陳曉龍，梁 川，宋大勇

(國電科學技術(shù)研究院有限公司,江蘇 南京 210046)

我國是世界能源生產(chǎn)第一大國[1]，燃煤發(fā)電機組在我國能源體系中處于重要地位。截至2019年底，全國煤電裝機容量約104×108MW，占全口徑發(fā)電裝機容量的51.7%；燃煤機組全年發(fā)電量約4.56×1012kWh，占全口徑發(fā)電量的62.2%[2]。在煤電生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量固體廢棄物，這些固體廢棄物若能實現(xiàn)科學的綜合利用，既可減少其他礦物資源的開發(fā)，減少生態(tài)破壞和環(huán)境污染，又能提高煤炭資源多級利用率，目前所受關(guān)注程度正持續(xù)上升。

為了提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，國家相繼頒布了一系列的政策和文件。2017年國家發(fā)改委等14部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)<循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)行動>的通知》，對“十三五”期間我國循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展工作做出統(tǒng)一安排和整體部署。國家能源局《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》提出，要提升煤炭轉(zhuǎn)化效率和效益，強化生態(tài)環(huán)境保護，降低工程造價和生產(chǎn)成本。國家發(fā)改委公布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄》中將固體廢棄物綜合利用作為重點發(fā)展方向之一。工信部在《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》中提出要“推廣綠色建材，提高綠色建材在建筑工程中使用比例；在水泥、砂漿、混凝土等產(chǎn)品中利用副產(chǎn)石膏等大宗工業(yè)固廢，開發(fā)綠色建材”。2018年1月1日起實施的《環(huán)境保護稅法》明確規(guī)定未按環(huán)保法規(guī)定清運、處置或利用固體廢棄物的企業(yè)，需要繳納環(huán)境保護稅。2019年國家發(fā)改委及工信部聯(lián)合出臺了《關(guān)于推進大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》，該通知指出擬建設(shè)一批具有示范和引領(lǐng)作用的綜合利用產(chǎn)業(yè)基地，促進產(chǎn)業(yè)集聚，提高資源綜合利用水平，推動資源綜合利用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2020年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)《關(guān)于構(gòu)建現(xiàn)代環(huán)境治理體系的指導意見》，要求“提高固體廢物綜合利用率；制定修訂固體廢物污染防治、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟等方面的法律法規(guī)”，更加凸顯了從源頭防治污染、固體廢棄物資源化利用的重要性。由此可見，國家對固體廢棄物的處置及資源化利用提出很高要求，以集聚化、產(chǎn)業(yè)化、市場化、生態(tài)化為導向，以提高資源利用效率為核心，堅持“綠色”發(fā)展理念，推動經(jīng)濟高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，推進生態(tài)文明建設(shè)。

1 煤電發(fā)電企業(yè)固體廢棄物概況

隨著中國工業(yè)化進程的不斷深入，工業(yè)固體廢棄物在逐年增加。燃煤發(fā)電企業(yè)作為中國能源工業(yè)的主體，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等大量固體廢棄物，2014—2018年我國電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)量和利用率趨勢見圖1。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018年我國電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)粉煤灰產(chǎn)生量約為4.5億t，占工業(yè)企業(yè)粉煤灰產(chǎn)生總量的85.3%，綜合利用率為75.7%；爐渣產(chǎn)生量約為1.6億t，占總量的51.2%，綜合利用率為71.5%；脫硫石膏產(chǎn)生量約為1.0億t，占總量的81.3%，綜合利用率為74.3%[3]。電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了固體廢棄物排放量的急劇增加，部分燃煤發(fā)電企業(yè)仍采用填埋和堆放方式處理固體廢棄物，貯存處置場不僅占用大量的土地資源，還會對土水、空氣、土壤及生態(tài)環(huán)境造成危害。

粉煤灰又稱飛灰，是燃煤電廠排放的最主要固體廢棄物之一，是燃料(主要是煤)在鍋爐中燃燒后被煙氣帶出爐膛的細微固體顆粒物，其粒徑一般在1～100 μm之間。粉煤灰的化學組成與煤粒粒度、鍋爐型式、燃煤成分、燃燒情況及收集方式等有關(guān)，一般為灰色或淺黃色，呈多孔型蜂窩狀組織，含碳量較高的粉煤灰顏色偏黑，常夾帶少量重金屬及其他雜質(zhì)，其主要組成為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。國家發(fā)改委等十部門聯(lián)合頒布的《粉煤灰綜合利用管理辦法》規(guī)定，新建和擴建燃煤電廠項目可行性研究報告和項目申請報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，推動實現(xiàn)粉煤灰減量化、資源化、再利用。實踐表明，粉煤灰可以廣泛用于水泥建材行業(yè)，例如生產(chǎn)砌塊、屋面瓦、隔音板材、耐火保溫材料、建筑保溫材料、陶瓷彩色墻地磚等，也可用于生產(chǎn)處理廢水、廢氣的吸附劑等。

