陳曉龍，梁 川，宋大勇

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,江蘇 南京 210046)

我國(guó)是世界能源生產(chǎn)第一大國(guó)[1]，燃煤發(fā)電機(jī)組在我國(guó)能源體系中處于重要地位。截至2019年底，全國(guó)煤電裝機(jī)容量約104×108MW，占全口徑發(fā)電裝機(jī)容量的51.7%；燃煤機(jī)組全年發(fā)電量約4.56×1012kWh，占全口徑發(fā)電量的62.2%[2]。在煤電生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量固體廢棄物，這些固體廢棄物若能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的綜合利用，既可減少其他礦物資源的開(kāi)發(fā)，減少生態(tài)破壞和環(huán)境污染，又能提高煤炭資源多級(jí)利用率，目前所受關(guān)注程度正持續(xù)上升。

為了提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，國(guó)家相繼頒布了一系列的政策和文件。2017年國(guó)家發(fā)改委等14部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)<循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)行動(dòng)>的通知》，對(duì)“十三五”期間我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展工作做出統(tǒng)一安排和整體部署。國(guó)家能源局《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》提出，要提升煤炭轉(zhuǎn)化效率和效益，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)，降低工程造價(jià)和生產(chǎn)成本。國(guó)家發(fā)改委公布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》中將固體廢棄物綜合利用作為重點(diǎn)發(fā)展方向之一。工信部在《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》中提出要“推廣綠色建材，提高綠色建材在建筑工程中使用比例；在水泥、砂漿、混凝土等產(chǎn)品中利用副產(chǎn)石膏等大宗工業(yè)固廢，開(kāi)發(fā)綠色建材”。2018年1月1日起實(shí)施的《環(huán)境保護(hù)稅法》明確規(guī)定未按環(huán)保法規(guī)定清運(yùn)、處置或利用固體廢棄物的企業(yè)，需要繳納環(huán)境保護(hù)稅。2019年國(guó)家發(fā)改委及工信部聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》，該通知指出擬建設(shè)一批具有示范和引領(lǐng)作用的綜合利用產(chǎn)業(yè)基地，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚，提高資源綜合利用水平，推動(dòng)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2020年中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于構(gòu)建現(xiàn)代環(huán)境治理體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求“提高固體廢物綜合利用率；制定修訂固體廢物污染防治、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面的法律法規(guī)”，更加凸顯了從源頭防治污染、固體廢棄物資源化利用的重要性。由此可見(jiàn)，國(guó)家對(duì)固體廢棄物的處置及資源化利用提出很高要求，以集聚化、產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化、生態(tài)化為導(dǎo)向，以提高資源利用效率為核心，堅(jiān)持“綠色”發(fā)展理念，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

1 煤電發(fā)電企業(yè)固體廢棄物概況

隨著中國(guó)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。燃煤發(fā)電企業(yè)作為中國(guó)能源工業(yè)的主體，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等大量固體廢棄物，2014—2018年我國(guó)電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)量和利用率趨勢(shì)見(jiàn)圖1。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)粉煤灰產(chǎn)生量約為4.5億t，占工業(yè)企業(yè)粉煤灰產(chǎn)生總量的85.3%，綜合利用率為75.7%；爐渣產(chǎn)生量約為1.6億t，占總量的51.2%，綜合利用率為71.5%；脫硫石膏產(chǎn)生量約為1.0億t，占總量的81.3%，綜合利用率為74.3%[3]。電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來(lái)了固體廢棄物排放量的急劇增加，部分燃煤發(fā)電企業(yè)仍采用填埋和堆放方式處理固體廢棄物，貯存處置場(chǎng)不僅占用大量的土地資源，還會(huì)對(duì)土水、空氣、土壤及生態(tài)環(huán)境造成危害。

粉煤灰又稱(chēng)飛灰，是燃煤電廠排放的最主要固體廢棄物之一，是燃料(主要是煤)在鍋爐中燃燒后被煙氣帶出爐膛的細(xì)微固體顆粒物，其粒徑一般在1～100 μm之間。粉煤灰的化學(xué)組成與煤粒粒度、鍋爐型式、燃煤成分、燃燒情況及收集方式等有關(guān)，一般為灰色或淺黃色，呈多孔型蜂窩狀組織，含碳量較高的粉煤灰顏色偏黑，常夾帶少量重金屬及其他雜質(zhì)，其主要組成為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。國(guó)家發(fā)改委等十部門(mén)聯(lián)合頒布的《粉煤灰綜合利用管理辦法》規(guī)定，新建和擴(kuò)建燃煤電廠項(xiàng)目可行性研究報(bào)告和項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告中須提出粉煤灰綜合利用方案，明確粉煤灰綜合利用途徑和處置方式，遵循“誰(shuí)生產(chǎn)、誰(shuí)治理、誰(shuí)利用、誰(shuí)受益”的原則，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)粉煤灰減量化、資源化、再利用。實(shí)踐表明，粉煤灰可以廣泛用于水泥建材行業(yè)，例如生產(chǎn)砌塊、屋面瓦、隔音板材、耐火保溫材料、建筑保溫材料、陶瓷彩色墻地磚等，也可用于生產(chǎn)處理廢水、廢氣的吸附劑等。

