從節(jié)能減排出發(fā)談電廠固廢資源的開發(fā)利用

范艷兵

（太原鍋爐集團(tuán)環(huán)境工程有限公司，太原 030008）

當(dāng)前，火電廠發(fā)電需要消耗大量煤炭等化石類能源，這是化石類能源消耗的主要方式之一。隨著我國化石類能源開采成本與使用成本的提升，如何降低化石類能源損耗，提升電廠固廢資源的使用效率和利用程度成為我國電廠工作人員關(guān)注的重點(diǎn)。本文將從電廠固廢資源的主要構(gòu)成解析入手，淺談電廠節(jié)能減排的主要措施，探究如何提升電廠固廢資源的利用效率。

1 電廠固廢資源的主要構(gòu)成解析

1.1 電廠生產(chǎn)中如何定義固廢資源

電廠固廢資源主要指的是電廠在發(fā)電過程中所產(chǎn)生的不具備原有固定價(jià)值的固體或半固體物品，其主要成分為煤炭燃燒所產(chǎn)出的廢棄物，這種廢棄物主要由粉煤灰和脫硫石膏構(gòu)成。由于粉煤灰和脫硫石膏不再具備煤炭的性能，其成為電廠固廢資源，但是粉煤灰、脫硫石膏是電廠固廢資源中具備加工利用價(jià)值的廢棄物。因此，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，要想提升電廠固廢資源的利用效率，首先就應(yīng)當(dāng)從電廠固廢資源的構(gòu)成入手，了解粉煤灰和脫硫石膏的構(gòu)成與性質(zhì)，掌握電廠節(jié)能減排的措施，進(jìn)而構(gòu)建更具針對(duì)性的電廠固廢資源二次利用方式。

1.2 電廠固廢資源中粉煤灰的主要構(gòu)成解析

粉煤灰的主要成分與電廠所使用的煤炭成分、煤炭的粉碎程度、煤炭的燃燒方式有直接的聯(lián)系，因?yàn)榉勖夯沂敲禾咳紵蟮闹苯赢a(chǎn)物。從粉煤灰的化學(xué)成分來看，粉煤灰主要由二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、碳構(gòu)成，此外還含有少量的磷、硫、鉀、鎂等化合產(chǎn)物以及部分微量元素[1]。在詳細(xì)劃分粉煤灰種類時(shí)，通常將粉煤灰中氧化鈣的占有比例高低作為其劃分標(biāo)準(zhǔn)。如果粉煤灰中氧化鈣的占比高于20%，則該類粉煤灰被稱為高鈣灰；如果粉煤灰中氧化鈣的占比低于20%，則該類粉煤灰被稱為低鈣灰。從兩種粉煤灰的性能來看，高鈣灰的性能要比低鈣灰性能優(yōu)異。而粉煤灰中的二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、碳等物質(zhì)的占比會(huì)在一定程度上影響粉煤灰的建筑用料質(zhì)量。粉煤灰的活性主要是指粉煤灰在與石灰、建筑用水混合后所展現(xiàn)的凝結(jié)硬化性能。粉煤灰的物理形態(tài)主要呈現(xiàn)為灰色或白色粉狀物，粉煤灰中含碳量的高低決定了其顏色，顏色越白、灰質(zhì)越細(xì)，則粉煤灰質(zhì)量越高。

1.3 電廠固廢資源中脫硫石膏的主要構(gòu)成解析

脫硫石膏是指煤炭資源燃燒后，運(yùn)用脫硫技術(shù)來處理煙氣而產(chǎn)生的固廢資源。脫硫石膏又被稱為排煙脫硫石膏、硫石膏，其主要成分與自然界中的天然石膏相同，脫硫石膏主要由硫酸鈣構(gòu)成，硫酸鈣的二水化物被稱為石膏。電廠固廢資源中，脫硫石膏主要呈現(xiàn)為灰色、黃色顆粒，每個(gè)顆粒的粒徑約為20 μm。脫離石膏中的雜質(zhì)主要為灰塵、有機(jī)碳、碳酸鈣、三氧化二鋁、二氧化硅，以及三氧化硫、硫酸鈉鹽、硫酸鎂鹽、氯化物等可溶解性雜質(zhì)[2]。

脫硫石膏是電廠固廢資源的主要成分之一，我國當(dāng)前大部分電廠在處理脫硫石膏的過程中大多采用就近填埋、露天放置、道路建設(shè)地基鋪建等方式。該種處理方式不僅浪費(fèi)土地資源，還會(huì)對(duì)電廠周邊自然環(huán)境造成二次污染，沒有將脫硫石膏的作用真正發(fā)揮出來，造成脫硫石膏電廠固廢資源的浪費(fèi)。這與我國綠色發(fā)展、節(jié)能發(fā)展的核心理念是相背離的。

