孟憲彬，李明君，丁國光，付 鐵，丁 寧

(中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京 100011)

燃煤電廠粉煤灰綜合利用分析

孟憲彬，李明君，丁國光，付 鐵，丁 寧

(中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京 100011)

近年來，國家為了推動資源的綜合利用，提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，頒布了一系列推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策。大中型燃煤發(fā)電廠是固體廢物產(chǎn)生的大戶，每年產(chǎn)生大量的粉煤灰，并且有逐年增加的趨勢，這些固體廢物若棄之不用，不但占用土地而且浪費(fèi)資源，而且會對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染，所以發(fā)展大中型燃煤發(fā)電廠粉煤灰綜合利用工程十分必要。介紹了國內(nèi)外粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀以及當(dāng)前粉煤灰綜合利用的途徑，簡單說明了粉煤灰綜合利用的情況，并結(jié)合華北地區(qū)的某燃煤發(fā)電機(jī)組的粉煤灰利用工藝，對粉煤灰的綜合利用技術(shù)進(jìn)行細(xì)化地分析。

燃煤電廠；粉煤灰；綜合利用

0 引言

燃煤發(fā)電廠的固體廢物主要是粉煤灰。粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中捕收下來的細(xì)粉，一般為銀灰色或灰色，顏色較黑的粉煤灰含碳量較高，粗顆粒所占的比例較大。長期以來，國家為了推動資源的綜合利用，提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，頒布了一系列推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策。在分析了我國粉煤灰綜合利用發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，國家發(fā)改委等十部門聯(lián)合頒布了《粉煤灰綜合利用管理辦法》，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"誰生產(chǎn)、誰治理、誰利用、誰受益"的原則。近年來，我國的發(fā)電能力連年增長，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量也在逐年增加。如果不對粉煤灰加以處理，一旦排放到環(huán)境中，將會對水，空氣、土壤造成不同程度的污染和破壞，同時(shí)對生物體也產(chǎn)生極大危害[1]。

目前，我國的綜合利用率較低。要在十二五期間大力推行粉煤灰的有效、綜合利用技術(shù)是建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會的要求[2]。因此，需要分析研究粉煤灰的應(yīng)用現(xiàn)狀，促進(jìn)粉煤灰的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。

1 國內(nèi)外粉煤灰利用情況

1.1國內(nèi)粉煤灰利用現(xiàn)狀

中國2010年粉煤灰產(chǎn)生量約4.5億t，“十二五”期間，隨著我國燃煤電廠的發(fā)展，粉煤灰產(chǎn)生量還將大幅增加，預(yù)計(jì)，到2020年中國粉煤灰排放量將達(dá)到9億t[3]。

中國粉煤灰的綜合利用長期以來一直受到國家的高度重視，近年來取得較大成就。歸納起來，粉煤灰主要應(yīng)用于建材、建工、筑路、回填、農(nóng)業(yè)及資源回收等方面。建材制品方面的應(yīng)用主要有：混凝土砌塊和小型空心砌塊、加氣混凝土砌塊及板材、替代粘土做水泥原料等，此類用灰量約占粉煤灰利用總量的35%左右；道路工程方面主要有：粉煤灰瀝青混凝土、護(hù)堤工程等，此類用灰量約占粉煤灰利用總量的20%左右；建設(shè)工程方面主要有：大體積混凝士、泵送混凝土、灌漿材料等，此類用灰量約占粉煤灰利用總量的10%左右。

1.2國外粉煤灰綜合利用情況

世界各國的粉煤灰排放量都呈逐年增加的趨勢，但是粉煤灰的利用率保持在較低水平。歐洲煤炭燃燒產(chǎn)物協(xié)會(ECOBA )所屬會員國家排放的粉煤灰達(dá)3714萬t 僅利用了其中的48%[4]。印度每年排放超過1億t粉煤灰，其利用率低于20%。日本粉煤灰的利用率較高，主要應(yīng)用于建筑材料、土木工程、農(nóng)業(yè)環(huán)保等領(lǐng)域，但以粉煤灰為原料制水泥、混凝土等建筑材料的比例較大。日本在開發(fā)粉煤灰的其他領(lǐng)域用途也出現(xiàn)新的進(jìn)展,如農(nóng)業(yè)及環(huán)保、融雪劑、煉鐵等，利用比例超過10%[5]。

2 粉煤灰綜合利用途徑

2.1建筑及高分子材料的改進(jìn)

2.1.1 粉煤灰制磚

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～70% 的粉煤灰代替粘土制作粉煤灰燒結(jié)磚，可節(jié)約土地資源。目前已開發(fā)出利用82%～90% 的自燃煤矸石與粉煤灰工業(yè)廢料生產(chǎn)的復(fù)合雙免磚[6]、粉煤灰彩色地面磚等品種，這種新型的磚具有質(zhì)量輕、性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，適用于大型建筑，特別是高層建筑[7]。

