魏季寧，劉 濤，朱 林，薛建明

(國電科學技術研究院，江蘇南京 210031)

石灰石—石膏濕法脫硫副產(chǎn)物綜合利用及對策研究

魏季寧，劉 濤，朱 林，薛建明

(國電科學技術研究院，江蘇南京 210031)

介紹了我國燃煤電廠脫硫石膏綜合利用現(xiàn)狀，分析了脫硫石膏綜合利用的技術特點、存在的主要問題。結合環(huán)境政策約束條件提出了脫硫石膏綜合利用的策略。

脫硫石膏;技術;綜合利用;對策

近年來，我國燃煤電廠大規(guī)模建設煙氣脫硫裝置，煙氣脫硫副產(chǎn)品產(chǎn)生量快速增加。由于石灰石—石膏濕法脫硫技術為主流技術，脫硫石膏占脫硫副產(chǎn)品產(chǎn)量的95%以上。隨著脫硫裝機容量的快速增長，全國脫硫石膏產(chǎn)量由2005年的500萬t迅速增加至2010年的5230萬t。盡管我國脫硫石膏的綜合利用率在“十一五”期間在不斷增長，2010年綜合利用率超過50%，達到69%［1］，但由于產(chǎn)生量巨大到2010年底仍有累積庫存近8000萬t。脫硫副產(chǎn)品石膏大量堆存既占用土地，又浪費資源，含有酸性及其他有害物質(zhì)容易對周邊環(huán)境造成污染，已經(jīng)成為制約我國燃煤機組煙氣脫硫可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素，其綜合利用問題不容忽視。

1 國內(nèi)外脫硫石膏綜合利用概況

國外脫硫石膏工業(yè)生產(chǎn)和使用已超過20年，其被認為是一種可開發(fā)利用的固體資源。發(fā)達國家都已形成穩(wěn)定的脫硫石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈條，據(jù)統(tǒng)計日本、歐洲、德國以及美國脫硫石膏的利用率分別為100%(2006年)、96%(2008年)、98%(2008年)和50%(2009年)，年使用量分別為200萬t、1076萬t、676 萬 t和 895 萬 t［2］。

脫硫石膏在不同國家和地區(qū)的應用領域有所不同。日本脫硫石膏產(chǎn)品主要包括石膏墻板、建筑水泥、工藝水泥、粘接劑、石膏天花板等。歐盟國家2006年脫硫石膏產(chǎn)量達到1121萬t，利用量約為896萬t。其中，556萬t脫硫石膏用于石膏板，161萬t脫硫石膏用于自流平石膏，僅有62萬t脫硫石膏用于水泥，這其中德國的脫硫石膏綜合利用率最高。美國2009年約有900萬t脫硫石膏被綜合利用，脫硫石膏最大消費領域為墻板，約82%的脫硫石膏用于生產(chǎn)石膏板，約7%用于生產(chǎn)混凝土和水泥，5%用于填充物/路基，3%用于農(nóng)業(yè)。

2010年我國脫硫石膏綜合利用量約3600萬t，其中75%用做水泥緩凝劑，20%用做各類石膏板材，5%用于其他加工制造行業(yè)［3］，從區(qū)域看東西部綜合利用率嚴重不平衡，脫硫石膏綜合利用差異較大。京津冀、珠三角及長三角等地區(qū)脫硫石膏綜合利用率高，其中上海綜合利用率達到98%以上。而內(nèi)蒙古、西南、西北等地區(qū)燃煤電廠脫硫石膏產(chǎn)生量綜合利用率較低。根據(jù)我國“十二五”環(huán)境保護規(guī)劃及節(jié)能減排工作的要求，到2015年，煤電機組基本全部配套脫硫裝置，脫硫石膏年產(chǎn)量將達到8000萬t以上，脫硫石膏綜合利用的難度將進一步加大。脫硫石膏初級利用是在不同熱源條件下將含水脫硫石膏加工成穩(wěn)定的石膏主輔料(中低溫焙燒)。深度利用是將脫硫石膏加工成水泥和硫酸(高溫煅燒)［4－5］。目前成型穩(wěn)定的技術還是石膏中低溫焙燒，可選用加工技術及設備主要包括:脫水干燥技術及設備、熟石膏焙燒技術及設備等，其中脫硫石膏制備熟石膏技術，即焙燒技術是關鍵技術。目前脫硫石膏的焙燒方式主要有:回轉(zhuǎn)窯、連續(xù)式炒鍋、氣流煅燒、沸騰爐及直接流化焙燒爐。按照加熱方式，可分為間接加熱和直接加熱，一般由加熱所采用的燃料決定;按照煅燒脫水速度分為慢速煅燒和快速煅燒;按照出料方式分為間歇式和連續(xù)式。

