侯曉濤

華能左權(quán)煤電有限責(zé)任公司

1 引言

火力發(fā)電廠(chǎng)使用煤炭、石油、天然氣等人們熟知的能源，通過(guò)一系列過(guò)程，將能源本身蘊(yùn)含的能量依次轉(zhuǎn)化為熱能、動(dòng)能、電能，進(jìn)而供應(yīng)給廣大用戶(hù)。經(jīng)過(guò)燃燒的能源產(chǎn)生的固體廢棄物，如果不能進(jìn)行有效處理，必然對(duì)自然環(huán)境造成極大的破壞。以之為原材料，進(jìn)行資源化綜合利用符合可持續(xù)發(fā)展的思想觀(guān)念。

2 火電廠(chǎng)固體廢棄物的產(chǎn)生及分類(lèi)

一般來(lái)說(shuō)，火電廠(chǎng)的固體廢棄物主要產(chǎn)生于火電（只燃燒煤炭）模式，即煤炭經(jīng)過(guò)高溫燃燒后，其內(nèi)蘊(yùn)含的能量得到釋放，形成一種與火山灰質(zhì)成分相近的混合型“廢棄物”，包含粉煤灰、煤渣、碎屑等。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于燃燒充分程度不足，固體廢棄物內(nèi)殘留大量的硫元素及含硫化合物，如果將之直接排放到自然環(huán)境中或是應(yīng)用于其他行業(yè)建設(shè)，必然在大范圍內(nèi)造成硫污染；如果由火電廠(chǎng)進(jìn)行脫硫處理，則需要投入極高的成本，從而降低利潤(rùn)。近年來(lái)，隨著脫硫技術(shù)的不斷升級(jí)，加之思路的轉(zhuǎn)換，結(jié)合流態(tài)化技術(shù)將固體廢棄物進(jìn)行脫硫處理后，能夠形成一種脫硫石膏，不僅能夠直接應(yīng)用于加工建設(shè)，還極大地降低了礦石膏開(kāi)采量，有效保護(hù)了自然資源。而粉煤灰經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化，可以起到代替水泥的作用?，F(xiàn)代火電廠(chǎng)固體廢棄物資源化綜合利用的主要原材料即為粉煤灰和脫硫石膏，如表1所示，為粉煤灰的分類(lèi)及其性狀；如表2所示，為脫硫石膏的性狀及成分分析。

表1 粉煤灰分類(lèi)及性狀

表2 脫硫石膏性狀及成分分析

3 我國(guó)對(duì)火電廠(chǎng)固體廢棄物的傳統(tǒng)處理方式及當(dāng)代原則

傳統(tǒng)的火電廠(chǎng)固體廢棄物處理方式為填埋及露天堆放，不僅會(huì)占用大量珍貴的土地資源，而且煤灰中殘留的含硫化合物等具備毒性和污染性的物質(zhì)，會(huì)逐漸流向地下土層，造成嚴(yán)重的污染并逐漸擴(kuò)散，最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到毀滅性打擊?；诖耍绾翁幚砘痣姀S(chǎng)固體廢棄物，學(xué)術(shù)界的專(zhuān)家和政府部門(mén)經(jīng)過(guò)了反復(fù)商討，得出如下結(jié)論：第一，處理。對(duì)固體廢棄物必須做出無(wú)害化處理，此舉是一切的前提，未經(jīng)處理的廢棄物不能轉(zhuǎn)移到任何地方；第二，處置。根據(jù)一定的原則將經(jīng)過(guò)處理廢棄物運(yùn)送到指定地點(diǎn)，中途必須保證安全，避免出現(xiàn)遺失、泄漏等現(xiàn)象；第三，綜合化利用。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展理念，將經(jīng)過(guò)處理的廢棄物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)或其他可以得到有效利用的行業(yè)；暫時(shí)無(wú)法利用的，則適用于第二條原則?？偨Y(jié)其原理，即物質(zhì)回收（可利用物質(zhì)回收）、物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換。

4 火電廠(chǎng)固體廢棄物的資源化綜合利用策略分析

4.1 粉煤灰的資源化綜合利用方式

經(jīng)過(guò)對(duì)粉煤灰化學(xué)成分的分析可知，其內(nèi)部含有的二氧化硅含量占比至少為40%，多者可達(dá)65%；三氧化二鋁含量至少在15%，多者可達(dá)40%。綜合來(lái)看，粉煤灰中此兩種化合物整體占比至少為70%，且仍然具備一定的活性，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理之后，能夠?qū)⒅D(zhuǎn)化為符合工業(yè)需求的建筑原材料，從而加以利用。

在水泥材料的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要添加黏土，而使用粉煤灰，可以起到很好的代替作用，不僅能夠降低黏土消耗量，還能夠充分運(yùn)用其中殘余的炭，從而降低生產(chǎn)過(guò)程中的燃料消耗數(shù)量。根據(jù)粉煤灰內(nèi)部化合物含量的不同，最終可以生成硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及粉煤灰硅酸鹽水泥。將三者對(duì)比之后可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰硅酸鹽類(lèi)型的水泥抵御硫酸鹽侵蝕的能力最強(qiáng)，且遇水后產(chǎn)生反應(yīng)釋放出的熱量非常低。此外，粒度大、活性強(qiáng)且含碳量不高的粉煤灰性能良好，非常適合應(yīng)用于民用、工業(yè)建筑、體積較大的水上混凝土工程、地下及水下混凝土工程等。經(jīng)過(guò)大量混凝土配比試驗(yàn)可知，在1m3的混凝土中，加入50kg～100kg 的粉煤灰硅酸鹽水泥，與同等質(zhì)量的普通水泥性能無(wú)明顯分別[1]。

