从节能减排出发谈电厂固废资源的开发利用

范艳兵

（太原锅炉集团环境工程有限公司，太原 030008）

当前，火电厂发电需要消耗大量煤炭等化石类能源，这是化石类能源消耗的主要方式之一。随着我国化石类能源开采成本与使用成本的提升，如何降低化石类能源损耗，提升电厂固废资源的使用效率和利用程度成为我国电厂工作人员关注的重点。本文将从电厂固废资源的主要构成解析入手，浅谈电厂节能减排的主要措施，探究如何提升电厂固废资源的利用效率。

1 电厂固废资源的主要构成解析

1.1 电厂生产中如何定义固废资源

电厂固废资源主要指的是电厂在发电过程中所产生的不具备原有固定价值的固体或半固体物品，其主要成分为煤炭燃烧所产出的废弃物，这种废弃物主要由粉煤灰和脱硫石膏构成。由于粉煤灰和脱硫石膏不再具备煤炭的性能，其成为电厂固废资源，但是粉煤灰、脱硫石膏是电厂固废资源中具备加工利用价值的废弃物。因此，从节能减排的角度出发，要想提升电厂固废资源的利用效率，首先就应当从电厂固废资源的构成入手，了解粉煤灰和脱硫石膏的构成与性质，掌握电厂节能减排的措施，进而构建更具针对性的电厂固废资源二次利用方式。

1.2 电厂固废资源中粉煤灰的主要构成解析

粉煤灰的主要成分与电厂所使用的煤炭成分、煤炭的粉碎程度、煤炭的燃烧方式有直接的联系，因为粉煤灰是煤炭燃烧后的直接产物。从粉煤灰的化学成分来看，粉煤灰主要由二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、碳构成，此外还含有少量的磷、硫、钾、镁等化合产物以及部分微量元素[1]。在详细划分粉煤灰种类时，通常将粉煤灰中氧化钙的占有比例高低作为其划分标准。如果粉煤灰中氧化钙的占比高于20%，则该类粉煤灰被称为高钙灰；如果粉煤灰中氧化钙的占比低于20%，则该类粉煤灰被称为低钙灰。从两种粉煤灰的性能来看，高钙灰的性能要比低钙灰性能优异。而粉煤灰中的二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、碳等物质的占比会在一定程度上影响粉煤灰的建筑用料质量。粉煤灰的活性主要是指粉煤灰在与石灰、建筑用水混合后所展现的凝结硬化性能。粉煤灰的物理形态主要呈现为灰色或白色粉状物，粉煤灰中含碳量的高低决定了其颜色，颜色越白、灰质越细，则粉煤灰质量越高。

1.3 电厂固废资源中脱硫石膏的主要构成解析

脱硫石膏是指煤炭资源燃烧后，运用脱硫技术来处理烟气而产生的固废资源。脱硫石膏又被称为排烟脱硫石膏、硫石膏，其主要成分与自然界中的天然石膏相同，脱硫石膏主要由硫酸钙构成，硫酸钙的二水化物被称为石膏。电厂固废资源中，脱硫石膏主要呈现为灰色、黄色颗粒，每个颗粒的粒径约为20 μm。脱离石膏中的杂质主要为灰尘、有机碳、碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅，以及三氧化硫、硫酸钠盐、硫酸镁盐、氯化物等可溶解性杂质[2]。

脱硫石膏是电厂固废资源的主要成分之一，我国当前大部分电厂在处理脱硫石膏的过程中大多采用就近填埋、露天放置、道路建设地基铺建等方式。该种处理方式不仅浪费土地资源，还会对电厂周边自然环境造成二次污染，没有将脱硫石膏的作用真正发挥出来，造成脱硫石膏电厂固废资源的浪费。这与我国绿色发展、节能发展的核心理念是相背离的。

