孫建朝

(中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160)

0 引言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠粉煤灰排放量逐年增加，成為我國(guó)當(dāng)前排放量較大的工業(yè)廢渣之一。大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物造成危害。我國(guó)是一個(gè)人均資源儲(chǔ)量有限的國(guó)家，對(duì)粉煤灰進(jìn)行綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境污染與資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)所需要解決的任務(wù)之一，因此，合理有效地利用粉煤灰資源具有非常重要的意義。

近年來(lái)，針對(duì)日益嚴(yán)峻的大氣及環(huán)境污染狀況，國(guó)家出臺(tái)了一系列相關(guān)政策法規(guī)，火電行業(yè)作為污染物排放控制的重點(diǎn)領(lǐng)域，近年來(lái)執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格?，F(xiàn)階段，我國(guó)電力企業(yè)，特別是燃煤電廠正面臨更嚴(yán)酷的環(huán)保形勢(shì)，因此要從根本上消除粉塵污染，就要走綜合治理的路線，從生產(chǎn)設(shè)備入手，選用先進(jìn)合理的機(jī)械設(shè)備[1]。

當(dāng)大中型火力發(fā)電廠粉煤灰綜合利用條件較好時(shí)，電廠投產(chǎn)后，粉煤灰利用可得到落實(shí)；但當(dāng)周邊粉煤灰用戶的儲(chǔ)存能力較低，或遇到持續(xù)的雨雪天氣和外部市場(chǎng)暫無(wú)需求的節(jié)假日時(shí)，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的儲(chǔ)灰緊張問(wèn)題，導(dǎo)致干灰不能外運(yùn)。廠內(nèi)灰?guī)烊萘坎荒軡M足儲(chǔ)存需求時(shí)，尋找在不影響干灰品質(zhì)的前提下封閉儲(chǔ)存干灰的措施，成為解決干灰100%綜合利用，避免粉煤灰污染的有效途徑。

本文以湖北華電江陵發(fā)電有限公司一期工程為依托，通過(guò)對(duì)比新型組合式封閉灰場(chǎng)與傳統(tǒng)型儲(chǔ)灰場(chǎng)的運(yùn)行情況及經(jīng)濟(jì)性，探索組合式封閉灰場(chǎng)在工程中的實(shí)際應(yīng)用能力，以進(jìn)一步在同類型火電項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

湖北華電江陵發(fā)電有限公司規(guī)劃裝機(jī)容量為2×660 MW+2×1 000 MW，本期工程建設(shè)2×660 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組年灰渣量為59.40萬(wàn)t。廠內(nèi)共設(shè)置3座灰?guī)欤?座原灰?guī)臁?座粗灰?guī)旒?座細(xì)灰?guī)?，每座灰?guī)熘睆綖?5 m，有效容積為2 850 m3，3座灰?guī)炜蓾M足2臺(tái)鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)48 h的排灰量。

根據(jù)項(xiàng)目所在地江陵縣的工業(yè)情況，周邊粉煤灰用戶的儲(chǔ)存能力較低，在遇到超過(guò)2 d的雨雪天氣或外部市場(chǎng)暫無(wú)需求的節(jié)假日時(shí)，廠內(nèi)灰?guī)鞎?huì)出現(xiàn)短時(shí)間的儲(chǔ)灰緊張問(wèn)題。從確保發(fā)電絕對(duì)安全以及應(yīng)對(duì)和調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求、最大限度發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，可考慮在廠外灰場(chǎng)區(qū)域增加大型儲(chǔ)灰?guī)臁?/p>

電廠本期計(jì)劃采用組合式封閉灰場(chǎng)，灰場(chǎng)位于電廠北面、觀南渠附近，距電廠約0.5 km?；覉?chǎng)區(qū)域地勢(shì)平坦，為吹沙回填劣質(zhì)耕地，地形標(biāo)高為29.9～31.2 m。組合式封閉灰場(chǎng)容量為18.6萬(wàn)m3，在未考慮綜合利用的情況下，可供本期2×660 MW機(jī)組堆灰渣、石膏及石子煤約3個(gè)月。若綜合利用情況未達(dá)到預(yù)期，還可在灰場(chǎng)區(qū)域內(nèi)擴(kuò)建封閉灰?guī)臁?/p>