爐渣是煤炭等燃料在鍋爐內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的另一種工業(yè)固體廢棄物，通常經(jīng)過(guò)排渣機(jī)、破碎機(jī)后送至渣倉(cāng)貯存，或運(yùn)至灰渣場(chǎng)堆放，其成分與飛灰相似，以氧化物(SiO2，Al2O3，CaO，MgO等)為主。爐渣可應(yīng)用于空心磚、透水磚、砌塊、水泥、隔音棉和防火隔熱材料等產(chǎn)品的制造。

脫硫石膏是燃煤電廠石灰石—石膏濕法煙氣脫硫過(guò)程中由吸收劑與煙氣中二氧化硫反應(yīng)后生成的主要副產(chǎn)品[4]，主要成分和天然石膏一樣，為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，純度一般在90%以上。脫硫石膏蘊(yùn)藏著巨大的資源利用價(jià)值，利用脫硫石膏可以生產(chǎn)石膏板、石膏砌塊、生態(tài)水泥、水泥緩凝劑、硫酸鈣晶須(CSW)、自流平石膏等，國(guó)內(nèi)外對(duì)脫硫石膏的綜合處理和應(yīng)用發(fā)展迅速。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究與實(shí)踐，我國(guó)固體廢棄物的綜合利用在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較好的資源轉(zhuǎn)化，粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等大宗固體廢棄物不僅能夠作為生產(chǎn)建材產(chǎn)品的主要原料，還可以應(yīng)用于公路土建、工程建造、土壤調(diào)節(jié)、氧化鋁生產(chǎn)、特種硅鋁鐵合金、高強(qiáng)模具制造等多個(gè)方面。

2 固廢資源化的意義

隨著我國(guó)對(duì)固體廢棄物的管理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的認(rèn)識(shí)不斷深化，固體廢棄物的資源化逐漸成為一項(xiàng)關(guān)系經(jīng)濟(jì)和民生的建設(shè)性工程，企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要更加重視固體廢棄物資源化利用。一是將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為再生資源，減少天然石礦的開(kāi)采，既符合國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，也符合國(guó)家大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略決策；二是減少固廢的堆放和填埋，降低土地占用率，減輕地下水和土壤的污染，從而改善生態(tài)環(huán)境；三是通過(guò)對(duì)固體廢棄物的利用，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)處于良性循環(huán)之中。

固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染以及所造成的資源浪費(fèi)是當(dāng)今世界環(huán)境保護(hù)和資源保護(hù)面臨的主要問(wèn)題。我國(guó)也早己將固體廢棄物的綜合利用提到議事日程上，先后制定了多項(xiàng)減免稅收的相關(guān)優(yōu)惠政策，各級(jí)地方政府也出臺(tái)了相關(guān)治理措施和優(yōu)惠政策，切實(shí)保障了固體廢棄物綜合利用的順利實(shí)施[5]。

3 燃煤發(fā)電企業(yè)固廢處理經(jīng)驗(yàn)

我國(guó)燃煤發(fā)電企業(yè)在經(jīng)歷了“以?xún)?chǔ)為主”、“儲(chǔ)用結(jié)合”、“以用為主”三階段的轉(zhuǎn)變后，目前在固體廢棄物資源化利用方面已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，積累了豐富的固廢處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于可以利用的固體廢棄物最大化進(jìn)行綜合利用，對(duì)暫不能利用的，也采取必要的降污染措施進(jìn)行處置和堆存。

華能陽(yáng)邏電廠建成了全國(guó)電力系統(tǒng)首條利用電廠低溫蒸汽，采用干燥、煅燒二步法工藝的β型建筑石膏生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線是國(guó)家“十一五”節(jié)能減排規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，于2007年9月7日正式投產(chǎn)，年產(chǎn)建筑石膏10萬(wàn)t。所產(chǎn)的建筑石膏粉具有強(qiáng)度高、無(wú)輻射、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，是一種理想的綠色建筑材料。同時(shí)該電廠還建有年產(chǎn)5萬(wàn)m3的加氣砼砌塊生產(chǎn)線，將絕大部分粉煤灰生產(chǎn)為加氣混凝土砌塊，剩余的粉煤灰和爐渣供給周邊專(zhuān)業(yè)綜合利用公司，作為水泥、公路瀝青混凝土、磚的生產(chǎn)原料。華能陽(yáng)邏電廠的固體廢棄物綜合利用率已達(dá)到100%，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)固體廢棄物的資源化利用、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有非常好的示范作用[6]。

