，如表4所示。

表4 脫硫石膏主要利用途徑

2010年，江蘇水泥產(chǎn)量為1.56億t，占全國(guó)總產(chǎn)量8.4%，列全國(guó)第一，若水泥緩凝劑用量占到水泥產(chǎn)量的1%～2%，即可利用脫硫石膏150～300萬(wàn)t。從統(tǒng)計(jì)看，脫硫石膏在工業(yè)水泥生產(chǎn)中用量還大有潛力可挖。目前利用不足的原因主要在脫硫石膏含水率太高，造成水泥下料不暢；其次是石膏品質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間影響比較大，這為水泥廠控制水泥質(zhì)量造成一定障礙。

2010年江蘇省紙面石膏板產(chǎn)量約為1.4億m2，人均使用1.8 m2，不足歐美國(guó)家的三分之一，如圖4所示。目前美國(guó)紙面石膏板人均消費(fèi)量為10.5 m2、歐洲為 6.5 m2、韓國(guó)為 5.4 m2、日本為 4.7 m2，我國(guó)則為 1.3 m2，均低于上述發(fā)達(dá)國(guó)家水平，石膏板材具有材質(zhì)輕便、加工能耗低的優(yōu)良特性，江蘇省脫硫石膏加工成石膏板材綜合利用仍有具有巨大的發(fā)展?jié)摿4，5]。

圖4 紙面石膏板人均消費(fèi)量（2010年）

此外，由于江蘇省只有蘇北及沿海地方有農(nóng)業(yè)鹽堿地[6]，受規(guī)模和交通環(huán)境的限值，脫硫石膏用于農(nóng)業(yè)土壤鹽堿地改良工作還是較少。而筑路回填的經(jīng)濟(jì)附加值則較低，并沒有完全實(shí)現(xiàn)脫硫石膏的資源化策略。

1.6 貯存狀況

大機(jī)組產(chǎn)生的脫硫石膏貯存量為年均3.74萬(wàn)t。主要貯存方式為灰場(chǎng)堆放和渣場(chǎng)堆放，貯存量分別為3.42萬(wàn)t和0.32萬(wàn)t，分別占總貯存量的91.4%和8.6%。采用半干法脫硫工藝電廠、及鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐的脫硫劑及脫硫副產(chǎn)物因與灰渣相混，只能送往渣場(chǎng)堆放。半干法脫硫工藝從穩(wěn)定性、脫硫效率及產(chǎn)物綜合利用角度看已不適合江蘇省節(jié)能減排及國(guó)家強(qiáng)制排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 存在問(wèn)題

2.1 技術(shù)層面

脫硫石膏品質(zhì)差異大,省內(nèi)電煤的來(lái)源不穩(wěn)定，除塵器效率不高，導(dǎo)致脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定；脫硫石膏有時(shí)在純度、含水率、氯離子含量等一些技術(shù)指標(biāo)上的變動(dòng)，導(dǎo)致不能滿足使用水泥及建材行業(yè)的要求，降低了脫硫石膏高附加值綜合利用率。

2.2 市場(chǎng)需求層面

省內(nèi)對(duì)脫硫石膏綜合利用基礎(chǔ)性、前瞻性技術(shù)研發(fā)投入不足，多數(shù)企業(yè)研發(fā)能力較弱，技術(shù)裝備落后，缺少研發(fā)投入的積極性。作為電力生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)脫硫石膏綜合利用的下游產(chǎn)品——“石膏建材”的市場(chǎng)情況不熟悉，沒有完整的銷售網(wǎng)絡(luò)與銷售途徑，在如今建材產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下，產(chǎn)品銷售是基層電廠面臨的一項(xiàng)重大問(wèn)題。電廠實(shí)施脫硫石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)化時(shí)，同樣還面臨生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)產(chǎn)品與生產(chǎn)成本的矛盾：生產(chǎn)常規(guī)產(chǎn)品（如水泥緩凝劑、紙面石膏板），投資少，生產(chǎn)成本低，需求量大，但產(chǎn)品附加值低，且不具備競(jìng)爭(zhēng)力。生產(chǎn)高端產(chǎn)品 （石膏墻體、高品質(zhì)的粉刷石膏），投資高，產(chǎn)品附加值高，產(chǎn)品需求量少（目前情況），且產(chǎn)品需求的預(yù)見性不明確。

2.3 政策指導(dǎo)層面

江蘇省內(nèi)出臺(tái)的專門針對(duì)脫硫石膏綜合利用的專項(xiàng)政策較少，現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)政策向脫硫石膏產(chǎn)業(yè)的傾斜力度不夠，主要體現(xiàn)在稅收、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)方面。相關(guān)部門對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)引導(dǎo)、技術(shù)支持和信息服務(wù)落后。企業(yè)在獲取信息、技術(shù)、市場(chǎng)等方面處于弱勢(shì)，亟需搭建信息交流、技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。

3 “十二五”狀況預(yù)測(cè)

按照江蘇省“十二五”規(guī)劃綱要，預(yù)計(jì)到2015年江蘇省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1.1億kW左右，其中，火電裝機(jī)8800萬(wàn)kW。煤電機(jī)組將會(huì)超過(guò)8000萬(wàn)kW。根據(jù)“十二五”國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的進(jìn)一步要求，預(yù)計(jì)到2015年省內(nèi)煤電機(jī)組100%配套脫硫裝置，按照統(tǒng)計(jì)中各地市加權(quán)平均燃煤硫份保持穩(wěn)定，大機(jī)組度電石膏產(chǎn)生情況穩(wěn)定預(yù)測(cè)，全省電力工業(yè)源脫硫石膏年產(chǎn)量將達(dá)到800萬(wàn)t以上 （其中300 MW以上煤電機(jī)組脫硫石膏排放量約為770萬(wàn)t），其測(cè)算公式：