2 組合式封閉灰場(chǎng)技術(shù)特征

組合式封閉灰場(chǎng)即在灰場(chǎng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)同步建設(shè)大型鋼板倉(cāng)灰?guī)旒庸笆戒摼W(wǎng)架封閉灰棚，綜合利用不暢時(shí)，廠內(nèi)干灰采用罐車運(yùn)至大型鋼板倉(cāng)灰?guī)於虝r(shí)儲(chǔ)存，外部條件好轉(zhuǎn)時(shí)，將干灰售出進(jìn)行綜合利用。

廠外組合式封閉灰場(chǎng)包括：1個(gè)7.0萬(wàn)m3粉煤灰鋼板倉(cāng)、1個(gè)400 m3散裝庫(kù)及相應(yīng)的工藝設(shè)備；1座200.0 m×100.0 m×32.4 m拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚，儲(chǔ)存容積約為11.6萬(wàn)m3。大型鋼板倉(cāng)灰?guī)煨Ч麍D如圖1所示。拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚呈條形，結(jié)構(gòu)采用柱面網(wǎng)殼，建筑效果如圖2所示。

圖1 大型鋼板倉(cāng)灰?guī)煨Ч麍D

圖2 封閉灰棚建筑效果圖

3 不同灰場(chǎng)技術(shù)方案比選

在項(xiàng)目的前期階段，燃煤電廠灰渣堆放場(chǎng)地就有明確的規(guī)劃意見(jiàn)并通過(guò)了嚴(yán)格的環(huán)境影響評(píng)價(jià)，投產(chǎn)運(yùn)行后，貯灰場(chǎng)的管理是否到位將會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。目前，國(guó)內(nèi)外貯灰場(chǎng)主要包括濕灰場(chǎng)、干灰場(chǎng)及周轉(zhuǎn)性臨時(shí)灰場(chǎng)。濕灰場(chǎng)用以貯存水力除灰沉積的灰渣及除灰水；干灰場(chǎng)用以貯存干灰渣及脫硫副產(chǎn)品[2]。

20世紀(jì)80年代前，我國(guó)火力發(fā)電廠多采用水灰場(chǎng)，此后逐漸開(kāi)始采用干灰場(chǎng)，目前新建的火力發(fā)電廠基本采用干式貯灰場(chǎng)。干灰場(chǎng)較濕灰場(chǎng)在安全、環(huán)保、節(jié)水等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但其運(yùn)行要求較高，如果運(yùn)行管理不善可能會(huì)適得其反[3]。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，火力發(fā)電廠灰場(chǎng)的設(shè)計(jì)理念也發(fā)生了很大變化，部分電廠在灰場(chǎng)區(qū)域建設(shè)了半封閉式灰棚，對(duì)粉煤灰污染起到了一定的抑制作用，但并未真正實(shí)現(xiàn)灰場(chǎng)的全封閉運(yùn)行及管理。

按照國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等10部門2013年1月公布的《粉煤灰綜合利用管理辦法》第十一條：“新建電廠應(yīng)綜合考慮周邊粉煤灰利用能力，以及節(jié)約土地、防止環(huán)境污染，避免建設(shè)永久性粉煤灰堆場(chǎng)(庫(kù))”，在可行性研究階段，建設(shè)單位對(duì)灰場(chǎng)的形式進(jìn)行了充分的調(diào)研及比選。

3.1 露天干灰場(chǎng)方案

湖北華電江陵發(fā)電有限公司一期工程灰場(chǎng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)有1條3.5萬(wàn)V和1條1.0萬(wàn)V的高壓線斜穿而過(guò)，如采用干式貯灰場(chǎng)，需搬遷農(nóng)戶約15戶；按電廠本期容量2×660 MW考慮，灰場(chǎng)占地面積約21.67 hm2，灰場(chǎng)運(yùn)灰道路約0.5 km長(zhǎng)。需在自然地面以上平均填土0.9 m，形成保護(hù)土層，再在上面堆灰堆至45 m(1985年國(guó)家高程系統(tǒng))，分塊形成灰場(chǎng)容量為85.6萬(wàn)m3，在未考慮綜合利用的情況下，可供本期2×660 MW機(jī)組堆灰渣、石膏及石子煤約1 a。露天干式貯灰場(chǎng)建設(shè)方案如下。