2 綜合利用存在問題

2.1 外部環(huán)境

我國豐富的天然石膏資源限制了脫硫石膏更為廣泛的利用，我國天然石膏蘊藏量豐富，已探明的儲量在600億t以上，居世界首位。其中，山東省天然石膏儲量約占全國的62.5%，內(nèi)蒙古為5.8%，青海為4.5%。2005年－2010年我國天然石膏產(chǎn)量見表1。在天然石膏富產(chǎn)區(qū)，脫硫石膏沒有成本及技術上的優(yōu)勢，其應用受到嚴重阻礙。此外，磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生磷石膏也同樣制約了脫硫石膏的綜合利用［6］。據(jù)統(tǒng)計，2007年我國磷石膏排放量約4500萬t，占工業(yè)副產(chǎn)石膏的70%以上。

表1 “十一五”期間我國天然石膏產(chǎn)量

2.2 技術約束

技術約束主要表現(xiàn)在三個方面:一是電廠濕法脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定。石膏的石灰石殘余、含水率、氯離子、重金屬濃度不超限，才可確保石膏符合綜合利用的條件，且我國部分燃煤電廠除塵脫硫裝置運行效率不高，加之電煤大量摻燒褐煤和煤源不穩(wěn)定，導致脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定;二是技術能力支撐不足。缺乏低成本預處理技術及大規(guī)模、高附加值利用關鍵共性技術，制約了脫硫石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;三是企業(yè)規(guī)模小。專業(yè)從事脫硫石膏綜合利用的企業(yè)，除部分石膏板企業(yè)規(guī)模較大外，其他企業(yè)以中小型為主，產(chǎn)值較低，無法獲得規(guī)模效益。

2.3 宏觀政策及管理

現(xiàn)已推出的脫硫副產(chǎn)品(脫硫石膏)綜合利用優(yōu)惠政策，基本上都是著眼于脫硫石膏制品的生產(chǎn)企業(yè)，鼓勵企業(yè)投資石膏制品的生產(chǎn)領域，但在石膏產(chǎn)品開發(fā)應用的產(chǎn)業(yè)鏈中，石膏產(chǎn)品生產(chǎn)只是其中一個環(huán)節(jié)，其上游有生產(chǎn)設備的開發(fā)制造、產(chǎn)品的研發(fā)、制品和施工工藝的標準制訂，其下游有建筑的設計、業(yè)主對建筑材料的選擇、專業(yè)施工隊伍等，甚至還需有對天然石膏資源的控制。因此目前已有的脫硫石膏政策不足以推動脫硫石膏綜合利用的快速發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾點:一是政策法規(guī)及脫硫石膏配套標準不完善;二是脫硫石膏綜合利用激勵政策扶持力度不足;三是對技術研發(fā)和企業(yè)管理引導不夠。國家對脫硫石膏綜合利用基礎性、前瞻性技術研發(fā)投入不足，對脫硫石膏利用的配套技術重視不夠，多數(shù)企業(yè)研發(fā)能力較弱，技術裝備落后，缺少研發(fā)投入的積極性。

