燃煤电厂粉煤灰综合利用分析

孟宪彬，李明君，丁国光，付 铁，丁 宁

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，北京 100011)

燃煤电厂粉煤灰综合利用分析

孟宪彬，李明君，丁国光，付 铁，丁 宁

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，北京 100011)

近年来，国家为了推动资源的综合利用，提高资源利用效率，发展循环经济，颁布了一系列推动循环经济的政策。大中型燃煤发电厂是固体废物产生的大户，每年产生大量的粉煤灰，并且有逐年增加的趋势，这些固体废物若弃之不用，不但占用土地而且浪费资源，而且会对环境产生极大的污染，所以发展大中型燃煤发电厂粉煤灰综合利用工程十分必要。介绍了国内外粉煤灰综合利用现状以及当前粉煤灰综合利用的途径，简单说明了粉煤灰综合利用的情况，并结合华北地区的某燃煤发电机组的粉煤灰利用工艺，对粉煤灰的综合利用技术进行细化地分析。

燃煤电厂；粉煤灰；综合利用

0 引言

燃煤发电厂的固体废物主要是粉煤灰。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中捕收下来的细粉，一般为银灰色或灰色，颜色较黑的粉煤灰含碳量较高，粗颗粒所占的比例较大。长期以来，国家为了推动资源的综合利用，提高资源利用效率，发展循环经济，颁布了一系列推动循环经济的政策。在分析了我国粉煤灰综合利用发展情况的基础上，国家发改委等十部门联合颁布了《粉煤灰综合利用管理办法》，新建和扩建燃煤电厂，项目可行性研究报告和项目申请报告中须提出粉煤灰综合利用方案，明确粉煤灰综合利用途径和处置方式，遵循"谁生产、谁治理、谁利用、谁受益"的原则。近年来，我国的发电能力连年增长，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量也在逐年增加。如果不对粉煤灰加以处理，一旦排放到环境中，将会对水，空气、土壤造成不同程度的污染和破坏，同时对生物体也产生极大危害[1]。

目前，我国的综合利用率较低。要在十二五期间大力推行粉煤灰的有效、综合利用技术是建设资源节约型环境友好型社会的要求[2]。因此，需要分析研究粉煤灰的应用现状，促进粉煤灰的进一步开发应用。

1 国内外粉煤灰利用情况

1.1国内粉煤灰利用现状

中国2010年粉煤灰产生量约4.5亿t，“十二五”期间，随着我国燃煤电厂的发展，粉煤灰产生量还将大幅增加，预计，到2020年中国粉煤灰排放量将达到9亿t[3]。

中国粉煤灰的综合利用长期以来一直受到国家的高度重视，近年来取得较大成就。归纳起来，粉煤灰主要应用于建材、建工、筑路、回填、农业及资源回收等方面。建材制品方面的应用主要有：混凝土砌块和小型空心砌块、加气混凝土砌块及板材、替代粘土做水泥原料等，此类用灰量约占粉煤灰利用总量的35%左右；道路工程方面主要有：粉煤灰沥青混凝土、护堤工程等，此类用灰量约占粉煤灰利用总量的20%左右；建设工程方面主要有：大体积混凝士、泵送混凝土、灌浆材料等，此类用灰量约占粉煤灰利用总量的10%左右。

1.2国外粉煤灰综合利用情况

世界各国的粉煤灰排放量都呈逐年增加的趋势，但是粉煤灰的利用率保持在较低水平。欧洲煤炭燃烧产物协会(ECOBA )所属会员国家排放的粉煤灰达3714万t 仅利用了其中的48%[4]。印度每年排放超过1亿t粉煤灰，其利用率低于20%。日本粉煤灰的利用率较高，主要应用于建筑材料、土木工程、农业环保等领域，但以粉煤灰为原料制水泥、混凝土等建筑材料的比例较大。日本在开发粉煤灰的其他领域用途也出现新的进展,如农业及环保、融雪剂、炼铁等，利用比例超过10%[5]。

2 粉煤灰综合利用途径

2.1建筑及高分子材料的改进

2.1.1 粉煤灰制砖

以质量分数为20%～70% 的粉煤灰代替粘土制作粉煤灰烧结砖，可节约土地资源。目前已开发出利用82%～90% 的自燃煤矸石与粉煤灰工业废料生产的复合双免砖[6]、粉煤灰彩色地面砖等品种，这种新型的砖具有质量轻、性能优良、节能环保的特点，适用于大型建筑，特别是高层建筑[7]。

