劉 濤 ，朱 林 ，薛建明 ，周 遷

(1.國電科學(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，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t迅速增加到 “十一五”末的415萬t，年平均增幅達(dá)110%。妥善解決脫硫石膏的處置和利用問題，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)效益和社會效益。對于脫硫石膏處理，國家相關(guān)部門分別在2010年7月和2011年2月相繼出臺《中國資源綜合利用技術(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t/a，綜合利用量376.4萬t/a，貯存量及傾倒量為3.7萬t/a，主要排放情況如表1所示。從統(tǒng)計情況分析看全省電網(wǎng)近八成煤電裝機(jī)為單機(jī)30萬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，脫硫石膏的綜合利用率穩(wěn)步提高，高于全國平均水平[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t以上的電廠有20座，相當(dāng)于省內(nèi)有20個脫硫石膏集中產(chǎn)出點。全省13個主要行政區(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t，占總產(chǎn)生量的24.9%。其次是工業(yè)大市無錫和徐州，脫硫石膏產(chǎn)生量分別為 51.1萬 t和 45.5萬 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)燃煤電廠的單臺裝機(jī)容量都小于20萬kW，發(fā)電及供熱規(guī)模較小未納入統(tǒng)計。

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，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，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

江蘇省單位脫硫石膏的經(jīng)濟(jì)價值較低，銷售單價從3元/t到35元/t不等，銷售單價如圖3所示。價格變動幅度及差異化較大，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，供需失衡價格就會很低，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t以上的脫硫石膏的電廠，利用途徑有限就會造成脫硫石膏價格較低；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)，因為有水泥廠以及紙面石膏廠在周邊合理布局，其脫硫石膏的銷售單價可以達(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（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日開始實施，脫硫石膏將分為3個等級，雖然標(biāo)準(zhǔn)中對碳酸鈣含量不作要求，但對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，同時還需要扭轉(zhuǎn)電廠經(jīng)營銷售觀念，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，占全國總產(chǎn)量8.4%，列全國第一，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t。從統(tǒng)計看，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，對水泥凝結(jié)時間影響比較大，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，不足歐美國家的三分之一，如圖4所示。目前美國紙面石膏板人均消費(fèi)量為10.5 m2、歐洲為 6.5 m2、韓國為 5.4 m2、日本為 4.7 m2，我國則為 1.3 m2，均低于上述發(fā)達(dá)國家水平，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t。主要貯存方式為灰場堆放和渣場堆放，貯存量分別為3.42萬t和0.32萬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)能減排及國家強(qiáng)制排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 存在問題

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；脫硫石膏有時在純度、含水率、氯離子含量等一些技術(shù)指標(biāo)上的變動，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 市場需求層面

省內(nèi)對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)，對脫硫石膏綜合利用的下游產(chǎn)品——“石膏建材”的市場情況不熟悉，沒有完整的銷售網(wǎng)絡(luò)與銷售途徑，在如今建材產(chǎn)品競爭日趨激烈的環(huán)境下，產(chǎn)品銷售是基層電廠面臨的一項重大問題。電廠實施脫硫石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)化時，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，且不具備競爭力。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)出臺的專門針對脫硫石膏綜合利用的專項政策較少，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)部門對企業(yè)的經(jīng)營引導(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)、市場等方面處于弱勢，亟需搭建信息交流、技術(shù)服務(wù)平臺。

3 “十二五”狀況預(yù)測

按照江蘇省“十二五”規(guī)劃綱要，預(yù)計到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kW。煤電機(jī)組將會超過8000萬kW。根據(jù)“十二五”國家對節(jié)能減排工作的進(jìn)一步要求，預(yù)計到2015年省內(nèi)煤電機(jī)組100%配套脫硫裝置，按照統(tǒng)計中各地市加權(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，全省電力工業(yè)源脫硫石膏年產(chǎn)量將達(dá)到800萬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t），其測算公式：

式（1—3）中：M總為預(yù)測期內(nèi)全省脫硫石膏總放量，t；M1（i）為預(yù)測期內(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為一個電廠燃煤機(jī)組裝機(jī)總?cè)萘浚琸W；ti為一個電廠全年平均發(fā)電小時數(shù)，h；θi為 一個電廠度電石膏產(chǎn)量，g/（kW·h）；αi為應(yīng)對新標(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

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t。

表5 “十二五”脫硫石膏主要利用途徑

4 結(jié)束語

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，還需要在以下幾個方面著手。

（1）推動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)模化企業(yè)，大力推動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5%，預(yù)計2015年國內(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，推動脫硫石膏替代天然石膏的技改工作。做好重點地區(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，容易形成產(chǎn)業(yè)化群體。

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

建立電廠脫硫石膏綜合利用資源化評價體系，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)來評價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]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告[M].北京：中國電力出版社，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].價值工程，2009（2）：186-187.

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[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.

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