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火电厂固体废弃物的资源化综合利用策略研究

北极星大气网  来源:《节能与环保》  作者:侯晓涛  2020/6/2 9:26:36  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:脱硫技术 固体废弃物 火电厂

北极星大气网讯:摘 要:将火电厂固体废弃物视作资源,用于其他行业的生产建设,实现“变废为宝”,已经逐渐形成主流思维。本文对火电厂固体废弃物的产生及分类进行了介绍,结合传统处理方式的弊端及当代处理遵循的原则,以粉煤灰、脱硫石膏为例详细阐述了其资源化综合利用方式,并对如何形成“产业链”进行了分析。

关键词:火电厂;固体废弃物;资源化综合利用;产业链;变废为宝

1 引言

火力发电厂使用煤炭、石油、天然气等人们熟知的能源,通过一系列过程,将能源本身蕴含的能量依次转化为热能、动能、电能,进而供应给广大用户。经过燃烧的能源产生的固体废弃物,如果不能进行有效处理,必然对自然环境造成极大的破坏。以之为原材料,进行资源化综合利用符合可持续发展的思想观念。

2 火电厂固体废弃物的产生及分类

一般来说,火电厂的固体废弃物主要产生于火电(只燃烧煤炭)模式,即煤炭经过高温燃烧后,其内蕴含的能量得到释放,形成一种与火山灰质成分相近的混合型“废弃物”,包含粉煤灰、煤渣、碎屑等。在过去很长一段时间内,由于燃烧充分程度不足,固体废弃物内残留大量的硫元素及含硫化合物,如果将之直接排放到自然环境中或是应用于其他行业建设,必然在大范围内造成硫污染;如果由火电厂进行脱硫处理,则需要投入极高的成本,从而降低利润。近年来,随着脱硫技术的不断升级,加之思路的转换,结合流态化技术将固体废弃物进行脱硫处理后,能够形成一种脱硫石膏,不仅能够直接应用于加工建设,还极大地降低了矿石膏开采量,有效保护了自然资源。而粉煤灰经过转化,可以起到代替水泥的作用。现代火电厂固体废弃物资源化综合利用的主要原材料即为粉煤灰和脱硫石膏,如表1所示,为粉煤灰的分类及其性状;如表2所示,为脱硫石膏的性状及成分分析。

表 1 粉煤灰分类及性状

1.png

表 2 脱硫石膏性状及成分分析

2.png

3 我国对火电厂固体废弃物的传统处理方式及当代原则

传统的火电厂固体废弃物处理方式为填埋及露天堆放,不仅会占用大量珍贵的土地资源,而且煤灰中残留的含硫化合物等具备毒性和污染性的物质,会逐渐流向地下土层,造成严重的污染并逐渐扩散,最终导致生态环境遭到毁灭性打击。基于此,如何处理火电厂固体废弃物,学术界的专家和政府部门经过了反复商讨,得出如下结论:第一,处理。对固体废弃物必须做出无害化处理,此举是一切的前提,未经处理的废弃物不能转移到任何地方;第二,处置。根据一定的原则将经过处理废弃物运送到指定地点,中途必须保证安全,避免出现遗失、泄漏等现象;第三,综合化利用。根据可持续发展理念,将经过处理的废弃物应用于工业生产建设或其他可以得到有效利用的行业;暂时无法利用的,则适用于第二条原则。总结其原理,即物质回收(可利用物质回收)、物质转换、能量转换。

4 火电厂固体废弃物的资源化综合利用策略分析

4.1粉煤灰的资源化综合利用方式

经过对粉煤灰化学成分的分析可知,其内部含有的二氧化硅含量占比至少为40%,多者可达65 %;三氧化二铝含量至少在15%,多者可达40%。综合来看,粉煤灰中此两种化合物整体占比至少为70%,且仍然具备一定的活性,经过技术处理之后,能够将之转化为符合工业需求的建筑原材料,从而加以利用。