(1)在灰場(chǎng)區(qū)域外緣設(shè)置高3.5 m的土質(zhì)圍堤，圍堤外坡面及頂面播撒草籽護(hù)坡。

(2)灰場(chǎng)地下水水位距地表0.3～0.8 m，為保證土工膜與地下水位間有1.5 m的距離，灰場(chǎng)底部需墊高0.4～1.2 m。

(3)灰場(chǎng)內(nèi)墊高后，滿鋪土工膜防滲，膜上用土塊適當(dāng)壓重。

(4)灰圍堤頂標(biāo)高以上由灰渣碾壓形成永久邊坡?；覉?chǎng)永久坡面及頂面覆土并播撒草籽封場(chǎng)，封場(chǎng)與各堆灰區(qū)塊永久坡面及頂面的形成同時(shí)進(jìn)行。

干式貯灰場(chǎng)投資情況見(jiàn)表1。

表1 干式貯灰場(chǎng)投資 萬(wàn)元

3.2 組合式封閉灰場(chǎng)方案

根據(jù)湖北華電江陵發(fā)電有限公司一期工程周邊地區(qū)電廠的灰場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，灰渣在節(jié)假日、雨雪天氣會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸、綜合利用企業(yè)停產(chǎn)等因素堆放在灰場(chǎng)內(nèi)，一般最長(zhǎng)的堆放時(shí)間為春節(jié)期間，最大可能中斷時(shí)長(zhǎng)約20 d。

為解決最大中斷期內(nèi)的干灰存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題，本期工程可考慮選擇包含1座大型粉煤灰鋼板倉(cāng)以及1座拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚的組合式灰場(chǎng)方案。正常工況下除塵器下的飛灰通過(guò)氣力除灰系統(tǒng)輸送至廠內(nèi)灰?guī)?，在灰?guī)煜卵b車外運(yùn)至綜合利用用戶。在節(jié)假日或惡劣氣象條件下飛灰無(wú)法外運(yùn)的時(shí)候，采用罐車將暫時(shí)無(wú)法外運(yùn)的干灰運(yùn)送至灰場(chǎng)粉煤灰鋼板倉(cāng)短期儲(chǔ)存。

3.2.1 大型鋼板倉(cāng)灰?guī)旖M

灰場(chǎng)區(qū)域設(shè)置1組大型粉煤灰鋼板倉(cāng)及散裝灰?guī)?，鋼板倉(cāng)直徑為48 m，高度約為44 m，容積為7.0萬(wàn)m3，儲(chǔ)量約為5.0萬(wàn)t，可儲(chǔ)存不小于該公司一期工程燃用設(shè)計(jì)煤種23 d的灰量。大容積鋼板倉(cāng)組包括罐車打灰入料系統(tǒng)、鋼板倉(cāng)本體、出料系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等[3]。

當(dāng)遇節(jié)假日及惡劣氣象條件下干灰無(wú)法外運(yùn)的情況時(shí)，干灰由罐車從發(fā)電廠內(nèi)灰?guī)爝\(yùn)至粉煤灰鋼板倉(cāng)旁，由輔助壓縮空氣設(shè)備將干灰泵入粉煤灰鋼板倉(cāng)內(nèi)，鋼板倉(cāng)頂部設(shè)有布袋除塵器、真空壓力釋放閥、高料位計(jì)及連續(xù)料位計(jì)等，布袋除塵器用于過(guò)濾鋼板倉(cāng)內(nèi)的含塵空氣，料位計(jì)用于監(jiān)測(cè)鋼板倉(cāng)內(nèi)的粉煤灰料位。為防止鋼板倉(cāng)內(nèi)灰板結(jié)，鋼板倉(cāng)底部設(shè)有氣化系統(tǒng)，氣化風(fēng)由氣化風(fēng)機(jī)經(jīng)電加熱器加熱后提供[4]。干灰經(jīng)鋼板倉(cāng)底部設(shè)置的出料設(shè)備、斗式提升機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至散裝灰?guī)臁６肥教嵘龣C(jī)下部設(shè)有除塵器，用以過(guò)濾出料設(shè)備中的含塵空氣。

散裝灰?guī)觳贾糜谥练勖夯忆摪鍌}(cāng)旁，同樣設(shè)有布袋除塵器、壓力釋放閥、料位計(jì)及氣化板等設(shè)備。散裝灰?guī)斓撞吭O(shè)有干灰散裝機(jī)，干灰經(jīng)散裝灰?guī)臁⑹謩?dòng)插板閥、氣動(dòng)插板閥、干灰散裝機(jī)后裝罐車外運(yùn)至綜合利用處[5]。