爐渣是煤炭等燃料在鍋爐內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的另一種工業(yè)固體廢棄物，通常經(jīng)過排渣機、破碎機后送至渣倉貯存，或運至灰渣場堆放，其成分與飛灰相似，以氧化物(SiO2，Al2O3，CaO，MgO等)為主。爐渣可應用于空心磚、透水磚、砌塊、水泥、隔音棉和防火隔熱材料等產(chǎn)品的制造。

脫硫石膏是燃煤電廠石灰石—石膏濕法煙氣脫硫過程中由吸收劑與煙氣中二氧化硫反應后生成的主要副產(chǎn)品[4]，主要成分和天然石膏一樣，為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，純度一般在90%以上。脫硫石膏蘊藏著巨大的資源利用價值，利用脫硫石膏可以生產(chǎn)石膏板、石膏砌塊、生態(tài)水泥、水泥緩凝劑、硫酸鈣晶須(CSW)、自流平石膏等，國內(nèi)外對脫硫石膏的綜合處理和應用發(fā)展迅速。

經(jīng)過長期研究與實踐，我國固體廢棄物的綜合利用在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)了較好的資源轉(zhuǎn)化，粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等大宗固體廢棄物不僅能夠作為生產(chǎn)建材產(chǎn)品的主要原料，還可以應用于公路土建、工程建造、土壤調(diào)節(jié)、氧化鋁生產(chǎn)、特種硅鋁鐵合金、高強模具制造等多個方面。

2 固廢資源化的意義

隨著我國對固體廢棄物的管理和循環(huán)經(jīng)濟的認識不斷深化，固體廢棄物的資源化逐漸成為一項關(guān)系經(jīng)濟和民生的建設(shè)性工程，企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要更加重視固體廢棄物資源化利用。一是將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為再生資源，減少天然石礦的開采，既符合國家可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標，也符合國家大力推進生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略決策；二是減少固廢的堆放和填埋，降低土地占用率，減輕地下水和土壤的污染，從而改善生態(tài)環(huán)境；三是通過對固體廢棄物的利用，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益，使經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護處于良性循環(huán)之中。

固體廢棄物對環(huán)境的污染以及所造成的資源浪費是當今世界環(huán)境保護和資源保護面臨的主要問題。我國也早己將固體廢棄物的綜合利用提到議事日程上，先后制定了多項減免稅收的相關(guān)優(yōu)惠政策，各級地方政府也出臺了相關(guān)治理措施和優(yōu)惠政策，切實保障了固體廢棄物綜合利用的順利實施[5]。

3 燃煤發(fā)電企業(yè)固廢處理經(jīng)驗

我國燃煤發(fā)電企業(yè)在經(jīng)歷了“以儲為主”、“儲用結(jié)合”、“以用為主”三階段的轉(zhuǎn)變后，目前在固體廢棄物資源化利用方面已取得長足的進步，積累了豐富的固廢處理經(jīng)驗，對于可以利用的固體廢棄物最大化進行綜合利用，對暫不能利用的，也采取必要的降污染措施進行處置和堆存。

華能陽邏電廠建成了全國電力系統(tǒng)首條利用電廠低溫蒸汽，采用干燥、煅燒二步法工藝的β型建筑石膏生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線是國家“十一五”節(jié)能減排規(guī)劃重點項目，于2007年9月7日正式投產(chǎn)，年產(chǎn)建筑石膏10萬t。所產(chǎn)的建筑石膏粉具有強度高、無輻射、質(zhì)量輕等特點，是一種理想的綠色建筑材料。同時該電廠還建有年產(chǎn)5萬m3的加氣砼砌塊生產(chǎn)線，將絕大部分粉煤灰生產(chǎn)為加氣混凝土砌塊，剩余的粉煤灰和爐渣供給周邊專業(yè)綜合利用公司，作為水泥、公路瀝青混凝土、磚的生產(chǎn)原料。華能陽邏電廠的固體廢棄物綜合利用率已達到100%，社會效益和經(jīng)濟效益十分明顯，對燃煤發(fā)電企業(yè)固體廢棄物的資源化利用、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有非常好的示范作用[6]。