2 当前我国电厂节能减排的主要措施

2.1 优化改良电厂设备，降低电厂资源损耗率

随着社会的发展，我国电能需求量不断提升，其间电厂发挥着十分重要的作用。在发电的过程中，电厂需要大量的设备支持，不可避免地会出现能源损耗。其中，电厂设备损耗占资源损耗的比例较高，因此要想提升电厂资源的技能性，降低污染物排放，就应当优化改良电厂设备。从电能损耗和节能减排方面来看，可以对电厂锅炉设备中的一次、二次风机、引风机、凝结水泵、循环水泵等设备进行变频升级，进而保障电厂运行过程中电力产出量与设备的实际运行状态之间更为流畅与平衡，进而避免低电能产出的过程中电厂设备高负荷运行，这样可以节约电能，降低设备的损耗率。从水资源的节能减排来看，要想提升水资源的利用效率，就应当从水资源的回收利用入手，做好水资源的二次回收、净化、使用。从节油角度来看，要想提升油资源的节能性与减排效应，应当改进油点火程序，例如，等离子点火技术和微油点火（气化小油枪）技术在锅炉点火和稳燃过程中的应用，降低了燃料成本与燃油浪费。从热能的二次利用角度来看，电厂应当从冷渣机与烟道低温省煤器两大设备入手，升级改造这两大设备，回收炉渣与烟气中的热能，进而提升能源的使用效率。

2.2 重视水资源的二次利用、收集处理

水资源是人类赖以生存的基础资源，我国幅员辽阔，地理环境复杂多变，不同地区的水资源存储量有着十分明显的差异。由于历史原因，我国在初期发展的过程中过于注重生产力的提升，不注重对周边自然环境的保护，当前我国部分企业在运营中依旧会肆意排放污染物，使得周边水资源被污染。电厂在运行的过程中对外排放用水主要可以分为冷却用水、生活污水、灰渣处理用水、生产用水等。要想提升水资源的利用效率，就应当注重污水的二次回收利用与处理。我国大部分电厂已经认识到水资源二次回收利用的重要性，采用许多措施来提高水资源的利用效率。例如，回收冷却水并等待冷却水自然降温之后再次使用。但是，多次使用的冷却水中会含有较多的悬浮固体，可以通过过滤的方式来净化冷却水。电厂生活污水主要来源于电厂工作人员的生活废弃用水，通常该种污水的处理方式主要为静置沉淀，并将其排放至市政污水管道由市政部门进行污水处理。

3 从节能减排角度出发，如何提高电厂固废资源的利用效率

3.1 提升电厂固废资源中粉煤灰的二次利用程度

当前，我国火力发电站在发电的过程中主要消耗煤炭资源，煤炭经过机械粉碎成煤粉，煤粉为电厂发电的主要原料。煤粉在燃烧的过程中会产生大量粉尘，粉尘主要经由烟气排放管道排除，再经除尘设备收集成为粉煤灰。随着我国火电厂数量的不断增多，电厂排放与收集的粉煤灰数量与日俱增。从当前电厂固废资源中的粉煤灰二次处理与利用来看，我国粉煤灰利用方式主要有以下几种。

3.1.1 水泥制造

粉煤灰的主要成分为二氧化硅与三氧化二铝，二氧化硅与三氧化二铝占比分别在50%与30%，由于其主要构成成分的特性，粉煤灰具有一定的物理活性与化学活性，可以运用到水泥等建筑材料制造行业中。在烧窑的过程中，粉煤灰对燃料的用量要求较低，在短时间内即可实现固态至液态的转变，粉煤灰的利用能够在很大程度上加快熟料矿物的产出。相关试验表明，在熟料矿物产出的过程中，添加粉煤灰来替代黏土能够增加产出量，并可节约15%左右的燃料。

3.1.2 新型墙体材料

粉煤灰可以用来制作新型墙体材料，如粉煤灰加气混凝土、粉煤灰混凝土空心砌块、水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块、粉煤灰混凝土路面砖、粉煤灰陶粒及混凝土制品、粉煤灰混凝土轻质隔墙板等。由于粉煤灰加气混凝土建筑材料具有质量轻、相对强度高、隔热性能好、防火性强、生产难度低等特点，当前粉煤灰在我国建筑建设中应用越来越广泛。

