侯曉濤

華能左權煤電有限責任公司

1 引言

火力發(fā)電廠使用煤炭、石油、天然氣等人們熟知的能源，通過一系列過程，將能源本身蘊含的能量依次轉(zhuǎn)化為熱能、動能、電能，進而供應給廣大用戶。經(jīng)過燃燒的能源產(chǎn)生的固體廢棄物，如果不能進行有效處理，必然對自然環(huán)境造成極大的破壞。以之為原材料，進行資源化綜合利用符合可持續(xù)發(fā)展的思想觀念。

2 火電廠固體廢棄物的產(chǎn)生及分類

一般來說，火電廠的固體廢棄物主要產(chǎn)生于火電（只燃燒煤炭）模式，即煤炭經(jīng)過高溫燃燒后，其內(nèi)蘊含的能量得到釋放，形成一種與火山灰質(zhì)成分相近的混合型“廢棄物”，包含粉煤灰、煤渣、碎屑等。在過去很長一段時間內(nèi)，由于燃燒充分程度不足，固體廢棄物內(nèi)殘留大量的硫元素及含硫化合物，如果將之直接排放到自然環(huán)境中或是應用于其他行業(yè)建設，必然在大范圍內(nèi)造成硫污染；如果由火電廠進行脫硫處理，則需要投入極高的成本，從而降低利潤。近年來，隨著脫硫技術的不斷升級，加之思路的轉(zhuǎn)換，結合流態(tài)化技術將固體廢棄物進行脫硫處理后，能夠形成一種脫硫石膏，不僅能夠直接應用于加工建設，還極大地降低了礦石膏開采量，有效保護了自然資源。而粉煤灰經(jīng)過轉(zhuǎn)化，可以起到代替水泥的作用?，F(xiàn)代火電廠固體廢棄物資源化綜合利用的主要原材料即為粉煤灰和脫硫石膏，如表1所示，為粉煤灰的分類及其性狀；如表2所示，為脫硫石膏的性狀及成分分析。

表1 粉煤灰分類及性狀

表2 脫硫石膏性狀及成分分析

3 我國對火電廠固體廢棄物的傳統(tǒng)處理方式及當代原則

傳統(tǒng)的火電廠固體廢棄物處理方式為填埋及露天堆放，不僅會占用大量珍貴的土地資源，而且煤灰中殘留的含硫化合物等具備毒性和污染性的物質(zhì)，會逐漸流向地下土層，造成嚴重的污染并逐漸擴散，最終導致生態(tài)環(huán)境遭到毀滅性打擊?；诖耍绾翁幚砘痣姀S固體廢棄物，學術界的專家和政府部門經(jīng)過了反復商討，得出如下結論：第一，處理。對固體廢棄物必須做出無害化處理，此舉是一切的前提，未經(jīng)處理的廢棄物不能轉(zhuǎn)移到任何地方；第二，處置。根據(jù)一定的原則將經(jīng)過處理廢棄物運送到指定地點，中途必須保證安全，避免出現(xiàn)遺失、泄漏等現(xiàn)象；第三，綜合化利用。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展理念，將經(jīng)過處理的廢棄物應用于工業(yè)生產(chǎn)建設或其他可以得到有效利用的行業(yè)；暫時無法利用的，則適用于第二條原則?？偨Y其原理，即物質(zhì)回收（可利用物質(zhì)回收）、物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換。

4 火電廠固體廢棄物的資源化綜合利用策略分析

4.1 粉煤灰的資源化綜合利用方式

經(jīng)過對粉煤灰化學成分的分析可知，其內(nèi)部含有的二氧化硅含量占比至少為40%，多者可達65%；三氧化二鋁含量至少在15%，多者可達40%。綜合來看，粉煤灰中此兩種化合物整體占比至少為70%，且仍然具備一定的活性，經(jīng)過技術處理之后，能夠?qū)⒅D(zhuǎn)化為符合工業(yè)需求的建筑原材料，從而加以利用。

在水泥材料的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要添加黏土，而使用粉煤灰，可以起到很好的代替作用，不僅能夠降低黏土消耗量，還能夠充分運用其中殘余的炭，從而降低生產(chǎn)過程中的燃料消耗數(shù)量。根據(jù)粉煤灰內(nèi)部化合物含量的不同，最終可以生成硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及粉煤灰硅酸鹽水泥。將三者對比之后可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰硅酸鹽類型的水泥抵御硫酸鹽侵蝕的能力最強，且遇水后產(chǎn)生反應釋放出的熱量非常低。此外，粒度大、活性強且含碳量不高的粉煤灰性能良好，非常適合應用于民用、工業(yè)建筑、體積較大的水上混凝土工程、地下及水下混凝土工程等。經(jīng)過大量混凝土配比試驗可知，在1m3的混凝土中，加入50kg～100kg 的粉煤灰硅酸鹽水泥，與同等質(zhì)量的普通水泥性能無明顯分別[1]。

