火力發(fā)電廠固體廢棄物資源化利用分析

王彥忠，朱善淳

（中電國(guó)瑞物流有限公司，安徽 淮南 232089）

1 火力發(fā)電廠固體廢棄物概述

1.1 來源及種類

燃煤發(fā)電過程是火力發(fā)電廠固體廢棄物的主要來源，高溫環(huán)境下，煤粉通過燃燒會(huì)產(chǎn)生一種包含碎屑、廢渣及粉煤灰的混合材料。而在脫硫技術(shù)條件不斷完善的情況下，火力發(fā)電廠又新增了脫硫石膏這一固體廢棄物。

1.2 組成及性質(zhì)

粉煤灰的組成及性質(zhì)：粉煤灰的主要成分為未燃炭、CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2，同時(shí)含有少許K、P、S、Mg等的化合物與微量元素。根據(jù)粉煤灰中具體的CaO含量，通常可將其分為低鈣與高鈣灰。高鈣灰中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%，有著比低鈣會(huì)更優(yōu)的質(zhì)量。粉煤灰活性指的是粉煤灰混合于石灰、水之后展現(xiàn)的凝結(jié)硬化性能。粉煤灰應(yīng)具備化學(xué)活性，故其本身并無水硬性。而處于潮濕條件時(shí)，通過與Ca（OH）2的反應(yīng)，粉煤灰會(huì)有水硬性顯示[1]。粉煤灰的顏色、粒度和質(zhì)量會(huì)隨著含碳量的提升逐漸變深、變粗、變差。

脫硫石膏的組成及性質(zhì)：脫硫石膏的主要成分為Ca(SO4)·2H20，呈細(xì)顆粒狀，為灰、黃色，徑長(zhǎng)比在15～25，有著較高的Ca(SO4)·2H20含量，通常都不會(huì)低于90%，同時(shí)也含有CaSO3、有機(jī)碳及飛灰和氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)。

1.3 火力發(fā)電廠固體廢棄物的污染

1.3.1 對(duì)大氣的污染

火力發(fā)電廠固體廢棄物多為粉煤灰等細(xì)微顆粒態(tài)廢渣，風(fēng)會(huì)將這些固體廢棄物攜帶至其他地方，進(jìn)而污染大氣環(huán)境，是大氣環(huán)境的主要污染源。這些塵粒不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，在結(jié)合NO、SiO2等有害氣體后，更是會(huì)嚴(yán)重破壞環(huán)境，10 μm以下的飄塵還會(huì)威脅人體健康。

1.3.2 對(duì)水體的污染

由于火力發(fā)電廠固體廢棄物中有Hg、Pb等重金屬存在，當(dāng)其與水體直接接觸時(shí)，會(huì)直接污染水體，使水生生物的生存條件受到嚴(yán)重破壞，還會(huì)對(duì)水資源的利用造成一定的影響。固體廢棄物堆積后，因其本身的分解及雨水的浸漬，滲濾液、有害化學(xué)物質(zhì)會(huì)逐漸出現(xiàn)轉(zhuǎn)化、遷移，逐漸污染附近地區(qū)。同時(shí)，火力發(fā)電廠水力沖灰等有著大量懸浮物存在，若是直接將其排放至河道中，會(huì)導(dǎo)致河床出現(xiàn)淤塞。近年來，電量需求不斷增加，使得各類沿海發(fā)電廠也不斷增多，固體廢棄物的處理若是不夠充分，直接排放至海洋中，會(huì)使海水成分、溫度發(fā)生變化，嚴(yán)重影響我國(guó)海洋環(huán)境。

1.3.3 對(duì)土壤的污染

固體廢棄物堆積處，粉煤灰隨風(fēng)四處飄散時(shí)，其內(nèi)所含的各類重金屬元素會(huì)滲透至土壤中，致使土壤受到重金屬的污染。我國(guó)某火力發(fā)電廠距粉煤灰堆積處500 m的土壤中，Cd、Pb含量高達(dá)0.27 mg/kg、19.43 mg/kg，分別是土壤中兩種元素參考含量的27倍與1.2倍。而距電廠1 500 m的土壤中，兩種元素的含量分別達(dá)到1.03 mg/kg、23.7 mg/kg，相對(duì)于參考含量而言分別增加了102%、44%，致使土壤受到嚴(yán)重的重金屬污染[2]。土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及土壤中微生物的活動(dòng)會(huì)因這些有害物質(zhì)的滲入而發(fā)生負(fù)面變化，植物有機(jī)體內(nèi)甚至?xí)胁糠治廴疚餁埩?，從而威脅人體健康。