西山煤電集團公司是全國首批循環(huán)經(jīng)濟試點單位之一，針對所屬電廠粉煤灰等固體廢棄物大量堆存的問題，建設(shè)了年產(chǎn)20萬m3粉煤灰陶粒項目和年產(chǎn)30萬m3粉煤灰加氣混凝土砌塊項目，采用全智能化生產(chǎn)線，實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)發(fā)展，每年再利用的粉煤灰、爐渣量約30萬t。公司生產(chǎn)的產(chǎn)品容重輕、強度高、導熱系數(shù)低、穩(wěn)定性好，是新型材料工業(yè)的發(fā)展方向。該項目的實施，對燃煤發(fā)電企業(yè)利用固體廢棄物生產(chǎn)綠色建材、推動循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[7]。

針對內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電公司粉煤灰的富鋁特性，中國大唐集團啟動了高鋁粉煤灰資源化利用的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化探索，在科技部“國家科技支撐計劃”和“863”計劃支持下，依托國家能源高鋁煤炭資源開發(fā)利用重點實驗室等研發(fā)平臺，經(jīng)長期開拓性研究與產(chǎn)業(yè)示范，建成投產(chǎn)了粉煤灰年產(chǎn)20萬t氧化鋁生產(chǎn)線。該項目被國家發(fā)改委確定為產(chǎn)業(yè)示范，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高鋁粉煤灰提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和裝備體系，以高鋁粉煤灰提取氧化鋁為核心，形成了我國特色的高鋁煤炭-發(fā)電-高鋁粉煤灰-氧化鋁-鋁合金-環(huán)境材料-化工填料-綠色建材的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。技術(shù)成果獲得了國家科技進步二等獎、國家能源局科技進步二等獎等多項榮譽[8]。

在寧海臨港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)科技園，國華寧海電廠利用區(qū)域優(yōu)勢，聯(lián)合周邊的水泥廠、建材廠等企業(yè)，構(gòu)建上下游產(chǎn)業(yè)間資源綜合利用的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。形成了“煤炭-電力-粉煤灰-水泥”、“煤炭-電力-粉煤灰-新型墻體”、“煤炭-電力-脫硫石膏-石膏板”等循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)生的灰、渣、石膏供給水泥廠和建材企業(yè)，不但減少了封閉灰場的建設(shè)，有效節(jié)約土地資源和管理成本，降低揚塵污染，而且通過銷售這些灰渣，獲得一定的資金收益，實現(xiàn)生態(tài)責任和經(jīng)濟利益的平衡發(fā)展[9]。

山西漳電國電王坪發(fā)電有限公司為節(jié)約處置費用，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，同時消除傳統(tǒng)固廢處置方式帶來的環(huán)保壓力，積極開展固體廢棄物綜合利用技術(shù)創(chuàng)新，該公司分別建設(shè)了石膏?；椖亢?5萬t橡塑填料級粉煤灰綠色高值化加工項目，實現(xiàn)節(jié)約資源、消除污染、保護環(huán)境、化害為利等目的，對發(fā)展企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)起到了促進作用[10]。

在工業(yè)發(fā)達國家，燃煤發(fā)電企業(yè)對固體廢棄物資源化利用的研究起步較早而且技術(shù)成熟。美國、歐盟、日本等發(fā)達國家和地區(qū)經(jīng)過30余年的研究實踐，建立了固體廢物全過程精細化管控體系，不斷研發(fā)和應用新的技術(shù)工藝，提高固廢資源化產(chǎn)品的附加值。以化工、能源和農(nóng)業(yè)為主體，規(guī)劃建設(shè)生態(tài)工業(yè)園項目，通過把不同的工廠聯(lián)結(jié)起來，形成共享資源和互換副產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)企業(yè)之間的循環(huán)經(jīng)濟運行模式[11]。

