中国保定地区燃煤电厂固废综合利用研究

李嘉 李祝 钟灵毓 黄圳祥

深圳市能源电力服务有限公司，中国·广东 深圳 518052

1 引言

环保与经济是目前人类社会共同追求的目标。区域燃煤电厂的固废处理不应成为竞争状态，反而应该形成规模，逐渐形成产业集群，守护一方水土，创造共同利益。

2 项目实施的目的与意义

中国保定地区数家燃煤电厂由于所处区域临近中国北京、雄安均受环保政策影响较大。同时由于距离港口较远，因此煤炭运输基本靠公路、铁路，来源十分近似；各电厂发电机组、锅炉、除尘设备差距并不明显，这些因素共同导致固废排放种类、成分高度一致。

随着基础材料及加工改性工艺的不断研究发展，环保、经济共同发展成为了可能。能源供应企业应该走在前端，引领发展[1]。

3 中国发展现状与趋势

生态环境是人类的共同财产，国家必定会不断出台更加严格的政策。自然材料的应用必将受到极大限制，各种原来意义上的“废品”必须资源化利用。各大高校、企业不断加强基础材料研究、创新科技、研发新工艺，粉煤灰、炉渣、脱硫石膏、脱硫污泥、煤矸石等燃煤电厂固废已逐渐在中国山东、山西、河北、安徽等地开始了资源化、高值化利用进程。此几种固废中国发展现状与趋势如下。

3.1 粉煤灰

粉煤灰在混凝土中的使用具有技术规范（GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》），是粉煤灰最为广泛的应用之一。但是并不是全国的基建市场都像一、二城市那样火热，更广大的中小城市的粉煤灰无法靠本地区消纳。随着混凝土材料的改进，加气块、预制装配式墙板等广泛应用，粉煤灰用途得以拓展。随着超细加工、改性等技术的逐渐成熟，粉煤灰作为工业添加料的用途更加宽广，附加值也更加高。

3.2 炉渣

炉渣本身列入粉煤灰范畴，既可以直接利用，也可以磨细加工接近粉煤灰性能。目前中国国内主要用途有水泥混合料、各种骨料、废水处理（多孔吸附性强）、土壤改良等。

3.3 脱硫石膏

脱硫石膏填埋或堆存处理方式均有较大危害。脱硫石膏堆积占用大量土地资源；所含的酸性氧化物等物质会污染环境，而且长期堆存还有可能渗透到地下，对地下水和地下生物产生二次污染；脱硫石膏和有机废物、雨水混合在一种无氧环境中，会产生硫化氢气体。硫化氢气体是一种有害气体，低浓度会放出臭鸡蛋气味，达到较高浓度会致人死亡。

脱硫石膏可作为原料，主要用途有制备α高强石膏（模具石膏、工艺品石膏等）、β建筑石膏（抹灰石膏、涂料石膏等）、混合石膏（自流平石膏等）等。截至2019年，中国抹灰石膏砂浆的应用总体量为450万t，2020年预估在600万t左右，按照中国房地产每年20亿m2增长速度估算，市场应用总量在1500万t左右，市值150亿左右；自流平石膏是抹灰石膏的3倍左右，市值450亿左右，市场发展前景可观。加上其他石膏制品，如石膏板、石膏线条、隔墙板等，总市值近千亿。

3.4 脱硫污泥

脱硫污泥最重要的是去除污泥中的重金属，目前尚无特别有效的经济处置方式。物理电热修复法、热解析法能耗高、作用有限、后续处理难度大；生物法过程长、难控制、易受外界条件影响；化学淋洗法易造成二次污染；水泥包裹、熔融固化、沥青固化各有成本高、有浸出二次污染可能性等缺陷；目前仅有药剂固化比较适合，但成本、处理方法、处置流程、管控等仍需进一步优化。

3.5 煤矸石

由于非产煤区域燃煤电厂都比较重视磨煤机的效率，因此剩余的煤矸石量比较小，当地制砖、水泥厂等建材企业比较容易消纳[2]。

4 取样理化特性分析

4.1 样品的采集

中国保定地区主要燃煤电厂：大唐保定热电厂（2台200MW供热机组）、大唐清苑热电有限公司（2×300MW热电联产机组）、河北国华定州发电有限责任公司（2×600MW+2×66MW）、河北涿州京源热电有限责任公司（2×350MW热电联产机组）、深能保定发电有限公司（2×35MW热电联产机组）。

采集深能保定发电有限公司电厂原灰库、粗灰库、细灰库粉煤灰、炉渣、脱硫石膏、中水污泥、脱硫污泥、煤矸石样本。根据机组情况估算各种类固废年产量：粉煤灰30万t，炉渣3万t、脱硫石膏6万t、污泥9000t、煤矸石1000t。

4.2 化学性质检测对比

由图1可以看出，中国保定电厂的灰成分与常规高温粉煤灰典型值非常接近。

图1 中国保定电厂的灰成分与常规高温粉煤灰成分对比图

4.3 物理性质检测

物理性质检测如表1所示。

表1 物理性质检测表

4.4 评估分析

评估分析如表2所示。

表2 评估分析表

5 固废综合利用发展建议

5.1 粉煤灰（原灰、粗灰、细灰）

根据化学分析报告指标硅铝比值较好、属高温发电工艺。可超微细加工、改性产品作为填料级替代碳酸钙在橡胶、塑料制品、涂料、硅胶中应用。建议进一步做工艺应用试验（第三方实验、中试），确定目标市场、产品。

发展建议：由于中国保定地区混凝土搅拌站对二级灰要求较严，与三级灰相比，附加值相当高。因此建议分阶段进行发展，第一阶段首先进行分选，精选出的二级灰即可带动附加值提高；同时进行第三方应用试验，尽快确定目标市场、目标产品。第二阶段确定具体的目标市场及目标产品后，尽快上生产线，保定周边输送皮带添加料碳酸钙、炭黑替代品市场均有可发展潜力，足够消纳产品[3]。

5.2 炉渣

由于量不多，周边水泥厂、砖厂足够消纳，因此建议直接捆绑销售。

5.3 脱硫石膏（原膏）

建议分阶段进行处置，逐步尝试提高附加值：

第一阶段，由于周边水泥厂、加气块厂、墙板厂有足够消纳能力，建议捆绑销售。

第二阶段，进行充足的市场调研工作，做出经济分析，定位市场与产品，α型高强石膏（模具石膏），β型建筑石膏（抹灰石膏），混合石膏（自流平）。

5.4 中水污泥

相关指标检测达标，可委托有专业资质的单位处置。

5.5 煤矸石

由于量不多，周边水泥厂、砖厂足够消纳，因此建议直接捆绑销售。

6 结语

经济性总是伴随着规模化，一件商品如果不能形成规模化就很难做到经济性。电厂固废的产生具有周期性，单个周期内多种固废均不能达到经济性的规模，因此经济性处理还有待科技、技术、工艺等创新开发。