2 火力發(fā)電廠固體廢棄物處理原則

在處理處置固體廢棄物時(shí)，人們通常遵循無害化、資源化及減量化原則。資源化指的是通過管理、工藝措施將固體廢棄物中的有用能源或物質(zhì)回收，使其產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)二次利用。

在資源化利用固體廢棄物時(shí)，其通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)范疇：其一，物質(zhì)回收。通過處理廢棄物，依據(jù)二次物質(zhì)回收廢棄物；其二，物質(zhì)轉(zhuǎn)換。依據(jù)廢棄物置換新形態(tài)物質(zhì)；其三，能量轉(zhuǎn)換。廢棄物處理過程中電能、熱能等能量的回收?；鹆Πl(fā)電廠固體廢棄物資源化利用主要是將爐渣轉(zhuǎn)化為水泥、建筑材料等。

3 火力發(fā)電廠固體廢棄物資源化概述

從狹義方面來說，資源化是為了對(duì)廢棄物進(jìn)行循環(huán)利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源、能源的回收。資源化概念包含了資源、能源實(shí)現(xiàn)回收的管理工藝和技術(shù)方法。資源化指的是將廢棄物中的有用物質(zhì)分離、回收之后，通過新加工或新產(chǎn)品的開發(fā)再次轉(zhuǎn)化廢棄物，使其成為有用資源，故也可將資源化當(dāng)作再生回收利用[3]?；诖?，可將資源化定義為：其一，物質(zhì)的回收，對(duì)廢棄物進(jìn)行處理，將其所含有的特定二次物質(zhì)回收，如回收城市垃圾中的金屬或玻璃等物質(zhì)；其二，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，將廢棄物制成新形態(tài)物質(zhì)，如將爐渣制成磚瓦等建筑材料；其三，能量的轉(zhuǎn)換，將廢棄物中的能源通過直接或間接的方式進(jìn)行回收，前者包括焚燒垃圾回收熱水、蒸汽等，后者包括將有機(jī)廢棄物制成固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料等。

粉煤灰的資源化指的是研制生產(chǎn)粉煤灰密實(shí)砌塊、墻板、粉煤灰燒結(jié)陶粒和粉煤灰燒結(jié)磚等。而脫硫石膏資源化指的是以成熟工藝技術(shù)加工脫硫石膏，使其用于建筑石膏、粉刷石膏和水泥緩凝劑等系列建材制品、石膏制品的生產(chǎn)。

通過資源化，火力發(fā)電廠能將原本會(huì)危害環(huán)境的固體廢棄物轉(zhuǎn)化為有用的新資源。由于各個(gè)地方的發(fā)電廠有著不同的客觀環(huán)境、條件，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展有不同的水平，循環(huán)利用廢棄物的認(rèn)知也有差異存在，同一種利用途徑在不同地點(diǎn)不一定能產(chǎn)生效用。若是不考慮客觀實(shí)際情況，盲目借用他人的經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)產(chǎn)生適得其反的效果。因此，人們必須與實(shí)際相結(jié)合，合理選擇固體廢棄物的資源化利用方法。

4 火力發(fā)電廠固體廢棄物資源化利用措施

4.1 對(duì)粉煤灰的綜合利用

近年來，我國(guó)電力工業(yè)發(fā)生了巨大變化，產(chǎn)自于電廠的粉煤灰數(shù)量劇增，我國(guó)粉煤灰堆放累計(jì)已超過60×108t，占地面積達(dá)到1.3×108m2，而產(chǎn)自于電廠的粉煤灰便超過3×108t。以我國(guó)某電廠為例，該電廠每年會(huì)產(chǎn)生60×104t粉煤灰、20×104t脫硫石膏、6 000 t硝。當(dāng)下，粉煤灰的利用主要有以下途徑。