2.1.2 生產(chǎn)水泥

粉煤灰的化學(xué)成分與粘土相似，因此可代替粘土生產(chǎn)水泥。另外，用粉煤灰作混合材料還可制成粉煤灰水泥，由于其具有較好的耐腐蝕性、抗?jié)B性和干縮性較小等特點(diǎn)，可用于抗裂性、耐腐蝕性要求較高的海事工程、水利工程等[8]。

2.1.3 改性高分子材料

粉煤灰填充聚烯烴產(chǎn)品如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯塑料制品，可不同程度改善其性能。采用鋁酸酯活化處理風(fēng)選粉煤灰微珠，可大大增加粉煤灰微珠與酚醛樹脂的相容性，從而提高微珠酚醛復(fù)合材料的力學(xué)性能，制造成本大幅下降[9]。經(jīng)過分級處理后的粉煤灰可作為礦物填料，用作帶顏色的結(jié)構(gòu)涂料。

2.1.4 在材料方面的應(yīng)用新進(jìn)展

以粉煤灰，氧化鈣及其他輔料為原料，加熱熔融可以制成粉煤灰纖維，將其與有機(jī)植物纖維混合進(jìn)行造紙。另外，粉煤灰纖維織成布可代替玻璃纖維布生產(chǎn)玻璃鋼[10]。以廢玻璃和粉煤灰為主要原料可制備出性能優(yōu)良的粉煤灰泡沫玻璃，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、防火、無毒、無放射性、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)[11]。

2.2筑路

由于粉煤灰自身質(zhì)量輕，在工程上用來填筑，可以最大程度地提高穩(wěn)定性，減少沉降，抗震性能好。在道路施工過程中，粉煤灰可代替一些基底材料填充路基，提高路堤的穩(wěn)定性；由于粉煤灰的火山灰特性，結(jié)合有一定級配的砂礫或碎石在一定條件下可形成類似混凝土或碾壓混凝土的半鋼性板體結(jié)構(gòu)，是路面良好的承重層[12]。

2.3農(nóng)業(yè)

2.3.1 促進(jìn)農(nóng)作物生長

粉煤灰含有N，P，K，Mg等植物所需的元素，通過技術(shù)加工可制成肥料，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，尤其對豆科作物，可明顯增強(qiáng)其固氮能力。另外，粉煤灰還能明顯提高農(nóng)作物對麥銹病、稻瘟病、大白菜爛心病和果樹黃葉病等的抗病能力。在寒冷地區(qū)，粉煤灰還可用于覆蓋小麥、水稻育秧[13]。

2.3.2 漁業(yè)

利用粉煤灰與堿渣代替水泥制作人工魚礁，通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，制作的人工魚礁不僅具有較高的抗壓強(qiáng)度，且對海水無污染，造價(jià)低[14]。

2.4環(huán)境保護(hù)

2.4.1 治理廢水

粉煤灰表面疏松多孔，比表面積大，含有SiO2，Al2O3，CaO 等活性基團(tuán)，具有物理和化學(xué)吸附能力，在一定條件下，可以和廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生絮凝沉淀。粉煤灰的改性主要是對粉煤灰進(jìn)行物理的或化學(xué)的處理，以改變粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面積，提高其吸附性能。改性粉煤灰在處理染料、含酚廢水和含磷廢水等方面效果顯著[15-17]。

2.4.2 治理廢氣

粉煤灰在干式脫硫裝置中可以很好地吸附廢氣中的SO2。粉煤灰中含有的未燃燒的碳可以活化吸附廢氣中的NOx和汞蒸汽，廢氣中的甲苯、二甲苯、芳香烴等有機(jī)成分在一定條件下也可用粉煤灰吸附處理。另外，粉煤灰中含有CaO，MgO，F(xiàn)e2O3和Na2O 等金屬氧化物，其水溶液呈堿性，可以用于對SO3，NOx的煙塵處理。

3 實(shí)例分析

3.1華北地區(qū)某機(jī)組概況

選取華北地區(qū)近年來投產(chǎn)的機(jī)組灰渣綜合利用情況進(jìn)行分析。機(jī)組為2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組，并同步建設(shè)石灰石-石膏濕法脫硫裝置、SCR脫硝設(shè)施，該火電廠為國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范項(xiàng)目。設(shè)計(jì)階段擬選取兩個(gè)煤種，灰成分分析見表1。

表1 設(shè)計(jì)階段煤種的灰成分分析 %

該組燃煤發(fā)電廠廠內(nèi)采用灰渣分除，干式除灰渣工藝，以滿足其綜合利用的條件。除灰渣系統(tǒng)采用預(yù)留綜合利用接口的方式，可保持灰的原有特性，有利于綜合利用。

3.2機(jī)組粉煤灰綜合利用情況

該電廠為滿足火電廠固體廢物資源綜合利用，提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的國家政策，配套建設(shè)30萬m3/a加氣混凝土砌塊工程。