當(dāng)極端情況下粉煤灰鋼板倉(cāng)裝滿時(shí)，廠內(nèi)干灰經(jīng)調(diào)濕后運(yùn)輸至拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚經(jīng)過(guò)攤鋪、碾壓等作業(yè)過(guò)程后貯存。

大型鋼板倉(cāng)灰?guī)旖M投資見(jiàn)表2，其中，輔助工藝設(shè)備及電氣設(shè)備包含助吹空氣壓縮機(jī)、氣化風(fēng)機(jī)、電加熱器、布袋除塵器及干灰散裝機(jī)等。

表2 大型鋼板倉(cāng)灰?guī)旖M投資

3.2.2 拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚(兩端帶山墻的干煤棚式)

灰棚采用三心圓鋼管桁架結(jié)構(gòu)，桁架間布置聯(lián)系桁架及平面支撐，主結(jié)構(gòu)鋼管桁架與屋面支撐體系協(xié)同工作，有較好的受力性能及穩(wěn)定性?；遗锲矫娉叽鐬?00 m(長(zhǎng)度)×100 m(跨度)，儲(chǔ)存容積約為11.6萬(wàn)m3，桁架結(jié)構(gòu)頂部最高約32.4 m，桁架厚度約為4.0 m。

拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚投資見(jiàn)表3。

表3 拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚投資

大型鋼板倉(cāng)灰?guī)旖M與拱式鋼網(wǎng)架封閉灰棚投資合計(jì)約5 323萬(wàn)元。

3.3 經(jīng)濟(jì)性比較

由以上數(shù)據(jù)可以看出：組合式封閉灰場(chǎng)方案投資低于常規(guī)露天干灰場(chǎng)方案，占地更少并實(shí)現(xiàn)了干灰的全封閉儲(chǔ)存，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；同時(shí)，組合式封閉灰場(chǎng)較好地保存了干灰的品質(zhì)，可以將電廠積存的粉煤灰適時(shí)售出。按照當(dāng)前市場(chǎng)原灰40元/t的價(jià)格計(jì)算，采用組合式封閉灰場(chǎng)系統(tǒng)連續(xù)儲(chǔ)灰20 d可增加售灰收益約175萬(wàn)元，能有效應(yīng)對(duì)和調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求，最大限度發(fā)揮粉煤灰的經(jīng)濟(jì)效益。

4 組合式封閉灰場(chǎng)的先進(jìn)性

與國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)灰場(chǎng)比較，組合式封閉灰場(chǎng)將大型粉煤灰鋼板倉(cāng)與封閉式灰棚組合在一起，實(shí)現(xiàn)了灰場(chǎng)的全封閉運(yùn)行及管理。組合式封閉灰場(chǎng)與傳統(tǒng)灰場(chǎng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)提高了節(jié)假日及惡劣氣象條件下干灰無(wú)法外運(yùn)時(shí)的應(yīng)急處理能力，可有效應(yīng)對(duì)和調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求。

(2)干灰在大型粉煤灰鋼板倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存，不經(jīng)調(diào)濕，可提高干灰附加值，可提升干灰利用的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)能有效解決揚(yáng)塵對(duì)空氣的污染問(wèn)題。

(4)能有效解決灰水對(duì)水體的污染問(wèn)題。

(5)組合式灰場(chǎng)較傳統(tǒng)灰場(chǎng)占地更少，節(jié)約土地資源，減少拆遷。

湖北華電江陵發(fā)電有限公司實(shí)

際運(yùn)行證明，組合式封閉灰場(chǎng)有效避免了灰場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行中出現(xiàn)的環(huán)境污染問(wèn)題，粉煤灰貯放不必占用大面積土地及投入巨額資金筑壩,成為了企業(yè)效益增長(zhǎng)的亮點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

由大型粉煤灰鋼板倉(cāng)及封閉式灰棚組成的組合式封閉灰場(chǎng)系統(tǒng)可有效降低投資建設(shè)成本、土地消耗、運(yùn)營(yíng)成本并減少環(huán)境污染，可實(shí)現(xiàn)粉煤灰的100%綜合利用，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。對(duì)于粉煤灰等散料輸送及存儲(chǔ)有一定的市場(chǎng)需求，應(yīng)用前景可觀，可在電廠周邊粉煤灰用戶儲(chǔ)存能力較低、可能遇有極端氣象條件或綜合利用意外中斷情況發(fā)生的地區(qū)推廣應(yīng)用。當(dāng)大中型火力發(fā)電廠粉煤灰綜合利用條件較差時(shí)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

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