3 脫硫石膏綜合利用發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)脫硫石膏制造石膏板材及線材技術和設備基本可以滿足脫硫石膏綜合利用的要求。從國內(nèi)紙面石膏板生產(chǎn)企業(yè)來看，無論是從國外進口設備的上海拉法基，還是采用國產(chǎn)化技術的企業(yè)，均可滿足脫硫石膏綜合利用要求。新建石膏板生產(chǎn)線都采用余熱利用措施及先進的燃煤沸騰爐燃燒技術，大大提高系統(tǒng)熱能利用率，降低了煤耗。

未來技術發(fā)展及設備發(fā)展趨勢是低能耗快速型的石膏制板技術及設備，國內(nèi)對現(xiàn)代化煅燒設備的開發(fā)還剛起步，年產(chǎn)10萬t以上的沸騰爐、直熱式回轉(zhuǎn)窯已有幾條投入生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝參數(shù)尚有待于優(yōu)化;國內(nèi)研發(fā)的快速煅燒設備已完成工業(yè)化試驗，規(guī)模生產(chǎn)正在籌備中。國內(nèi)外相關單位正在研究推廣利用余熱余壓對脫硫石膏進行烘干、煅燒的先進工藝及大型成套設備;相關部門和有能力的企業(yè)可以考慮研發(fā)α超高強石膏粉、石膏晶須、預鑄式玻璃纖維增強石膏成型品、高檔磨具石膏粉等高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)技術及裝備;以及將脫硫石膏與粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣一起配置為復合凝膠材料的技術及配套工藝或者將脫硫石膏用于農(nóng)業(yè)堿性土壤改良技術等。預計上述低能耗、高附加值的綜合利用技術將在未來二十年能有效促進脫硫石膏的綜合利用。此外國內(nèi)也有相關企業(yè)研究脫硫石膏、磷石膏高溫逆向分解制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的技術，目前由于經(jīng)濟性問題無法推廣，該技術未來也是提高脫硫石膏綜合利用附加值的潛在技術路線［8］。

4 對策和建議

4.1 技術層面

(1)從生成源上考慮控制脫硫石膏的產(chǎn)量，研究推廣資源回收型脫硫技術，減少脫硫石膏的絕對產(chǎn)量。有條件的電廠在進行脫硫工藝選擇時可以采用氨法脫硫技術、有機胺脫硫技術、活性焦法脫硫技術等資源回收型脫硫技術。

(2)加強脫硫石膏綜合利用技術研究。研究推廣利用余熱余壓對脫硫石膏進行烘干、煅燒的先進工藝及大型成套設備;開發(fā)將脫硫石膏與粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣一起配置為復合材料技術;開發(fā)脫硫石膏用于農(nóng)業(yè)堿性土壤改良技術等［9］。

(3)加強對脫硫裝置運行的管理。燃煤電廠應提高脫硫裝置的運行可靠性，強化脫硫裝置的運行調(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。電力行業(yè)可以考慮和建材行業(yè)合作出臺燃煤電廠脫硫石膏成品評價體系。

(4)做好現(xiàn)有脫硫石膏綜合技術配套工作。做好脫硫石膏用于粉刷石膏、自流平石膏等成熟技術的施工工藝、設備、工具的配套工作［10］，加強施工人員的崗位培訓。

4.2 政策法規(guī)層面

(1)適時出臺相關政策，限制天然石膏開采。借鑒國家在促進粉煤灰綜合利用中采用的限制性政策，在脫硫石膏產(chǎn)量大、綜合利用率低的地區(qū)，關停部分天然石膏礦。推進資源稅改革，提高天然石膏資源稅率和開采準入條件，促進企業(yè)加強脫硫石膏綜合利用，提高脫硫石膏的市場競爭力。

(2)完善財政激勵政策。建議利用中央預算內(nèi)投資，支持建設固體廢物綜合利用示范基地和固體廢物資源綜合利用項目，擴大資源綜合利用規(guī)模。建議在有條件的地區(qū)設立資源綜合利用專項資金，支持脫硫石膏或其他工業(yè)固體廢物綜合利用重點工程項目建設。規(guī)定凡利用脫硫石膏的企業(yè)，可以享受計劃立項、先審批、低息貸款、稅前還貸、減免稅收等優(yōu)惠政策;規(guī)定凡具備綜合利用條件的項目，其項目建議書、可行性研究報告和初步設計均應有資源綜合利用內(nèi)容，無資源綜合利用內(nèi)容的不予審批。

