燃煤固廢資源化利用技術(shù)

燃煤固廢資源化利用技術(shù)

0燃煤電廠cfb中國(guó)的煤礦氣基地是在煤炭基地的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它通常遠(yuǎn)離大城市，位于煤礦和城市，具有特殊的地理?xiàng)l件。煤炭基地的固廢物主要有煤矸石、煤泥等。煤矸石的產(chǎn)出量2010年5億t左右,利用量約3.5億t。高熱值煤矸石用來(lái)發(fā)電;低熱值煤矸石制磚及燒制水泥,并作為礦區(qū)塌陷復(fù)墾的回填物。煤泥用于發(fā)電,利用率達(dá)98%以上。自上世紀(jì)70年代開(kāi)始,一些煤礦建成了一批沸騰爐及循環(huán)流化床(CFB)電廠,產(chǎn)出了CFB灰,給礦區(qū)帶來(lái)新的污染。1998年1月12日,國(guó)務(wù)院《關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關(guān)問(wèn)題的批復(fù)》國(guó)函5號(hào)文第四條規(guī)定:“除以熱定電的熱電廠外,禁止在大中城市城區(qū)及近郊區(qū)新建燃煤火電廠”。自此,我國(guó)大批燃煤電廠皆新建在我國(guó)22個(gè)大中型煤電基地內(nèi)。其中既有特大型煤粉爐電廠(PC鍋爐),又有容量不等的中小型低熱值燃煤循環(huán)硫化床鍋爐電廠(CFB),而且CFB電廠因其獨(dú)特的燃燒優(yōu)勢(shì)每年以10%~20%的速度增長(zhǎng)。鍋爐因燃燒工藝差別大,產(chǎn)出的粉煤灰品種多、物性差別很大;電廠脫硫后還產(chǎn)出脫硫石膏和脫硫灰渣,再加上煤矸石、煤泥等,煤電基地成了我國(guó)固廢產(chǎn)出量最大、污染最嚴(yán)重的地區(qū),但也是燃煤固廢資源化最好的用武之地。在各類污染物中,燃煤的污染主要是煤煙氣(SO2以及NOx)、粉塵粒(各類粉煤灰)的污染,治理任務(wù)十分迫切。1中國(guó)煤礦氣田的固體殘?jiān)捌淅?.1火電站生產(chǎn)的幾種碳粉(1)cfb灰加脫硫相CFB鍋爐脫硫時(shí),產(chǎn)出CFB脫硫灰。此種灰系由CFB灰加脫硫相(CaSO4、CaO、CaCO3等)混合而成。其性能更不穩(wěn)定,同時(shí)出現(xiàn)水硬性、后期膨脹性等現(xiàn)象,利用較復(fù)雜。(4)我國(guó)粉煤灰的產(chǎn)出量此種灰多出現(xiàn)在燃用褐煤及次煙煤中。此灰也具水硬性及膨脹性。以上幾種粉煤灰在我國(guó)2010年的累計(jì)產(chǎn)出量已達(dá)6億t左右,其中CFB脫硫灰達(dá)1.2億t以上。我國(guó)目前粉煤灰的實(shí)際綜合利用率不到50%,主要堆積在煤電基地中。1.2脫硫石膏的應(yīng)用煤粉爐電廠濕法脫硫產(chǎn)出的脫硫石膏,2010年已達(dá)5000萬(wàn)t,目前僅利用了1500萬(wàn)t。脫硫石膏目前受市場(chǎng)需求量及銷售半徑的限制主要用于替代天然石膏作水泥緩凝劑、建材制品、醫(yī)用、模具及高強(qiáng)度特種石膏。當(dāng)煤粉爐電廠干法脫硫時(shí),產(chǎn)出亞硫酸鈣為主的脫硫灰渣,其產(chǎn)出量在我國(guó)有100萬(wàn)t左右,至今多為堆積處理。2電廠固廢資源整合現(xiàn)狀從粉煤灰資源化的發(fā)展來(lái)看,大型煤電基地形成前,礦區(qū)只有小型CFB電廠,大中型電廠大部分在城市。全國(guó)集中利用的是PC灰,實(shí)現(xiàn)了PC灰在建材制品、水泥生產(chǎn)、混凝土工程及個(gè)別生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的利用,奠定了粉煤灰的理論和應(yīng)用基礎(chǔ),成熟了粉煤灰利用中若干粉體技術(shù)及設(shè)備,貢獻(xiàn)是巨大的。