在水泥材料的生产过程中,经常需要添加黏土,而使用粉煤灰,可以起到很好的代替作用,不仅能够降低黏土消耗量,还能够充分运用其中残余的炭,从而降低生产过程中的燃料消耗数量。根据粉煤灰内部化合物含量的不同,最终可以生成硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及粉煤灰硅酸盐水泥。将三者对比之后可以发现,粉煤灰硅酸盐类型的水泥抵御硫酸盐侵蚀的能力最强,且遇水后产生反应释放出的热量非常低。此外,粒度大、活性强且含碳量不高的粉煤灰性能良好,非常适合应用于民用、工业建筑、体积较大的水上混凝土工程、地下及水下混凝土工程等。

经过大量混凝土配比试验可知,在 1m3的混凝土中,加入50kg~100kg 的粉煤灰硅酸盐水泥,与同等质量的普通水泥性能无明显分别。经过脱硫处理的粉煤灰,还可以与生石灰、水泥、石膏、铝粉等混合到一起,加水搅拌成浆之后,将之注入特定的模具,进而蒸制成一种新型建筑材料,其质量较轻、多孔,除了具备一定的强度之外,还拥有极强的防火和绝热性能,其质地相对柔软,适用于多种加工方式。

4.2脱硫石膏的资源化综合利用方式

脱硫石膏的制作过程,不仅能够对煤炭残渣中的含硫化合物进行良好处理,还能完美利用煤炭资源燃烧过程中产生的SO2,将之转变为不具备毒性、污染性的硫酸根离子。此种充分运用化学反应的处理方式值得推广。首先,使SO2与水反应,得到H2SO3,之后经过氢离子提取、氧化反应,得到HSO4-离子;其次,进一步提取氢离子,得到“十净的”SO42-硫酸根离子;最后,使残渣中游离的钙离子、碳酸根离子、氢离子、硫酸根离子与水进行反应,最终生成脱硫石膏,即CaSO42H2O,同时产生无毒的二氧化碳。在此过程中,任何游离状、具备毒性的硫酸根离子均被转化为固态无毒性的硫酸钙。根据精确计算,每产生2.7吨的脱硫石膏,只需要消耗1吨的二氧化硫,因此在处理过程中,无需担忧具备毒性的含硫化合物仍有残余的问题。脱硫石膏与天然石膏相比,无论是水化动力性能、凝结特征,还是物理性能均无明显差别,且不具备任何放射性,能够完全替代天然石膏的作用。

4.3火电厂固体废弃物的资源化利用“产业链”实践分析

在传统的观念中,对火电厂固体废弃物进行有效处理,已经耗费相关企业“九牛二虎之力”,在此过程中如果能够降低成木支出,将会是“突破性”进展。而在当代经营理念中,“变废为宝”不再是幻想,运用“石灰石一石膏湿法”对固体废弃物进行处理,得到的脱硫石膏以及运用水泥、混凝土加工法生成的粉煤灰硅酸盐水泥,可以作为高性能产品输送到建材市场。特别是脱硫石膏,其产量多、品质高,市场需求量极大,无须担心“无人问津”。如某火电厂完成每年的火力发电任务时,产生的粉煤灰数量达到60万吨,经过处理、转化之后,能够得到10万吨的粉煤灰硅酸盐水泥以及20万吨的脱硫石膏。除去转化过程中变为气体的部分,最后剩余的废弃物渣滓均为无毒无害物质,排放到自然界后,不会造成任何污染。在该火电厂周围,拥有数家建材公司,能够对此二种原材料实现迅速收购,形成“火电厂一建材企业一市场”的稳定供应,根据年终核算,由固体废弃物转换获得的经济收入超过5000万元,同时为建材市场节省普通水泥物料成木达500万元,真正实现了“变废为宝;

5结束语

火电厂发电的过程,是通过化学方式实现能量的转换。基于此,在进行固体废弃物处理时,也应该以化学思维作为切入点,详细分析并精确计算废弃物中化学元素的含量占比,根据具体数据,制定出有效的资源化综合利用方案。此举不仅有益于保护生态环境,降低废物处理成木的同时还能够增加额外的收入,可谓“一举两得”。


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