2 當(dāng)前我國電廠節(jié)能減排的主要措施

2.1 優(yōu)化改良電廠設(shè)備，降低電廠資源損耗率

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國電能需求量不斷提升，其間電廠發(fā)揮著十分重要的作用。在發(fā)電的過程中，電廠需要大量的設(shè)備支持，不可避免地會(huì)出現(xiàn)能源損耗。其中，電廠設(shè)備損耗占資源損耗的比例較高，因此要想提升電廠資源的技能性，降低污染物排放，就應(yīng)當(dāng)優(yōu)化改良電廠設(shè)備。從電能損耗和節(jié)能減排方面來看，可以對(duì)電廠鍋爐設(shè)備中的一次、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等設(shè)備進(jìn)行變頻升級(jí)，進(jìn)而保障電廠運(yùn)行過程中電力產(chǎn)出量與設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)之間更為流暢與平衡，進(jìn)而避免低電能產(chǎn)出的過程中電廠設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行，這樣可以節(jié)約電能，降低設(shè)備的損耗率。從水資源的節(jié)能減排來看，要想提升水資源的利用效率，就應(yīng)當(dāng)從水資源的回收利用入手，做好水資源的二次回收、凈化、使用。從節(jié)油角度來看，要想提升油資源的節(jié)能性與減排效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)油點(diǎn)火程序，例如，等離子點(diǎn)火技術(shù)和微油點(diǎn)火（氣化小油槍）技術(shù)在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃過程中的應(yīng)用，降低了燃料成本與燃油浪費(fèi)。從熱能的二次利用角度來看，電廠應(yīng)當(dāng)從冷渣機(jī)與煙道低溫省煤器兩大設(shè)備入手，升級(jí)改造這兩大設(shè)備，回收爐渣與煙氣中的熱能，進(jìn)而提升能源的使用效率。

2.2 重視水資源的二次利用、收集處理

水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)資源，我國幅員遼闊，地理環(huán)境復(fù)雜多變，不同地區(qū)的水資源存儲(chǔ)量有著十分明顯的差異。由于歷史原因，我國在初期發(fā)展的過程中過于注重生產(chǎn)力的提升，不注重對(duì)周邊自然環(huán)境的保護(hù)，當(dāng)前我國部分企業(yè)在運(yùn)營中依舊會(huì)肆意排放污染物，使得周邊水資源被污染。電廠在運(yùn)行的過程中對(duì)外排放用水主要可以分為冷卻用水、生活污水、灰渣處理用水、生產(chǎn)用水等。要想提升水資源的利用效率，就應(yīng)當(dāng)注重污水的二次回收利用與處理。我國大部分電廠已經(jīng)認(rèn)識(shí)到水資源二次回收利用的重要性，采用許多措施來提高水資源的利用效率。例如，回收冷卻水并等待冷卻水自然降溫之后再次使用。但是，多次使用的冷卻水中會(huì)含有較多的懸浮固體，可以通過過濾的方式來凈化冷卻水。電廠生活污水主要來源于電廠工作人員的生活廢棄用水，通常該種污水的處理方式主要為靜置沉淀，并將其排放至市政污水管道由市政部門進(jìn)行污水處理。

3 從節(jié)能減排角度出發(fā)，如何提高電廠固廢資源的利用效率

3.1 提升電廠固廢資源中粉煤灰的二次利用程度

當(dāng)前，我國火力發(fā)電站在發(fā)電的過程中主要消耗煤炭資源，煤炭經(jīng)過機(jī)械粉碎成煤粉，煤粉為電廠發(fā)電的主要原料。煤粉在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，粉塵主要經(jīng)由煙氣排放管道排除，再經(jīng)除塵設(shè)備收集成為粉煤灰。隨著我國火電廠數(shù)量的不斷增多，電廠排放與收集的粉煤灰數(shù)量與日俱增。從當(dāng)前電廠固廢資源中的粉煤灰二次處理與利用來看，我國粉煤灰利用方式主要有以下幾種。

3.1.1 水泥制造

粉煤灰的主要成分為二氧化硅與三氧化二鋁，二氧化硅與三氧化二鋁占比分別在50%與30%，由于其主要構(gòu)成成分的特性，粉煤灰具有一定的物理活性與化學(xué)活性，可以運(yùn)用到水泥等建筑材料制造行業(yè)中。在燒窯的過程中，粉煤灰對(duì)燃料的用量要求較低，在短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)固態(tài)至液態(tài)的轉(zhuǎn)變，粉煤灰的利用能夠在很大程度上加快熟料礦物的產(chǎn)出。相關(guān)試驗(yàn)表明，在熟料礦物產(chǎn)出的過程中，添加粉煤灰來替代黏土能夠增加產(chǎn)出量，并可節(jié)約15%左右的燃料。

3.1.2 新型墻體材料

粉煤灰可以用來制作新型墻體材料，如粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰混凝土空心砌塊、水泥粉煤灰膨脹珍珠巖混凝土保溫砌塊、粉煤灰混凝土路面磚、粉煤灰陶粒及混凝土制品、粉煤灰混凝土輕質(zhì)隔墻板等。由于粉煤灰加氣混凝土建筑材料具有質(zhì)量輕、相對(duì)強(qiáng)度高、隔熱性能好、防火性強(qiáng)、生產(chǎn)難度低等特點(diǎn)，當(dāng)前粉煤灰在我國建筑建設(shè)中應(yīng)用越來越廣泛。