這是第一個(gè)階段。隨著煤電基地的形成,各類電廠林立,燃煤固廢產(chǎn)出量大,新品種也越來(lái)越多。從體制上看,基地中有2/3左右國(guó)有電廠,實(shí)力較強(qiáng),規(guī)模大,人才雄厚,對(duì)燃煤固廢特性的研究相對(duì)較深,資源化率高;另有1/3左右的電廠隸屬煤礦、鋼鐵、化肥、金屬冶煉及大型私營(yíng)企業(yè),電廠規(guī)模較小、對(duì)燃煤固廢利用研究不夠、人才短缺,堆積現(xiàn)象嚴(yán)重。電廠若靠近大中城市,粉煤灰作為商品,運(yùn)輸及銷售半徑問(wèn)題不突出。電廠在基地,遠(yuǎn)離大中城市,資源化產(chǎn)品遇到了市場(chǎng)、運(yùn)距、二次污染、資源化過(guò)程中的節(jié)能壓力等。例如,當(dāng)前許多行業(yè)要求粉煤灰磨得越來(lái)越細(xì),設(shè)備從破碎機(jī)發(fā)展至管磨機(jī)?；业募?xì)度達(dá)到30μm以下,平均電耗分別為30~20kW·h/t(細(xì)度與能耗指數(shù)成反比上升),成本高達(dá)15~25元/t。巨大的能耗及高成本,多數(shù)企業(yè)無(wú)法接受。因此,如何在基地將電廠脫硫石膏、亞硫酸鈣及CFB脫硫灰利用好是當(dāng)前最迫切的問(wèn)題。這即進(jìn)入煤電基地固廢資源化的第二個(gè)階段。這兩個(gè)階段的區(qū)別在于,前階段主要研究的是以PC灰為代表的需經(jīng)過(guò)二次運(yùn)輸、二次加工的各種資源化技術(shù)。新階段的特征是除少數(shù)灰仍要經(jīng)二次加工利用外,多數(shù)應(yīng)直接利用原狀固廢,解決長(zhǎng)距離(超過(guò)20km)水平運(yùn)送及深井(>600m)垂直輸送問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)就地、就近、大用量、可持續(xù)、低成本的利用原則。這個(gè)階段并不排斥前階段已有的各項(xiàng)成果,而是應(yīng)用固廢品種更多、用量更大、成本更低、污染更小、更有利于煤電基地實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì),建設(shè)生態(tài)文明的新階段。3基地內(nèi)固廢棄物資源利用以PC灰為代表的固廢利用已有近60年的歷史。過(guò)去主要集中在建材及制品、建筑工程、道路工程、填筑材料、農(nóng)業(yè)工程及高附加值利用等方面。但我國(guó)煤電基地內(nèi)的總利用率不到產(chǎn)灰量的40%,大部分外銷了。我們認(rèn)為,煤電基地今后要認(rèn)真抓好基地內(nèi)各類礦山及城鎮(zhèn)化工程對(duì)固廢物的消納量(可消納總灰量的50%~70%),其作用和意義是特別巨大的。經(jīng)過(guò)十多年的研究與實(shí)踐,目前已探索出了燃煤固廢在煤電基地及農(nóng)村城鎮(zhèn)化過(guò)程中的一些用途。3.1煤基支護(hù)的復(fù)配方案我國(guó)有50%的煤自燃礦井。隨著開(kāi)采深度增加,將新增大批煤自燃礦井。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外多以黃泥漿為主體進(jìn)行煤自燃防治。今后,粉煤灰等固廢可以作為防滅火材料替代黃土。一個(gè)年產(chǎn)300萬(wàn)t的煤礦,年耗原狀灰約6萬(wàn)t以上(要加PCAS外加劑),一年可少挖0.4~0.5hm土地,節(jié)約黃土7~8萬(wàn)t。煤巖層被壓裂后的穩(wěn)定及加固支護(hù),需要在煤巖壁噴混凝土漿及充填護(hù)壁;煤礦使用沿空送巷、留巷工程,需要大量膠凝支護(hù)材料。