火力发电厂固体废弃物资源化利用分析

王彦忠，朱善淳

（中电国瑞物流有限公司，安徽 淮南 232089）

1 火力发电厂固体废弃物概述

1.1 来源及种类

燃煤发电过程是火力发电厂固体废弃物的主要来源，高温环境下，煤粉通过燃烧会产生一种包含碎屑、废渣及粉煤灰的混合材料。而在脱硫技术条件不断完善的情况下，火力发电厂又新增了脱硫石膏这一固体废弃物。

1.2 组成及性质

粉煤灰的组成及性质：粉煤灰的主要成分为未燃炭、CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2，同时含有少许K、P、S、Mg等的化合物与微量元素。根据粉煤灰中具体的CaO含量，通常可将其分为低钙与高钙灰。高钙灰中CaO的质量分数超过20%，有着比低钙会更优的质量。粉煤灰活性指的是粉煤灰混合于石灰、水之后展现的凝结硬化性能。粉煤灰应具备化学活性，故其本身并无水硬性。而处于潮湿条件时，通过与Ca（OH）2的反应，粉煤灰会有水硬性显示[1]。粉煤灰的颜色、粒度和质量会随着含碳量的提升逐渐变深、变粗、变差。

脱硫石膏的组成及性质：脱硫石膏的主要成分为Ca(SO4)·2H20，呈细颗粒状，为灰、黄色，径长比在15～25，有着较高的Ca(SO4)·2H20含量，通常都不会低于90%，同时也含有CaSO3、有机碳及飞灰和氯化物组成的可溶性盐等杂质。

1.3 火力发电厂固体废弃物的污染

1.3.1 对大气的污染

火力发电厂固体废弃物多为粉煤灰等细微颗粒态废渣，风会将这些固体废弃物携带至其他地方，进而污染大气环境，是大气环境的主要污染源。这些尘粒不仅会对环境造成污染，在结合NO、SiO2等有害气体后，更是会严重破坏环境，10 μm以下的飘尘还会威胁人体健康。

1.3.2 对水体的污染

由于火力发电厂固体废弃物中有Hg、Pb等重金属存在，当其与水体直接接触时，会直接污染水体，使水生生物的生存条件受到严重破坏，还会对水资源的利用造成一定的影响。固体废弃物堆积后，因其本身的分解及雨水的浸渍，渗滤液、有害化学物质会逐渐出现转化、迁移，逐渐污染附近地区。同时，火力发电厂水力冲灰等有着大量悬浮物存在，若是直接将其排放至河道中，会导致河床出现淤塞。近年来，电量需求不断增加，使得各类沿海发电厂也不断增多，固体废弃物的处理若是不够充分，直接排放至海洋中，会使海水成分、温度发生变化，严重影响我国海洋环境。

1.3.3 对土壤的污染

固体废弃物堆积处，粉煤灰随风四处飘散时，其内所含的各类重金属元素会渗透至土壤中，致使土壤受到重金属的污染。我国某火力发电厂距粉煤灰堆积处500 m的土壤中，Cd、Pb含量高达0.27 mg/kg、19.43 mg/kg，分别是土壤中两种元素参考含量的27倍与1.2倍。而距电厂1 500 m的土壤中，两种元素的含量分别达到1.03 mg/kg、23.7 mg/kg，相对于参考含量而言分别增加了102%、44%，致使土壤受到严重的重金属污染[2]。土壤结构和性质及土壤中微生物的活动会因这些有害物质的渗入而发生负面变化，植物有机体内甚至会有部分污染物残留，从而威胁人体健康。

2 火力发电厂固体废弃物处理原则

在处理处置固体废弃物时，人们通常遵循无害化、资源化及减量化原则。资源化指的是通过管理、工艺措施将固体废弃物中的有用能源或物质回收，使其产生一定的经济效益，实现二次利用。

在资源化利用固体废弃物时，其通常可分为以下几个范畴：其一，物质回收。通过处理废弃物，依据二次物质回收废弃物；其二，物质转换。依据废弃物置换新形态物质；其三，能量转换。废弃物处理过程中电能、热能等能量的回收。火力发电厂固体废弃物资源化利用主要是将炉渣转化为水泥、建筑材料等。

3 火力发电厂固体废弃物资源化概述

从狭义方面来说，资源化是为了对废弃物进行循环利用，进而实现资源、能源的回收。资源化概念包含了资源、能源实现回收的管理工艺和技术方法。资源化指的是将废弃物中的有用物质分离、回收之后，通过新加工或新产品的开发再次转化废弃物，使其成为有用资源，故也可将资源化当作再生回收利用[3]。基于此，可将资源化定义为：其一，物质的回收，对废弃物进行处理，将其所含有的特定二次物质回收，如回收城市垃圾中的金属或玻璃等物质；其二，物质的转化，将废弃物制成新形态物质，如将炉渣制成砖瓦等建筑材料；其三，能量的转换，将废弃物中的能源通过直接或间接的方式进行回收，前者包括焚烧垃圾回收热水、蒸汽等，后者包括将有机废弃物制成固态、液态和气态燃料等。