3.1.3 高價(jià)值組分的提取

人們可以提取粉煤灰中的高價(jià)值組分，如常規(guī)鐵、氧化鋁、碳等的提取，鎵、鍺、硒等稀有金屬元素的提取，鋰、釩、鎳等能源金屬元素的提取，稀土金屬的提取。

3.1.4 粉煤灰分選和磨細(xì)后的使用

從粉煤灰中分選出的Ⅰ、Ⅱ級(jí)灰，可以大量應(yīng)用于商業(yè)混凝土中。如果粉煤灰經(jīng)磨細(xì)后比表面積達(dá)到700 m2/kg，這種超細(xì)灰可以大量用于制作水泥、商業(yè)混凝土，同時(shí)可以部分替代硅灰等外加劑，用于制作綠色高性能混凝土、混凝土管樁預(yù)制件等。

3.1.5 化工填料

粉煤灰超細(xì)磨后可以用作化工填料，例如，粉煤灰經(jīng)超細(xì)磨后比表面積達(dá)到2000 m2/kg并改性后，可替代輕鈣、重鈣、石英粉等無機(jī)非金屬礦物填料；比表面積達(dá)到3000 m2/kg并改性后，可替代納米鈣、高嶺土、滑石粉等無機(jī)非金屬礦物填料；比表面積達(dá)到4000 m2/kg并改性后，可替代炭黑、白炭黑。

3.2 提升電廠固廢資源中脫硫石膏的二次利用程度

煤炭資源是我國火力發(fā)電的主要能源之一，它主要是早期生物、植被掩埋而自然形成的固態(tài)可燃性資源。在燃燒的過程中，煤炭能夠提供穩(wěn)定的熱能供應(yīng)，但由于其中含有硫元素，燃燒時(shí)其會(huì)生成二氧化硫。通常，人們采用濕法脫硫技術(shù)和裝備來減少二氧化硫的排放，因此產(chǎn)生了濕法脫硫的副產(chǎn)品，即脫硫石膏。

當(dāng)前，我國電廠在發(fā)電的過程中會(huì)產(chǎn)出大量脫硫石膏，脫硫石膏與天然石膏煅燒后得到的熟石膏在凝結(jié)特性與物理特上極為類似，可以用脫硫石膏代替熟石膏，使其廣泛應(yīng)用于建材、建筑、裝修等領(lǐng)域。脫硫石膏應(yīng)用于建材領(lǐng)域，可以生產(chǎn)水泥、石膏砌塊、加氣混凝土、空心條板、石膏板、石膏隔聲板等；應(yīng)用于建筑工程，可以替代部分水泥用于澆筑發(fā)泡混凝土，制作干粉砂漿、砌筑砂漿、抹灰砂漿、地坪砂漿等；還可應(yīng)用于建筑裝修，作為粉刷石膏、抹灰石膏、自流平石膏、嵌縫石膏、石膏黏結(jié)劑等。另外，人們正在積極開發(fā)脫硫石膏的其他利用途徑，如生產(chǎn)高強(qiáng)石膏。高強(qiáng)石膏現(xiàn)在廣泛用于配制自流平石膏材料，也常用來制作陶瓷模具，還被用于制作牙模、吸塑模具、各種金屬鑄造模具、玻璃模具等。電廠固廢資源中脫硫石膏的二次利用，有利于改變因無法利用而四處堆放、占用土地、污染環(huán)境的狀況；同時(shí)減少天然石膏采掘，保護(hù)環(huán)境和不可再生的自然資源。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我國各行各業(yè)對(duì)電能的需求量不斷增長，這就使得電廠固廢資源的產(chǎn)量不斷上升。要想實(shí)現(xiàn)資源的高效運(yùn)用，人們就應(yīng)當(dāng)從節(jié)能減排角度出發(fā)，更為深層次地認(rèn)識(shí)到電廠固廢資源開發(fā)利用的重要意義，精準(zhǔn)控制電廠固廢資源中廢棄物的產(chǎn)量。同時(shí)，人們要探尋電廠固廢資源的有效利用途徑，對(duì)其開展系統(tǒng)化管理，健全固廢資源處理規(guī)章制度，構(gòu)建出更具實(shí)際運(yùn)行效益的管理系統(tǒng)，從而提升固廢資源的利用效率。當(dāng)前，我國在電廠固廢資源處理的過程中還存在不少問題，相關(guān)人員要不斷探索，以實(shí)現(xiàn)電廠固廢資源的高效利用。

參考文獻(xiàn)

1 慶承松，任升蓮，宋傳中.電廠粉煤灰的特征及其綜合利用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，（4）：529-533.

2 林介東，莫乾凱，江潮全.電廠粉煤灰綜合利用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].中國能源，2002，（4）：36-39.