3.1.3 高价值组分的提取

人们可以提取粉煤灰中的高价值组分，如常规铁、氧化铝、碳等的提取，镓、锗、硒等稀有金属元素的提取，锂、钒、镍等能源金属元素的提取，稀土金属的提取。

3.1.4 粉煤灰分选和磨细后的使用

从粉煤灰中分选出的Ⅰ、Ⅱ级灰，可以大量应用于商业混凝土中。如果粉煤灰经磨细后比表面积达到700 m2/kg，这种超细灰可以大量用于制作水泥、商业混凝土，同时可以部分替代硅灰等外加剂，用于制作绿色高性能混凝土、混凝土管桩预制件等。

3.1.5 化工填料

粉煤灰超细磨后可以用作化工填料，例如，粉煤灰经超细磨后比表面积达到2000 m2/kg并改性后，可替代轻钙、重钙、石英粉等无机非金属矿物填料；比表面积达到3000 m2/kg并改性后，可替代纳米钙、高岭土、滑石粉等无机非金属矿物填料；比表面积达到4000 m2/kg并改性后，可替代炭黑、白炭黑。

3.2 提升电厂固废资源中脱硫石膏的二次利用程度

煤炭资源是我国火力发电的主要能源之一，它主要是早期生物、植被掩埋而自然形成的固态可燃性资源。在燃烧的过程中，煤炭能够提供稳定的热能供应，但由于其中含有硫元素，燃烧时其会生成二氧化硫。通常，人们采用湿法脱硫技术和装备来减少二氧化硫的排放，因此产生了湿法脱硫的副产品，即脱硫石膏。

当前，我国电厂在发电的过程中会产出大量脱硫石膏，脱硫石膏与天然石膏煅烧后得到的熟石膏在凝结特性与物理特上极为类似，可以用脱硫石膏代替熟石膏，使其广泛应用于建材、建筑、装修等领域。脱硫石膏应用于建材领域，可以生产水泥、石膏砌块、加气混凝土、空心条板、石膏板、石膏隔声板等；应用于建筑工程，可以替代部分水泥用于浇筑发泡混凝土，制作干粉砂浆、砌筑砂浆、抹灰砂浆、地坪砂浆等；还可应用于建筑装修，作为粉刷石膏、抹灰石膏、自流平石膏、嵌缝石膏、石膏黏结剂等。另外，人们正在积极开发脱硫石膏的其他利用途径，如生产高强石膏。高强石膏现在广泛用于配制自流平石膏材料，也常用来制作陶瓷模具，还被用于制作牙模、吸塑模具、各种金属铸造模具、玻璃模具等。电厂固废资源中脱硫石膏的二次利用，有利于改变因无法利用而四处堆放、占用土地、污染环境的状况；同时减少天然石膏采掘，保护环境和不可再生的自然资源。

4 结语

随着我国经济水平的不断提升，我国各行各业对电能的需求量不断增长，这就使得电厂固废资源的产量不断上升。要想实现资源的高效运用，人们就应当从节能减排角度出发，更为深层次地认识到电厂固废资源开发利用的重要意义，精准控制电厂固废资源中废弃物的产量。同时，人们要探寻电厂固废资源的有效利用途径，对其开展系统化管理，健全固废资源处理规章制度，构建出更具实际运行效益的管理系统，从而提升固废资源的利用效率。当前，我国在电厂固废资源处理的过程中还存在不少问题，相关人员要不断探索，以实现电厂固废资源的高效利用。

参考文献

1 庆承松，任升莲，宋传中.电厂粉煤灰的特征及其综合利用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2003，（4）：529-533.

2 林介东，莫乾凯，江潮全.电厂粉煤灰综合利用技术的现状及发展方向[J].中国能源，2002，（4）：36-39.