粉煤灰的资源化指的是研制生产粉煤灰密实砌块、墙板、粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰烧结砖等。而脱硫石膏资源化指的是以成熟工艺技术加工脱硫石膏，使其用于建筑石膏、粉刷石膏和水泥缓凝剂等系列建材制品、石膏制品的生产。

通过资源化，火力发电厂能将原本会危害环境的固体废弃物转化为有用的新资源。由于各个地方的发电厂有着不同的客观环境、条件，社会、经济和科技发展有不同的水平，循环利用废弃物的认知也有差异存在，同一种利用途径在不同地点不一定能产生效用。若是不考虑客观实际情况，盲目借用他人的经验，可能会产生适得其反的效果。因此，人们必须与实际相结合，合理选择固体废弃物的资源化利用方法。

4 火力发电厂固体废弃物资源化利用措施

4.1 对粉煤灰的综合利用

近年来，我国电力工业发生了巨大变化，产自于电厂的粉煤灰数量剧增，我国粉煤灰堆放累计已超过60×108t，占地面积达到1.3×108m2，而产自于电厂的粉煤灰便超过3×108t。以我国某电厂为例，该电厂每年会产生60×104t粉煤灰、20×104t脱硫石膏、6 000 t硝。当下，粉煤灰的利用主要有以下途径。

4.1.1 水泥工业上的应用

粉煤灰中SiO2、Al2O3的含量较高，分别在40%～65%、15%～40%，有着一定的活性，可用作建材工业原料来制成水泥等。粉煤灰中的SiO2、Al2O3含量超过70%，其可取代黏土进行水泥生料的配制，此外还可将残余炭充分利用，节省燃料。将一定量的粉煤灰加入水泥磨制中，能得到普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。其中，粉煤灰硅酸盐水泥水化热较低，具有一定的硫酸盐耐蚀性，在地下或水下混凝土构筑、大体积水上混凝土工程及一般民用或工业建筑工程等方面较为适用。而对于高质量粉煤灰而言，因其细度大、活性高等，可作为混凝土掺合料使用，将50～100 kg粉煤灰加入1 m3混凝土中，可减少水泥50～100 kg的使用量。此外，在熟料烧成窑的预热分解带中，尽管粉煤灰的热量消耗较低，但其液相的生成很快，能适当加快熟料矿物形成速度。实践表明，在水泥制备中，以粉煤灰替代黏土原料，能进一步提升水泥窑产量，减少16%燃料消耗量。

4.1.2 粉煤灰在新型墙体材料上的应用

粉煤灰也可作为粉煤灰加气混凝土的原料，该混凝土是一定量的水泥、石膏、铝粉及生石灰与水搅拌并倒入模具后，经过蒸养得到的多孔轻质建筑材料。制作该材料的配方具体为63%的粉煤灰、50 g的铝粉、10%的石膏、17%的水泥和10%的生石灰。粉煤灰含有的SiO2、Al2O3和石灰、水泥中CaO蒸汽养护条件下所发生的化学反应产生的水化硅盐酸是粉煤灰加气混凝土强度的主要来源。该混凝土具有质量轻、强度大、绝热与防火性能较好、易于加工等特点。

4.1.3 粉煤灰在农业、环保中的应用

粉煤灰中有着较大的含钙量变化，当钙量偏多时，需将其降低才能适用于土壤改良中，避免土壤板结发生。此外，粉煤灰拥有吸收废水中固体颗粒物的作用，以滤柱法、直接加入法等处理废水，能够有效处理废水中的固体颗粒废弃物，同时水处理费用较低。

4.2 脱硫石膏的综合利用

煤炭经过燃烧，其中的S会转化为SOx，脱硫石膏化学产生过程为：SO2+CaO=CaSO3；2CaSO3+O2=2CaS04。

脱硫石膏作为一种工业副产石膏，与天然石膏煅烧后产生的熟石膏粉、石膏制品相比，在物理性能、凝结特征、水化动力学等方面并未存在显著差异，可取代天然石膏用于建材。

以国际先进生产工艺、技术对脱硫石膏进行加工，将其制成石膏板，可实现脱硫石膏的100%利用，而以工业高标准自动化流水线进行生产，技术含量、产值较高，能耗低，不但可将脱硫石膏资源充分利用，还能将污染排放有效解决，促使固体废弃物资源化利用实现。

5 结语

随着各行各业的电力资源需求增加，火力发电厂能源生产规模不断扩大，同时固体废弃物的产量急剧增加。一旦固体废弃物处理未能充分落实，空气、水体及土壤等就会受到严重的污染。因此，人们必须采用各类科学、合理的方法来降低固体废弃物的危害，将有用资源再次回收，创造经济价值。

1 左俊杰，吕新锋.火力发电厂固体废弃物资源化利用创新探索[J].广西电业，2017，（6）：55-58.

2 马 军.关于燃煤火力发电厂的环境保护措施探索[J].黑龙江科技信息，2016，（34）：34.

3 吉冰静.燃煤火电厂固体废弃物对雾霾的作用及应对措施[J].科技创新与应用，2017，（10）：182.