固廢復(fù)配后可替代噴漿材料中的部分水泥(15%~30%)、砂石,滿足支護(hù)要求。一個(gè)年產(chǎn)200萬(wàn)t以上的中型煤礦至少年耗固廢約2萬(wàn)t以上(有的可達(dá)3~4萬(wàn)t)。另在礦井水患治理上,多種粉煤灰及脫硫石膏的復(fù)配物等可摻入混凝土中,改善防治效果、節(jié)約成本?；赜写罅靠?qǐng)鲆畛浜笊仙w建筑物,另地面有攔河壩、貯灰壩工程,井下有分層開(kāi)采、大型隔離墻及采空區(qū)充填等工程,皆可利用固廢復(fù)配物作為填充料,用量巨大。3.2煤石等駁岸開(kāi)采固廢的發(fā)展方向井下開(kāi)采時(shí)地表將塌陷,塌陷深度變化在煤層采厚的30%~70%之間。為了恢復(fù)地形地貌及土地利用,需要將塌陷地充填平整。當(dāng)?shù)V井采深超過(guò)600~800m進(jìn)入深部開(kāi)采時(shí),為了減少礦山壓力顯現(xiàn)的強(qiáng)度,減少?zèng)_擊地壓等危害;當(dāng)煤層處于河流和湖泊下、鐵路及重要公路下、城鎮(zhèn)及村莊下開(kāi)采時(shí),為了減少地表下沉危及地面地物的安全和減少對(duì)農(nóng)田的破壞,皆要求煤礦開(kāi)采時(shí)采取塌陷減沉措施。這些措施需要大量填料(如粉煤灰、水泥、砂子、煤矸石等)。特別是深井及“三下”開(kāi)采礦井。對(duì)復(fù)配固廢需要量將越來(lái)越多,所以此法是煤礦今后的技術(shù)方向,也是固廢重要的資源化方向。當(dāng)?shù)V井及基地充分利用塌陷地積水進(jìn)行景觀建設(shè)時(shí)需要大量材料造山、造人工景物。這些工程原來(lái)采用的是黃土、砂石,現(xiàn)在可以利用固廢作為復(fù)墾造地、滿足人工景觀需要的土石材料,節(jié)約了成本,減少了耕地挖掘和由此帶來(lái)的負(fù)面影響。以固廢作為回填及營(yíng)造材料必須對(duì)其進(jìn)行放射性、重金屬、痕量元素等的檢測(cè)和處理,確保對(duì)周圍環(huán)境及小流域內(nèi)的水源、空氣、環(huán)境不造成新的危害與污染。當(dāng)回填、營(yíng)造材料使用煤矸石和CFB粉煤灰時(shí),還要有防止煤矸石和高含碳(>12%)CFB粉煤灰自燃的措施(如添加PCAS-3等)。3.3復(fù)配、加加劑,制造“人造土壤”基地塌陷復(fù)墾面積大。在其上的農(nóng)、林種植,不能從外地搬運(yùn)黃土、熟土進(jìn)行。將固廢進(jìn)行復(fù)配,添加外加劑,制造“人造土壤”是可行的。徐州意創(chuàng)化工科技有限公司自2002年以來(lái)就先后在三個(gè)煤礦塌陷地、矸石山等地處,進(jìn)行了小范圍的農(nóng)、林、草種植,試種成功,有收獲。故是改善基地環(huán)境、改善工農(nóng)關(guān)系、建立和諧礦區(qū)的重要舉措。3.4產(chǎn)品容量問(wèn)題基地利用固廢生產(chǎn)各種建材,距電廠近,有電有過(guò)熱蒸汽可用,場(chǎng)地易解決,生產(chǎn)成本較低,具有一定優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)前生產(chǎn)建材,不是技術(shù)、設(shè)備問(wèn)題,主要是市場(chǎng)問(wèn)題,而是以廠為圓心,銷售半徑內(nèi)(20~50km)市場(chǎng)的容量問(wèn)題。因此,這要與當(dāng)?shù)毓こ?、鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化建設(shè)緊密結(jié)合起來(lái),做到此類產(chǎn)品可持續(xù)需求。