西山煤電集團(tuán)公司是全國(guó)首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)單位之一，針對(duì)所屬電廠粉煤灰等固體廢棄物大量堆存的問(wèn)題，建設(shè)了年產(chǎn)20萬(wàn)m3粉煤灰陶粒項(xiàng)目和年產(chǎn)30萬(wàn)m3粉煤灰加氣混凝土砌塊項(xiàng)目，采用全智能化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)發(fā)展，每年再利用的粉煤灰、爐渣量約30萬(wàn)t。公司生產(chǎn)的產(chǎn)品容重輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、穩(wěn)定性好，是新型材料工業(yè)的發(fā)展方向。該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)利用固體廢棄物生產(chǎn)綠色建材、推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[7]。

針對(duì)內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電公司粉煤灰的富鋁特性，中國(guó)大唐集團(tuán)啟動(dòng)了高鋁粉煤灰資源化利用的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化探索，在科技部“國(guó)家科技支撐計(jì)劃”和“863”計(jì)劃支持下，依托國(guó)家能源高鋁煤炭資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)平臺(tái)，經(jīng)長(zhǎng)期開(kāi)拓性研究與產(chǎn)業(yè)示范，建成投產(chǎn)了粉煤灰年產(chǎn)20萬(wàn)t氧化鋁生產(chǎn)線。該項(xiàng)目被國(guó)家發(fā)改委確定為產(chǎn)業(yè)示范，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高鋁粉煤灰提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和裝備體系，以高鋁粉煤灰提取氧化鋁為核心，形成了我國(guó)特色的高鋁煤炭-發(fā)電-高鋁粉煤灰-氧化鋁-鋁合金-環(huán)境材料-化工填料-綠色建材的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。技術(shù)成果獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國(guó)家能源局科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)[8]。

在寧海臨港經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)科技園，國(guó)華寧海電廠利用區(qū)域優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合周邊的水泥廠、建材廠等企業(yè)，構(gòu)建上下游產(chǎn)業(yè)間資源綜合利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。形成了“煤炭-電力-粉煤灰-水泥”、“煤炭-電力-粉煤灰-新型墻體”、“煤炭-電力-脫硫石膏-石膏板”等循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)生的灰、渣、石膏供給水泥廠和建材企業(yè)，不但減少了封閉灰場(chǎng)的建設(shè)，有效節(jié)約土地資源和管理成本，降低揚(yáng)塵污染，而且通過(guò)銷(xiāo)售這些灰渣，獲得一定的資金收益，實(shí)現(xiàn)生態(tài)責(zé)任和經(jīng)濟(jì)利益的平衡發(fā)展[9]。

山西漳電國(guó)電王坪發(fā)電有限公司為節(jié)約處置費(fèi)用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)消除傳統(tǒng)固廢處置方式帶來(lái)的環(huán)保壓力，積極開(kāi)展固體廢棄物綜合利用技術(shù)創(chuàng)新，該公司分別建設(shè)了石膏粒化項(xiàng)目和25萬(wàn)t橡塑填料級(jí)粉煤灰綠色高值化加工項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、消除污染、保護(hù)環(huán)境、化害為利等目的，對(duì)發(fā)展企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了促進(jìn)作用[10]。

在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，燃煤發(fā)電企業(yè)對(duì)固體廢棄物資源化利用的研究起步較早而且技術(shù)成熟。美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)過(guò)30余年的研究實(shí)踐，建立了固體廢物全過(guò)程精細(xì)化管控體系，不斷研發(fā)和應(yīng)用新的技術(shù)工藝，提高固廢資源化產(chǎn)品的附加值。以化工、能源和農(nóng)業(yè)為主體，規(guī)劃建設(shè)生態(tài)工業(yè)園項(xiàng)目，通過(guò)把不同的工廠聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成共享資源和互換副產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式[11]。