經(jīng)過(guò)脫硫處理的粉煤灰，還可以與生石灰、水泥、石膏、鋁粉等混合到一起，加水?dāng)嚢璩蓾{之后，將之注入特定的模具，進(jìn)而蒸制成一種新型建筑材料，其質(zhì)量較輕、多孔，除了具備一定的強(qiáng)度之外，還擁有極強(qiáng)的防火和絕熱性能，其質(zhì)地相對(duì)柔軟，適用于多種加工方式。

4.2 脫硫石膏的資源化綜合利用方式

脫硫石膏的制作過(guò)程，不僅能夠?qū)γ禾繗堅(jiān)械暮蚧衔镞M(jìn)行良好處理，還能完美利用煤炭資源燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的SO2，將之轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪邆涠拘?、污染性的硫酸根離子。此種充分運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)的處理方式值得推廣。首先，使SO2與水反應(yīng)，得到H2SO3，之后經(jīng)過(guò)氫離子提取、氧化反應(yīng)，得到HSO_4離子；其次，進(jìn)一步提取氫離子，得到“干凈的”SO42-硫酸根離子；最后，使殘?jiān)杏坞x的鈣離子、碳酸根離子、氫離子、硫酸根離子與水進(jìn)行反應(yīng)，最終生成脫硫石膏，即CaSO4·2H2O，同時(shí)產(chǎn)生無(wú)毒的二氧化碳。在此過(guò)程中，任何游離狀、具備毒性的硫酸根離子均被轉(zhuǎn)化為固態(tài)無(wú)毒性的硫酸鈣。根據(jù)精確計(jì)算，每產(chǎn)生2.7噸的脫硫石膏，只需要消耗1噸的二氧化硫，因此在處理過(guò)程中，無(wú)需擔(dān)憂(yōu)具備毒性的含硫化合物仍有殘余的問(wèn)題。脫硫石膏與天然石膏相比，無(wú)論是水化動(dòng)力性能、凝結(jié)特征，還是物理性能均無(wú)明顯差別，且不具備任何放射性，能夠完全替代天然石膏的作用。

4.3 火電廠(chǎng)固體廢棄物的資源化利用“產(chǎn)業(yè)鏈”實(shí)踐分析

在傳統(tǒng)的觀(guān)念中，對(duì)火電廠(chǎng)固體廢棄物進(jìn)行有效處理，已經(jīng)耗費(fèi)相關(guān)企業(yè)“九牛二虎之力”，在此過(guò)程中如果能夠降低成本支出，將會(huì)是“突破性”進(jìn)展。而在當(dāng)代經(jīng)營(yíng)理念中，“變廢為寶”不再是幻想，運(yùn)用“石灰石-石膏濕法”對(duì)固體廢棄物進(jìn)行處理，得到的脫硫石膏以及運(yùn)用水泥、混凝土加工法生成的粉煤灰硅酸鹽水泥，可以作為高性能產(chǎn)品輸送到建材市場(chǎng)。特別是脫硫石膏，其產(chǎn)量多、品質(zhì)高，市場(chǎng)需求量極大，無(wú)須擔(dān)心“無(wú)人問(wèn)津”。如某火電廠(chǎng)完成每年的火力發(fā)電任務(wù)時(shí)，產(chǎn)生的粉煤灰數(shù)量達(dá)到60萬(wàn)噸，經(jīng)過(guò)處理、轉(zhuǎn)化之后，能夠得到10萬(wàn)噸的粉煤灰硅酸鹽水泥以及20萬(wàn)噸的脫硫石膏。除去轉(zhuǎn)化過(guò)程中變?yōu)闅怏w的部分，最后剩余的廢棄物渣滓均為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)，排放到自然界后，不會(huì)造成任何污染。在該火電廠(chǎng)周?chē)?，擁有?shù)家建材公司，能夠?qū)Υ硕N原材料實(shí)現(xiàn)迅速收購(gòu)，形成“火電廠(chǎng)-建材企業(yè)-市場(chǎng)”的穩(wěn)定供應(yīng)，根據(jù)年終核算，由固體廢棄物轉(zhuǎn)換獲得的經(jīng)濟(jì)收入超過(guò)5000萬(wàn)元，同時(shí)為建材市場(chǎng)節(jié)省普通水泥物料成本達(dá)500萬(wàn)元，真正實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”[2]。

5 結(jié)束語(yǔ)

火電廠(chǎng)發(fā)電的過(guò)程，是通過(guò)化學(xué)方式實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換?；诖?，在進(jìn)行固體廢棄物處理時(shí)，也應(yīng)該以化學(xué)思維作為切入點(diǎn)，詳細(xì)分析并精確計(jì)算廢棄物中化學(xué)元素的含量占比，根據(jù)具體數(shù)據(jù)，制定出有效的資源化綜合利用方案。此舉不僅有益于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低廢物處理成本的同時(shí)還能夠增加額外的收入，可謂“一舉兩得”。