2.1.2 生产水泥

粉煤灰的化学成分与粘土相似，因此可代替粘土生产水泥。另外，用粉煤灰作混合材料还可制成粉煤灰水泥，由于其具有较好的耐腐蚀性、抗渗性和干缩性较小等特点，可用于抗裂性、耐腐蚀性要求较高的海事工程、水利工程等[8]。

2.1.3 改性高分子材料

粉煤灰填充聚烯烃产品如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯塑料制品，可不同程度改善其性能。采用铝酸酯活化处理风选粉煤灰微珠，可大大增加粉煤灰微珠与酚醛树脂的相容性，从而提高微珠酚醛复合材料的力学性能，制造成本大幅下降[9]。经过分级处理后的粉煤灰可作为矿物填料，用作带颜色的结构涂料。

2.1.4 在材料方面的应用新进展

以粉煤灰，氧化钙及其他辅料为原料，加热熔融可以制成粉煤灰纤维，将其与有机植物纤维混合进行造纸。另外，粉煤灰纤维织成布可代替玻璃纤维布生产玻璃钢[10]。以废玻璃和粉煤灰为主要原料可制备出性能优良的粉煤灰泡沫玻璃，具有轻质、高强、防火、无毒、无放射性、耐腐蚀等优点[11]。

2.2筑路

由于粉煤灰自身质量轻，在工程上用来填筑，可以最大程度地提高稳定性，减少沉降，抗震性能好。在道路施工过程中，粉煤灰可代替一些基底材料填充路基，提高路堤的稳定性；由于粉煤灰的火山灰特性，结合有一定级配的砂砾或碎石在一定条件下可形成类似混凝土或碾压混凝土的半钢性板体结构，是路面良好的承重层[12]。

2.3农业

2.3.1 促进农作物生长

粉煤灰含有N，P，K，Mg等植物所需的元素，通过技术加工可制成肥料，提高农作物产量，尤其对豆科作物，可明显增强其固氮能力。另外，粉煤灰还能明显提高农作物对麦锈病、稻瘟病、大白菜烂心病和果树黄叶病等的抗病能力。在寒冷地区，粉煤灰还可用于覆盖小麦、水稻育秧[13]。

2.3.2 渔业

利用粉煤灰与碱渣代替水泥制作人工鱼礁，通过实验分析发现，制作的人工鱼礁不仅具有较高的抗压强度，且对海水无污染，造价低[14]。

2.4环境保护

2.4.1 治理废水

粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大，含有SiO2，Al2O3，CaO 等活性基团，具有物理和化学吸附能力，在一定条件下，可以和废水中的有害物质发生反应，产生絮凝沉淀。粉煤灰的改性主要是对粉煤灰进行物理的或化学的处理，以改变粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面积，提高其吸附性能。改性粉煤灰在处理染料、含酚废水和含磷废水等方面效果显著[15-17]。

2.4.2 治理废气

粉煤灰在干式脱硫装置中可以很好地吸附废气中的SO2。粉煤灰中含有的未燃烧的碳可以活化吸附废气中的NOx和汞蒸汽，废气中的甲苯、二甲苯、芳香烃等有机成分在一定条件下也可用粉煤灰吸附处理。另外，粉煤灰中含有CaO，MgO，Fe2O3和Na2O 等金属氧化物，其水溶液呈碱性，可以用于对SO3，NOx的烟尘处理。

3 实例分析

3.1华北地区某机组概况

选取华北地区近年来投产的机组灰渣综合利用情况进行分析。机组为2×1000MW超超临界燃煤机组，并同步建设石灰石-石膏湿法脱硫装置、SCR脱硝设施，该火电厂为国家循环经济的示范项目。设计阶段拟选取两个煤种，灰成分分析见表1。

表1 设计阶段煤种的灰成分分析 %

该组燃煤发电厂厂内采用灰渣分除，干式除灰渣工艺，以满足其综合利用的条件。除灰渣系统采用预留综合利用接口的方式，可保持灰的原有特性，有利于综合利用。

3.2机组粉煤灰综合利用情况

该电厂为满足火电厂固体废物资源综合利用，提高资源利用效率，发展循环经济的国家政策，配套建设30万m3/a加气混凝土砌块工程。

生产粉煤灰加气混凝土砌块所用各种原料(粉煤灰、水泥，生石灰、石膏、铝粉膏等)，各自通过料仓或储罐下的出料、输送设备及阀门的控制，按一定的配比加料、搅拌及浇注整个周期大约6～7min。经初凝、脱模、切割后的坯体在翻转台上进行翻转，以去除产品底层废料。切割机切割下来的边角余料经废浆搅拌机搅拌制浆，达到工艺要求时，泵送至厂内废浆储罐内贮存用于生产。目前粉煤灰综合利用售价为以15元/t，该机组年产粉煤灰108万t ，可实现年经济效益1620万元。