4.1.1 水泥工業(yè)上的應(yīng)用

粉煤灰中SiO2、Al2O3的含量較高，分別在40%～65%、15%～40%，有著一定的活性，可用作建材工業(yè)原料來制成水泥等。粉煤灰中的SiO2、Al2O3含量超過70%，其可取代黏土進(jìn)行水泥生料的配制，此外還可將殘余炭充分利用，節(jié)省燃料。將一定量的粉煤灰加入水泥磨制中，能得到普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。其中，粉煤灰硅酸鹽水泥水化熱較低，具有一定的硫酸鹽耐蝕性，在地下或水下混凝土構(gòu)筑、大體積水上混凝土工程及一般民用或工業(yè)建筑工程等方面較為適用。而對(duì)于高質(zhì)量粉煤灰而言，因其細(xì)度大、活性高等，可作為混凝土摻合料使用，將50～100 kg粉煤灰加入1 m3混凝土中，可減少水泥50～100 kg的使用量。此外，在熟料燒成窯的預(yù)熱分解帶中，盡管粉煤灰的熱量消耗較低，但其液相的生成很快，能適當(dāng)加快熟料礦物形成速度。實(shí)踐表明，在水泥制備中，以粉煤灰替代黏土原料，能進(jìn)一步提升水泥窯產(chǎn)量，減少16%燃料消耗量。

4.1.2 粉煤灰在新型墻體材料上的應(yīng)用

粉煤灰也可作為粉煤灰加氣混凝土的原料，該混凝土是一定量的水泥、石膏、鋁粉及生石灰與水?dāng)嚢璨⒌谷肽＞吆?，?jīng)過蒸養(yǎng)得到的多孔輕質(zhì)建筑材料。制作該材料的配方具體為63%的粉煤灰、50 g的鋁粉、10%的石膏、17%的水泥和10%的生石灰。粉煤灰含有的SiO2、Al2O3和石灰、水泥中CaO蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水化硅鹽酸是粉煤灰加氣混凝土強(qiáng)度的主要來源。該混凝土具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、絕熱與防火性能較好、易于加工等特點(diǎn)。

4.1.3 粉煤灰在農(nóng)業(yè)、環(huán)保中的應(yīng)用

粉煤灰中有著較大的含鈣量變化，當(dāng)鈣量偏多時(shí)，需將其降低才能適用于土壤改良中，避免土壤板結(jié)發(fā)生。此外，粉煤灰擁有吸收廢水中固體顆粒物的作用，以濾柱法、直接加入法等處理廢水，能夠有效處理廢水中的固體顆粒廢棄物，同時(shí)水處理費(fèi)用較低。

4.2 脫硫石膏的綜合利用

煤炭經(jīng)過燃燒，其中的S會(huì)轉(zhuǎn)化為SOx，脫硫石膏化學(xué)產(chǎn)生過程為：SO2+CaO=CaSO3；2CaSO3+O2=2CaS04。

脫硫石膏作為一種工業(yè)副產(chǎn)石膏，與天然石膏煅燒后產(chǎn)生的熟石膏粉、石膏制品相比，在物理性能、凝結(jié)特征、水化動(dòng)力學(xué)等方面并未存在顯著差異，可取代天然石膏用于建材。

以國(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)工藝、技術(shù)對(duì)脫硫石膏進(jìn)行加工，將其制成石膏板，可實(shí)現(xiàn)脫硫石膏的100%利用，而以工業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化流水線進(jìn)行生產(chǎn)，技術(shù)含量、產(chǎn)值較高，能耗低，不但可將脫硫石膏資源充分利用，還能將污染排放有效解決，促使固體廢棄物資源化利用實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

隨著各行各業(yè)的電力資源需求增加，火力發(fā)電廠能源生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)固體廢棄物的產(chǎn)量急劇增加。一旦固體廢棄物處理未能充分落實(shí)，空氣、水體及土壤等就會(huì)受到嚴(yán)重的污染。因此，人們必須采用各類科學(xué)、合理的方法來降低固體廢棄物的危害，將有用資源再次回收，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 左俊杰，呂新鋒.火力發(fā)電廠固體廢棄物資源化利用創(chuàng)新探索[J].廣西電業(yè)，2017，（6）：55-58.

2 馬 軍.關(guān)于燃煤火力發(fā)電廠的環(huán)境保護(hù)措施探索[J].黑龍江科技信息，2016，（34）：34.

3 吉冰靜.燃煤火電廠固體廢棄物對(duì)霧霾的作用及應(yīng)對(duì)措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（10）：182.