(3)健全稅收支持政策。借鑒促進粉煤灰綜合利用初期的優(yōu)惠政策，給予利用脫硫石膏作為原料生產(chǎn)的企業(yè)一定年限的所得稅優(yōu)惠政策，提高現(xiàn)有的企業(yè)所得稅政策支持力度。對脫硫石膏利用的加工環(huán)節(jié)給予一定的稅收優(yōu)惠政策。

(4)建立脫硫石膏標準體系。制修訂綜合利用設備、工藝、生產(chǎn)、使用、產(chǎn)品質(zhì)量等相關行業(yè)技術標準，發(fā)揮綜合利用產(chǎn)品和應用標準的支撐作用，推動和規(guī)范脫硫石膏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。強化資源綜合利用認定管理，進一步完善相關制度。

(5)發(fā)揮相關管理部門及行業(yè)協(xié)會的引導和溝通作用，地方和電力、建材、水泥行業(yè)共同制定脫硫石膏綜合利用規(guī)劃和技術路線。積極擴大在紙面石膏板中的應用，引導企業(yè)用脫硫石膏替代天然石膏。積極開拓建筑內(nèi)墻粉刷市場，讓粉刷石膏成為脫硫石膏綜合利用的重點領域之一。逐步擴大脫硫石膏裝飾市場的利用，努力開拓石膏砌塊建筑市場，帶動石膏砌塊生產(chǎn)。在部分地區(qū)開展脫硫石膏改善土壤試點工作。對尚不能綜合利用的脫硫石膏，要妥善處理堆存帶來的環(huán)境問題，不產(chǎn)生二次污染。

［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］Ishikawa Yoshitaka，Wu C N，Yajiman Noriaki.Current state and future prospect of CCPs utilization technology in Japan［C］.第七屆水泥與混凝土國際會議論文集.濟南:2010.

［3］曹志強.利用脫硫石膏生產(chǎn)紙面石膏板的工藝技術［J］.粉煤灰，2009，(4):41 －42.

［4］劉 濤，薛建明，王小明，等.濕法煙氣脫硫石膏資源化深度利用［J］.中國電力，2009，42(8):65 －69.

［5］王祁青.石膏基建材與應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社.2008.

［6］應國量.磷石膏分解特性的研究［D］.武漢:武漢理工大學，2009.

［7］賀鴻珠，王玉蘭，周 敏，等.2010年上海市粉煤灰、脫硫石膏綜合利用現(xiàn)狀［J］.粉煤灰，2011，(5):1 －3.

［8］肖海平，周俊虎.CaSO4在不同氣氛下分解特性的實驗研究［J］.動力工程，2004，24(6):889 －892.

［9］耿春女，錢 華，李小平，等.脫硫石膏農(nóng)業(yè)利用研究進展與展望［J］.環(huán)境污染治理技術與設備，2006，7(12):15 －19.

［10］黎 力，吳 芳.自流平材料的應用發(fā)展綜述［J］.新型建筑材料，2006，(4):7－11.

Research on comprehensive utilization of limestone－gypsum desulphurisation products and its countermeasure

The comprehensive utilization condition of coal－fired power plants FGD gypsum at home and abroad are describes.The characteristics of FGD gypsum comprehensive utilization technologies and its main problems during actual application are analyzed.The strategy of gypsum comprehensive utilization is put forward combined with various constraints.

FGD gypsum;technology;utilization;countermeasure

X701.3

B

1674－8069(2012)03－038－03

江蘇省2010年度環(huán)保科研基金項目(201037)

2012-03-08;

2012-05-15

魏季寧(1957-)，男，江蘇南京人，高級工程師，長期從事火電廠環(huán)境保護技術管理與政策咨詢工作。E－mail:weijining@nepri.com