經(jīng)過脫硫處理的粉煤灰，還可以與生石灰、水泥、石膏、鋁粉等混合到一起，加水攪拌成漿之后，將之注入特定的模具，進而蒸制成一種新型建筑材料，其質(zhì)量較輕、多孔，除了具備一定的強度之外，還擁有極強的防火和絕熱性能，其質(zhì)地相對柔軟，適用于多種加工方式。

4.2 脫硫石膏的資源化綜合利用方式

脫硫石膏的制作過程，不僅能夠?qū)γ禾繗堅械暮蚧衔镞M行良好處理，還能完美利用煤炭資源燃燒過程中產(chǎn)生的SO2，將之轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪邆涠拘?、污染性的硫酸根離子。此種充分運用化學反應的處理方式值得推廣。首先，使SO2與水反應，得到H2SO3，之后經(jīng)過氫離子提取、氧化反應，得到HSO_4離子；其次，進一步提取氫離子，得到“干凈的”SO42-硫酸根離子；最后，使殘渣中游離的鈣離子、碳酸根離子、氫離子、硫酸根離子與水進行反應，最終生成脫硫石膏，即CaSO4·2H2O，同時產(chǎn)生無毒的二氧化碳。在此過程中，任何游離狀、具備毒性的硫酸根離子均被轉(zhuǎn)化為固態(tài)無毒性的硫酸鈣。根據(jù)精確計算，每產(chǎn)生2.7噸的脫硫石膏，只需要消耗1噸的二氧化硫，因此在處理過程中，無需擔憂具備毒性的含硫化合物仍有殘余的問題。脫硫石膏與天然石膏相比，無論是水化動力性能、凝結特征，還是物理性能均無明顯差別，且不具備任何放射性，能夠完全替代天然石膏的作用。

4.3 火電廠固體廢棄物的資源化利用“產(chǎn)業(yè)鏈”實踐分析

在傳統(tǒng)的觀念中，對火電廠固體廢棄物進行有效處理，已經(jīng)耗費相關企業(yè)“九牛二虎之力”，在此過程中如果能夠降低成本支出，將會是“突破性”進展。而在當代經(jīng)營理念中，“變廢為寶”不再是幻想，運用“石灰石-石膏濕法”對固體廢棄物進行處理，得到的脫硫石膏以及運用水泥、混凝土加工法生成的粉煤灰硅酸鹽水泥，可以作為高性能產(chǎn)品輸送到建材市場。特別是脫硫石膏，其產(chǎn)量多、品質(zhì)高，市場需求量極大，無須擔心“無人問津”。如某火電廠完成每年的火力發(fā)電任務時，產(chǎn)生的粉煤灰數(shù)量達到60萬噸，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)化之后，能夠得到10萬噸的粉煤灰硅酸鹽水泥以及20萬噸的脫硫石膏。除去轉(zhuǎn)化過程中變?yōu)闅怏w的部分，最后剩余的廢棄物渣滓均為無毒無害物質(zhì)，排放到自然界后，不會造成任何污染。在該火電廠周圍，擁有數(shù)家建材公司，能夠?qū)Υ硕N原材料實現(xiàn)迅速收購，形成“火電廠-建材企業(yè)-市場”的穩(wěn)定供應，根據(jù)年終核算，由固體廢棄物轉(zhuǎn)換獲得的經(jīng)濟收入超過5000萬元，同時為建材市場節(jié)省普通水泥物料成本達500萬元，真正實現(xiàn)了“變廢為寶”[2]。

5 結束語

火電廠發(fā)電的過程，是通過化學方式實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換?；诖?，在進行固體廢棄物處理時，也應該以化學思維作為切入點，詳細分析并精確計算廢棄物中化學元素的含量占比，根據(jù)具體數(shù)據(jù)，制定出有效的資源化綜合利用方案。此舉不僅有益于保護生態(tài)環(huán)境，降低廢物處理成本的同時還能夠增加額外的收入，可謂“一舉兩得”。