例如丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū)，它是學(xué)者們最常引用的生態(tài)工業(yè)園區(qū)原型典范。該工業(yè)園區(qū)以Asnaes電廠為核心，協(xié)同煉油廠、制藥廠和石膏板材廠等企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體。電廠為園區(qū)居民、工廠集中供汽供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)提高了燃料利用率，先進(jìn)的廢水處理技術(shù)使水資源可以在共生企業(yè)間多級(jí)利用，脫硫設(shè)備生產(chǎn)的石膏作為代替天然石膏的原材料被賣(mài)給石膏板廠，發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰，被用于基礎(chǔ)建設(shè)和水泥行業(yè)。全系統(tǒng)每年約節(jié)省4.5萬(wàn)t石油、1.5萬(wàn)t煤炭、60萬(wàn)m3淡水，減排17.5萬(wàn)t二氧化碳和1.02萬(wàn)t二氧化硫，還使13萬(wàn)t爐灰、4500 t硫、9萬(wàn)t石膏、1440 t氮和600 t磷實(shí)現(xiàn)資源化重新利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益每年約1000萬(wàn)美元?？▊惐ど鷳B(tài)工業(yè)園的網(wǎng)絡(luò)組成見(jiàn)圖2[12]。20世紀(jì)90年代，日本北海道電力公司就開(kāi)始探索粉煤灰的資源化利用，獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)并投產(chǎn)了“利用粉煤灰生產(chǎn)干式脫硫劑”等多個(gè)固體廢物循環(huán)利用項(xiàng)目，并且進(jìn)一步研究了脫硫劑廢料的綜合利用新途徑[11]。近幾年“高溫水合技術(shù)裝備加工高濃度粉煤灰復(fù)合樹(shù)脂新材料項(xiàng)目”已在日本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，運(yùn)行狀況良好。在德國(guó)，資源化利用脫硫副產(chǎn)品是煙氣脫硫應(yīng)用的基本組成部分，電廠脫硫石膏被大量運(yùn)用于水泥緩凝劑的生產(chǎn)，其余用于生產(chǎn)建筑石膏、石膏板、建筑用構(gòu)件、自流平石膏、α型與β型半水石膏等新型建筑材料[13]。

4 資源化利用的建議

目前我國(guó)工業(yè)固體廢棄物綜合利用率已達(dá)70%以上，雖呈現(xiàn)整體向好趨勢(shì)，但與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的提升空間。受原材料品質(zhì)、地域、技術(shù)及市場(chǎng)等因素限制，還存在各地區(qū)利用不均衡的問(wèn)題。為此，針對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)固體廢棄物的資源化利用提出以下4點(diǎn)建議。

a.加大對(duì)固體廢棄物資源化利用的重視，完善管理制度，建立資源化管理體系。提高生產(chǎn)的粉煤灰、爐渣及脫硫石膏品質(zhì)的穩(wěn)定性，以此更好地加以利用。

b.因地制宜，積極尋求適合企業(yè)特點(diǎn)的固廢處理方案，將現(xiàn)有技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、投資少、效益高的處理方式更普遍地應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中去。

c.開(kāi)展自主創(chuàng)新，發(fā)揮企業(yè)的主動(dòng)性，加大科研投入，加強(qiáng)“政-校-企”合作，拓展固體廢棄物高附加值利用，同時(shí)關(guān)注二次污染等問(wèn)題。

d.利用企業(yè)之間的物流、能流、信息流建立資源共享利用網(wǎng)，通過(guò)廢物交換、循環(huán)利用、清潔生產(chǎn)等手段，發(fā)展綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上討論，將原本危害環(huán)境的固體廢棄物資源化利用，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。隨著垃圾分類(lèi)管理、“城市礦產(chǎn)”示范基地、“無(wú)廢城市”建設(shè)等多項(xiàng)工作的深入推進(jìn)，固體廢棄物資源化利用的重要性及緊迫性持續(xù)提升。盡管我國(guó)固廢資源化利用技術(shù)的整體水平還有待于進(jìn)一步提高[14]，但固廢資源化利用空間巨大，高附加值、高新技術(shù)以及規(guī)?；C合發(fā)展成為必然趨勢(shì)。未來(lái)工業(yè)固廢再生市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大，燃煤發(fā)電企業(yè)應(yīng)把握產(chǎn)業(yè)升級(jí)機(jī)遇，積極建立區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)合作，加強(qiáng)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”項(xiàng)目攻關(guān)，強(qiáng)化自主科研創(chuàng)新，攻克整裝成套的固廢資源化利用技術(shù)，推廣引進(jìn)固廢利用新工藝、新裝備，推動(dòng)工業(yè)固廢資源化利用產(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)正在積極研發(fā)固廢資源化利用的自主技術(shù)，并且已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，固廢綜合利用治理體系，正在成為新時(shí)代綠色發(fā)展不可分割的組成部分。通過(guò)高效率、多途徑、多價(jià)值的資源化利用固體廢物，提高環(huán)境資源配置效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)污染物“零排放”，推進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)和綠色化轉(zhuǎn)變，為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)提供支持。