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火力發(fā)電廠固體廢棄物資源化利用分析

2018-02-03 19:14王彥忠朱善淳
中國資源綜合利用 2018年4期
關鍵詞:火力發(fā)電廠石膏粉煤灰

王彥忠,朱善淳

(中電國瑞物流有限公司,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,煤粉通過燃燒會產生一種包含碎屑、廢渣及粉煤灰的混合材料。而在脫硫技術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

粉煤灰的組成及性質:粉煤灰的主要成分為未燃炭、CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2,同時含有少許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??蓪⑵浞譃榈外}與高鈣灰。高鈣灰中CaO的質量分數(shù)超過20%,有著比低鈣會更優(yōu)的質量。粉煤灰活性指的是粉煤灰混合于石灰、水之后展現(xiàn)的凝結硬化性能。粉煤灰應具備化學活性,故其本身并無水硬性。而處于潮濕條件時,通過與Ca(OH)2的反應,粉煤灰會有水硬性顯示[1]。粉煤灰的顏色、粒度和質量會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:脫硫石膏的主要成分為Ca(SO4)·2H20,呈細顆粒狀,為灰、黃色,徑長比在15~25,有著較高的Ca(SO4)·2H20含量,通常都不會低于90%,同時也含有CaSO3、有機碳及飛灰和氯化物組成的可溶性鹽等雜質。

1.3 火力發(fā)電廠固體廢棄物的污染

1.3.1 對大氣的污染

火力發(fā)電廠固體廢棄物多為粉煤灰等細微顆粒態(tài)廢渣,風會將這些固體廢棄物攜帶至其他地方,進而污染大氣環(huán)境,是大氣環(huán)境的主要污染源。這些塵粒不僅會對環(huán)境造成污染,在結合NO、SiO2等有害氣體后,更是會嚴重破壞環(huán)境,10 μm以下的飄塵還會威脅人體健康。

1.3.2 對水體的污染

由于火力發(fā)電廠固體廢棄物中有Hg、Pb等重金屬存在,當其與水體直接接觸時,會直接污染水體,使水生生物的生存條件受到嚴重破壞,還會對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、有害化學物質會逐漸出現(xiàn)轉化、遷移,逐漸污染附近地區(qū)。同時,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,會導致河床出現(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,會使海水成分、溫度發(fā)生變化,嚴重影響我國海洋環(huán)境。

1.3.3 對土壤的污染

固體廢棄物堆積處,粉煤灰隨風四處飄散時,其內所含的各類重金屬元素會滲透至土壤中,致使土壤受到重金屬的污染。我國某火力發(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到1.03 mg/kg、23.7 mg/kg,相對于參考含量而言分別增加了102%、44%,致使土壤受到嚴重的重金屬污染[2]。土壤結構和性質及土壤中微生物的活動會因這些有害物質的滲入而發(fā)生負面變化,植物有機體內甚至會有部分污染物殘留,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,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回收,使其產生一定的經(jīng)濟效益,實現(xiàn)二次利用。

在資源化利用固體廢棄物時,其通??煞譃橐韵聨讉€范疇:其一,物質回收。通過處理廢棄物,依據(jù)二次物質回收廢棄物;其二,物質轉換。依據(jù)廢棄物置換新形態(tài)物質;其三,能量轉換。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,資源化是為了對廢棄物進行循環(huán)利用,進而實現(xiàn)資源、能源的回收。資源化概念包含了資源、能源實現(xiàn)回收的管理工藝和技術方法。資源化指的是將廢棄物中的有用物質分離、回收之后,通過新加工或新產品的開發(fā)再次轉化廢棄物,使其成為有用資源,故也可將資源化當作再生回收利用[3]?;诖?,可將資源化定義為:其一,物質的回收,對廢棄物進行處理,將其所含有的特定二次物質回收,如回收城市垃圾中的金屬或玻璃等物質;其二,物質的轉化,將廢棄物制成新形態(tài)物質,如將爐渣制成磚瓦等建筑材料;其三,能量的轉換,將廢棄物中的能源通過直接或間接的方式進行回收,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粉煤灰密實砌塊、墻板、粉煤灰燒結陶粒和粉煤灰燒結磚等。而脫硫石膏資源化指的是以成熟工藝技術加工脫硫石膏,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。

通過資源化,火力發(fā)電廠能將原本會危害環(huán)境的固體廢棄物轉化為有用的新資源。由于各個地方的發(fā)電廠有著不同的客觀環(huán)境、條件,社會、經(jīng)濟和科技發(fā)展有不同的水平,循環(huán)利用廢棄物的認知也有差異存在,同一種利用途徑在不同地點不一定能產生效用。若是不考慮客觀實際情況,盲目借用他人的經(jīng)驗,可能會產生適得其反的效果。因此,人們必須與實際相結合,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 對粉煤灰的綜合利用

近年來,我國電力工業(yè)發(fā)生了巨大變化,產自于電廠的粉煤灰數(shù)量劇增,我國粉煤灰堆放累計已超過60×108t,占地面積達到1.3×108m2,而產自于電廠的粉煤灰便超過3×108t。以我國某電廠為例,該電廠每年會產生60×104t粉煤灰、20×104t脫硫石膏、6 000 t硝。當下,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。而對于高質量粉煤灰而言,因其細度大、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,能適當加快熟料礦物形成速度。實踐表明,在水泥制備中,以粉煤灰替代黏土原料,能進一步提升水泥窯產量,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、鋁粉及生石灰與水攪拌并倒入模具后,經(jīng)過蒸養(yǎng)得到的多孔輕質建筑材料。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)護條件下所發(fā)生的化學反應產生的水化硅鹽酸是粉煤灰加氣混凝土強度的主要來源。該混凝土具有質量輕、強度大、絕熱與防火性能較好、易于加工等特點。

4.1.3 粉煤灰在農業(yè)、環(huán)保中的應用

粉煤灰中有著較大的含鈣量變化,當鈣量偏多時,需將其降低才能適用于土壤改良中,避免土壤板結發(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,同時水處理費用較低。

4.2 脫硫石膏的綜合利用

煤炭經(jīng)過燃燒,其中的S會轉化為SOx,脫硫石膏化學產生過程為:SO2+CaO=CaSO3;2CaSO3+O2=2CaS04。

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

以國際先進生產工藝、技術對脫硫石膏進行加工,將其制成石膏板,可實現(xiàn)脫硫石膏的100%利用,而以工業(yè)高標準自動化流水線進行生產,技術含量、產值較高,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現(xiàn)。

5 結語

隨著各行各業(yè)的電力資源需求增加,火力發(fā)電廠能源生產規(guī)模不斷擴大,同時固體廢棄物的產量急劇增加。一旦固體廢棄物處理未能充分落實,空氣、水體及土壤等就會受到嚴重的污染。因此,人們必須采用各類科學、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)濟價值。

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.關于燃煤火力發(fā)電廠的環(huán)境保護措施探索[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霧霾的作用及應對措施[J].科技創(chuàng)新與應用,2017,(10):182.

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