例如丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū)，它是學者們最常引用的生態(tài)工業(yè)園區(qū)原型典范。該工業(yè)園區(qū)以Asnaes電廠為核心，協(xié)同煉油廠、制藥廠和石膏板材廠等企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟聯(lián)合體。電廠為園區(qū)居民、工廠集中供汽供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)提高了燃料利用率，先進的廢水處理技術(shù)使水資源可以在共生企業(yè)間多級利用，脫硫設(shè)備生產(chǎn)的石膏作為代替天然石膏的原材料被賣給石膏板廠，發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰，被用于基礎(chǔ)建設(shè)和水泥行業(yè)。全系統(tǒng)每年約節(jié)省4.5萬t石油、1.5萬t煤炭、60萬m3淡水，減排17.5萬t二氧化碳和1.02萬t二氧化硫，還使13萬t爐灰、4500 t硫、9萬t石膏、1440 t氮和600 t磷實現(xiàn)資源化重新利用。據(jù)統(tǒng)計，卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益每年約1000萬美元?？▊惐ど鷳B(tài)工業(yè)園的網(wǎng)絡(luò)組成見圖2[12]。20世紀90年代，日本北海道電力公司就開始探索粉煤灰的資源化利用，獨立自主開發(fā)并投產(chǎn)了“利用粉煤灰生產(chǎn)干式脫硫劑”等多個固體廢物循環(huán)利用項目，并且進一步研究了脫硫劑廢料的綜合利用新途徑[11]。近幾年“高溫水合技術(shù)裝備加工高濃度粉煤灰復合樹脂新材料項目”已在日本實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，運行狀況良好。在德國，資源化利用脫硫副產(chǎn)品是煙氣脫硫應用的基本組成部分，電廠脫硫石膏被大量運用于水泥緩凝劑的生產(chǎn)，其余用于生產(chǎn)建筑石膏、石膏板、建筑用構(gòu)件、自流平石膏、α型與β型半水石膏等新型建筑材料[13]。

4 資源化利用的建議

目前我國工業(yè)固體廢棄物綜合利用率已達70%以上，雖呈現(xiàn)整體向好趨勢，但與一些發(fā)達國家相比還有一定的提升空間。受原材料品質(zhì)、地域、技術(shù)及市場等因素限制，還存在各地區(qū)利用不均衡的問題。為此，針對燃煤發(fā)電企業(yè)固體廢棄物的資源化利用提出以下4點建議。

a.加大對固體廢棄物資源化利用的重視，完善管理制度，建立資源化管理體系。提高生產(chǎn)的粉煤灰、爐渣及脫硫石膏品質(zhì)的穩(wěn)定性，以此更好地加以利用。

b.因地制宜，積極尋求適合企業(yè)特點的固廢處理方案，將現(xiàn)有技術(shù)成熟、工藝簡單、投資少、效益高的處理方式更普遍地應用到工業(yè)化生產(chǎn)中去。

c.開展自主創(chuàng)新，發(fā)揮企業(yè)的主動性，加大科研投入，加強“政-校-企”合作，拓展固體廢棄物高附加值利用，同時關(guān)注二次污染等問題。

d.利用企業(yè)之間的物流、能流、信息流建立資源共享利用網(wǎng)，通過廢物交換、循環(huán)利用、清潔生產(chǎn)等手段，發(fā)展綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。

5 結(jié)束語

綜合以上討論，將原本危害環(huán)境的固體廢棄物資源化利用，能夠取得良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。隨著垃圾分類管理、“城市礦產(chǎn)”示范基地、“無廢城市”建設(shè)等多項工作的深入推進，固體廢棄物資源化利用的重要性及緊迫性持續(xù)提升。盡管我國固廢資源化利用技術(shù)的整體水平還有待于進一步提高[14]，但固廢資源化利用空間巨大，高附加值、高新技術(shù)以及規(guī)?；C合發(fā)展成為必然趨勢。未來工業(yè)固廢再生市場將進一步擴大，燃煤發(fā)電企業(yè)應把握產(chǎn)業(yè)升級機遇，積極建立區(qū)域經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)合作，加強“產(chǎn)、學、研、用”項目攻關(guān)，強化自主科研創(chuàng)新，攻克整裝成套的固廢資源化利用技術(shù)，推廣引進固廢利用新工藝、新裝備，推動工業(yè)固廢資源化利用產(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展。目前國內(nèi)有很多企業(yè)正在積極研發(fā)固廢資源化利用的自主技術(shù)，并且已經(jīng)取得了突破性進展，固廢綜合利用治理體系，正在成為新時代綠色發(fā)展不可分割的組成部分。通過高效率、多途徑、多價值的資源化利用固體廢物，提高環(huán)境資源配置效率，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)污染物“零排放”，推進企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的生態(tài)和綠色化轉(zhuǎn)變，為我國生態(tài)文明建設(shè)提供支持。