生產(chǎn)粉煤灰加氣混凝土砌塊所用各種原料(粉煤灰、水泥，生石灰、石膏、鋁粉膏等)，各自通過料倉或儲罐下的出料、輸送設(shè)備及閥門的控制，按一定的配比加料、攪拌及澆注整個(gè)周期大約6～7min。經(jīng)初凝、脫模、切割后的坯體在翻轉(zhuǎn)臺上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以去除產(chǎn)品底層廢料。切割機(jī)切割下來的邊角余料經(jīng)廢漿攪拌機(jī)攪拌制漿，達(dá)到工藝要求時(shí)，泵送至廠內(nèi)廢漿儲罐內(nèi)貯存用于生產(chǎn)。目前粉煤灰綜合利用售價(jià)為以15元/t，該機(jī)組年產(chǎn)粉煤灰108萬t ，可實(shí)現(xiàn)年經(jīng)濟(jì)效益1620萬元。

4 結(jié)語

我國的粉煤灰綜合利用水平與發(fā)達(dá)國家存在很大的差距，在國家政策和法規(guī)的支持下，在“十二五”期間大力推行粉煤灰的有效、綜合利用技術(shù)是建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會的要求，充分體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。我國粉煤灰綜合利用途徑主要有建材制品、道路工程、建設(shè)工程、農(nóng)業(yè)工程、環(huán)境保護(hù)工程等。利用粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土砌塊代替實(shí)心粘土磚，具有保護(hù)耕地、節(jié)約能源、利用廢渣、治理環(huán)境污染、改善建筑功能等重大社會效益。同時(shí)有著良好的市場前景，并享受國家的稅收優(yōu)惠政策，將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]孫建衛(wèi),劉海增,閔凡飛.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J].潔凈煤技術(shù),2011, 17(1):1.

[2]卡哈爾·艾買提. 淺談粉煤灰有效、綜合利用及發(fā)展建議[J].中國西部科技, 2010(4): 14-15.

[3]吳元鋒,儀桂云,劉全潤,等.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J].潔凈煤技術(shù),2013,19(6): 100.

[4]Snigdha S, V Idya S B. Analys is of fly ash heavy metal content and disposal in three thermal power plants in India[J].Fuel,2006(85): 2676-2679.

[5]唐宇香,陳文恩.中日粉煤灰綜合利用比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010, 38(36):1.

[6]郭建明,畢云峰,黃愛悅,等.自燃煤矸石與粉煤灰復(fù)合雙免磚的研制[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2000,28 (10): 32-34.

[7]潘 鐘,羅津,薛姍姍,等.粉煤灰利用的回顧與展望[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2008,16(1):19-22.

[8]李玉霞,韓芙蓮,崔金鳳.粉煤灰資源化綜合利用探討[J].山西建筑, 2008,34(7): 196-197.

[9]張金山,劉 燁,王林敏.我國粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J].西部探礦工程, 2008(9): 215-216.

[10]史振萍,孟俊煥.粉煤灰纖維的生產(chǎn)及應(yīng)用[J].粉煤灰, 2008(2): 41-43.

[11]姜曉波.粉煤灰泡沫玻璃的研究[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào), 2008,10(2): 36-38.

[12]初衛(wèi)星,趙臣杰,孫連花.粉煤灰利用的最佳方式[J].環(huán)境科學(xué)與管理, 2007,32(11): 70-71.

[13]郭艷玲.粉煤灰的性質(zhì)及綜合利用分析[J]. 煤,2008,17(1): 43-54.

[14]劉秀民,張懷慧,羅邁威.利用粉煤灰和堿渣制作人工魚礁的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2007, 10 (5): 622-626.

[15]曹書勤,夏新奎,肖 偉,等. 改性粉煤灰對亞甲藍(lán)的吸附及再生性能研究[J].非金屬礦,2010,33(1): 64-66.

[16]Sharan R,Singh G,Gupta S K. Adsorption of phenol from aqueoussolution onto fly ash from a thermal power plant[J].AdsorptionScience & Technology,2009,27(3):267-279.

[17]王麗娟,惠曉梅,趙 亮,等.山西省粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀分析和發(fā)展建議[J].電力科技與環(huán)保,2016,32(4):41-42.

Analysis of ash and slag's comprehensive utilization of coal-fired power plant

Recently, government promulgation a series of push circulation economy of policy, for pushing comprehensive utilization of the resources, developing circulation economy, raise the efficiency of the using resource. Big and medium-sized coal-fired power plant produce lots of ash and slag and increases year by year. If these solids discard is thrown, not only wasting the resource but also pollution the environment. So it is very important for the big and medium-sized coal-fired power plant to develop comprehensive exploitation of ash and slag. First of all, the present domestic and foreign condition of ash and slag comprehensive utilization and the way of ash and slag comprehensive utilization is introduced. Finally, ash and slag comprehensive utilization is analyzed, combining a North China's coal-fired power plant.

coal-fired power plant;ash and slag;comprehensive utilization

X701.2

：B

：1674-8069(2017)04-050-03

2016-12-01；

：2017-02-19

孟憲彬(1984-)，男，北京人，工程師，主要從事火電廠環(huán)境保護(hù)。E-mail：greatwfe@126.com