式（1—3）中：M總為預(yù)測(cè)期內(nèi)全省脫硫石膏總放量，t；M1（i）為預(yù)測(cè)期內(nèi)全省電力行業(yè)單機(jī)大于300 MW機(jī)組脫硫石膏排放量，t；M2（i）為預(yù)測(cè)期內(nèi)全省電力行業(yè)單機(jī)小于300 MW機(jī)組脫硫石膏排放量，t；Pi為一個(gè)電廠燃煤機(jī)組裝機(jī)總?cè)萘?，kW；ti為一個(gè)電廠全年平均發(fā)電小時(shí)數(shù)，h；θi為 一個(gè)電廠度電石膏產(chǎn)量，g/（kW·h）；αi為應(yīng)對(duì)新標(biāo)石膏增量系數(shù)；Qi為鍋爐燃煤消耗量，t；Si為燃煤平均硫分；ηi為脫硫裝置平均脫硫效率。

脫硫石膏產(chǎn)量如圖5所示。

圖5 “十二五”江蘇省脫硫石膏產(chǎn)量預(yù)測(cè)

按此增速，如將全省脫硫石膏堆放貯存量控制在較小規(guī)模，保證95%以上脫硫石膏都能有效綜合利用就需按表5所示的幾種途徑合理規(guī)劃，提前布局，并積極進(jìn)行水泥廠、石膏建材廠配套技術(shù)改造工作，到“十二五”末全省脫硫石膏理論利用量可達(dá)825萬(wàn)t。

表5 “十二五”脫硫石膏主要利用途徑

4 結(jié)束語(yǔ)

按江蘇省內(nèi)現(xiàn)有脫硫石膏綜合利用情況，“十二五”石膏綜合利用難度將會(huì)繼續(xù)加大。如需要繼續(xù)保持較高比例的脫硫石膏綜合利用率，還需要在以下幾個(gè)方面著手。

（1）推動(dòng)脫硫石膏資源化綜合利用的創(chuàng)新研究工作，加快推進(jìn)水泥緩凝劑用脫硫石膏的技改工作，加大對(duì)科研企業(yè)的支持，加快具有高強(qiáng)度的適應(yīng)性好的石膏建材制品的研發(fā)工作。

（2）建設(shè)脫硫石膏綜合利用示范基地，培育專業(yè)化規(guī)?；髽I(yè)，大力推動(dòng)建筑石膏采用脫硫石膏的工作，“十二五”全省脫硫石膏作為建材石膏板材和石膏砌塊發(fā)展空間和潛力較大，2011～2015年新型建筑材料工業(yè)固體廢棄物綜合利用量年均增長(zhǎng)5%，預(yù)計(jì)2015年國(guó)內(nèi)紙面石膏板需求量將達(dá)30億m2，江蘇的紙面石膏產(chǎn)量將會(huì)突破3億m2，脫硫石膏的綜合利用大有可為。繼續(xù)加大水泥中石膏緩凝劑的添加，推動(dòng)脫硫石膏替代天然石膏的技改工作。做好重點(diǎn)地區(qū)脫硫石膏綜合資源化利用的示范工程，這些地區(qū)主要包括蘇州、無(wú)錫、徐州、南京等，在這些地區(qū)占全省電力脫硫石膏的排放量的六至七成，且又有工業(yè)生產(chǎn)源，又有消費(fèi)市場(chǎng)，容易形成產(chǎn)業(yè)化群體。

（3）推進(jìn)完善省內(nèi)財(cái)政激勵(lì)政策，健全稅收支持政策，強(qiáng)化金融支持力度。出臺(tái)相關(guān)綜合利用政策（包括針對(duì)性鼓勵(lì)及懲罰政策）。

建立電廠脫硫石膏綜合利用資源化評(píng)價(jià)體系，從脫硫石膏純度、脫硫石膏白度、單位脫硫石膏的經(jīng)濟(jì)效益、單位脫硫石膏的加工附加值、單位脫硫石膏資源化利用能耗水平等細(xì)化的量化指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)脫硫石膏制造和利用企業(yè)，做到均衡發(fā)展和統(tǒng)籌兼顧。督促燃煤電廠加強(qiáng)對(duì)脫硫裝置運(yùn)行的管理。燃煤電廠應(yīng)提高脫硫裝置的運(yùn)行可靠性，強(qiáng)化脫硫裝置的運(yùn)行調(diào)整，確保穩(wěn)定脫硫石膏品質(zhì)，為脫硫石膏綜合利用創(chuàng)造良好的條件。

[1]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[2]劉寧鍇.江蘇省污染源普查工業(yè)源脫硫石膏產(chǎn)生、處置、利用狀況分析[J].價(jià)值工程，2009（2）：186-187.

[3]劉 濤，薛建明，王曉明，等.濕法煙氣脫硫石膏資源化深度利用[J].中國(guó)電力，2009，42(8)：65-69.

[4]曹志強(qiáng).利用脫硫石膏生產(chǎn)紙面石膏板的工藝技術(shù)[J].粉煤灰，2009（4）：41-42.

[5]ISHIKAWA Y，WU C N，YAJIMA N.Current State and Future Prospect of CCPs Utilization Technology in Japan[R]，濟(jì)南：第七屆水泥與混凝土國(guó)際會(huì)議，2010.

[6]耿春女，錢 華，李小平，等.脫硫石膏農(nóng)業(yè)利用研究進(jìn)展與展望[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，07(12)：15-19.