4 结语

我国的粉煤灰综合利用水平与发达国家存在很大的差距，在国家政策和法规的支持下，在“十二五”期间大力推行粉煤灰的有效、综合利用技术是建设资源节约型环境友好型社会的要求，充分体现了循环经济的要求。我国粉煤灰综合利用途径主要有建材制品、道路工程、建设工程、农业工程、环境保护工程等。利用粉煤灰生产加气混凝土砌块代替实心粘土砖，具有保护耕地、节约能源、利用废渣、治理环境污染、改善建筑功能等重大社会效益。同时有着良好的市场前景，并享受国家的税收优惠政策，将产生很好的经济效益。

[1]孙建卫,刘海增,闵凡飞.粉煤灰综合利用现状[J].洁净煤技术,2011, 17(1):1.

[2]卡哈尔·艾买提. 浅谈粉煤灰有效、综合利用及发展建议[J].中国西部科技, 2010(4): 14-15.

[3]吴元锋,仪桂云,刘全润,等.粉煤灰综合利用现状[J].洁净煤技术,2013,19(6): 100.

[4]Snigdha S, V Idya S B. Analys is of fly ash heavy metal content and disposal in three thermal power plants in India[J].Fuel,2006(85): 2676-2679.

[5]唐宇香,陈文恩.中日粉煤灰综合利用比较研究[J].安徽农业科学,2010, 38(36):1.

[6]郭建明,毕云峰,黄爱悦,等.自燃煤矸石与粉煤灰复合双免砖的研制[J].煤炭科学技术,2000,28 (10): 32-34.

[7]潘 钟,罗津,薛姗姗,等.粉煤灰利用的回顾与展望[J].环境卫生工程,2008,16(1):19-22.

[8]李玉霞,韩芙莲,崔金凤.粉煤灰资源化综合利用探讨[J].山西建筑, 2008,34(7): 196-197.

[9]张金山,刘 烨,王林敏.我国粉煤灰综合利用现状[J].西部探矿工程, 2008(9): 215-216.

[10]史振萍,孟俊焕.粉煤灰纤维的生产及应用[J].粉煤灰, 2008(2): 41-43.

[11]姜晓波.粉煤灰泡沫玻璃的研究[J].天津职业院校联合学报, 2008,10(2): 36-38.

[12]初卫星,赵臣杰,孙连花.粉煤灰利用的最佳方式[J].环境科学与管理, 2007,32(11): 70-71.

[13]郭艳玲.粉煤灰的性质及综合利用分析[J]. 煤,2008,17(1): 43-54.

[14]刘秀民,张怀慧,罗迈威.利用粉煤灰和碱渣制作人工鱼礁的研究[J].建筑材料学报,2007, 10 (5): 622-626.

[15]曹书勤,夏新奎,肖 伟,等. 改性粉煤灰对亚甲蓝的吸附及再生性能研究[J].非金属矿,2010,33(1): 64-66.

[16]Sharan R,Singh G,Gupta S K. Adsorption of phenol from aqueoussolution onto fly ash from a thermal power plant[J].AdsorptionScience & Technology,2009,27(3):267-279.

[17]王丽娟,惠晓梅,赵 亮,等.山西省粉煤灰综合利用现状分析和发展建议[J].电力科技与环保,2016,32(4):41-42.

Analysis of ash and slag's comprehensive utilization of coal-fired power plant

Recently, government promulgation a series of push circulation economy of policy, for pushing comprehensive utilization of the resources, developing circulation economy, raise the efficiency of the using resource. Big and medium-sized coal-fired power plant produce lots of ash and slag and increases year by year. If these solids discard is thrown, not only wasting the resource but also pollution the environment. So it is very important for the big and medium-sized coal-fired power plant to develop comprehensive exploitation of ash and slag. First of all, the present domestic and foreign condition of ash and slag comprehensive utilization and the way of ash and slag comprehensive utilization is introduced. Finally, ash and slag comprehensive utilization is analyzed, combining a North China's coal-fired power plant.

coal-fired power plant;ash and slag;comprehensive utilization

X701.2

：B

：1674-8069(2017)04-050-03

2016-12-01；

：2017-02-19

孟宪彬(1984-)，男，北京人，工程师，主要从事火电厂环境保护。E-mail：greatwfe@126.com