建材項(xiàng)目選擇的順序以建粉煤灰砂漿廠→粉煤灰陶粒廠→粉煤灰加氣混凝土廠→各種粉煤灰磚廠為好,而且一個(gè)基地集中建1~2個(gè)廠足夠。煤電基地多地處鄉(xiāng)鎮(zhèn),其產(chǎn)出的燃煤固廢作為新農(nóng)村建設(shè)是很好地建材替代資源,在鄉(xiāng)鎮(zhèn)低等級(jí)公路建設(shè)上也大有用武之地,可一舉多得解決電廠、農(nóng)村、城鎮(zhèn)建設(shè)等多方面的問(wèn)題。3.5粉煤灰提取氧化鋁的項(xiàng)目這個(gè)問(wèn)題要依據(jù)固廢物的化學(xué)成分而定,是可遇不可求的。條件適合,如內(nèi)蒙古托克托電廠粉煤灰中含Al2O3量高達(dá)48%以上,投資興建了生產(chǎn)氧化鋁工程就有效益、可持續(xù)。中煤平朔20萬(wàn)t粉煤灰提取氧化鋁項(xiàng)目,投資8億元,于2011年11月份投產(chǎn)。對(duì)于提鐵、脫炭等工程也應(yīng)視條件而定,不可草率。粉煤灰在高分子制品中的應(yīng)用附加值較高,具有成為聚合物填料的潛質(zhì),但也存在一些問(wèn)題,如顏色、表面性能等方面。綜上所述,煤電基地燃煤固廢資源化要充分考慮每個(gè)基地電廠及產(chǎn)品自身的特點(diǎn),結(jié)合礦山在安全、生產(chǎn)及當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)城市化工程等方面的需要統(tǒng)盤考慮,滿足工程項(xiàng)目的功能要求。立足礦山,就地、就近、大用量、可持續(xù)、低成本、有效益地把多種固廢用于礦山及當(dāng)?shù)毓こ讨小?燃煤固廢利用的發(fā)展模式(1)在管理體制上,煤電基地中電廠、礦山及其他用灰企業(yè)核算單位不同,領(lǐng)導(dǎo)們對(duì)固廢資源化的重要性、價(jià)值及做法認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一?；貎?nèi)固廢的排放與利用各算各帳,沒(méi)有一個(gè)協(xié)調(diào)體制,阻礙了基地燃煤固廢資源化的工作。(2)由于地理位置不同,市場(chǎng)需求不同,當(dāng)?shù)乜萍及l(fā)展水平不同,煤電基地之間因區(qū)域不同,燃煤固廢資源化的發(fā)展及水平差別懸殊,好經(jīng)驗(yàn)、好項(xiàng)目難推廣。(3)電廠與上下游企業(yè)(如礦山等)脫節(jié),互不了解,電廠多在常見(jiàn)項(xiàng)目(如建磚廠等)上硬找出路,而對(duì)開(kāi)發(fā)燃煤固廢新功能,滿足礦山大量安全、生產(chǎn)項(xiàng)目方面努力不夠。礦山也很少認(rèn)真研究燃煤固廢的性能及應(yīng)用到礦山的可行性,許多工程仍在大量使用黃土、水泥、砂子,雙方皆缺乏創(chuàng)新意識(shí)。(4)基地中能溝通“排放、使用”燃煤固廢的復(fù)合型人才極缺,現(xiàn)有工作人員相關(guān)知識(shí)及溝通上下游產(chǎn)業(yè)的能力急待培訓(xùn)提高。目前,國(guó)內(nèi)在環(huán)保技術(shù)方面尚不成熟,工程總承包能力差。不能完善地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。缺乏可供成套設(shè)備、施工、安裝、調(diào)試和管理一條龍服務(wù)的工程公司,影響了資源化的總體效果。(5)面對(duì)燃煤固廢的新變化,國(guó)家有關(guān)支持利廢減排的政策,急待補(bǔ)充完善。同時(shí),有些地方政府未能較好執(zhí)行國(guó)家已制定的扶持政策,使用單位成本偏高,難以調(diào)動(dòng)使用的積極性。5解決合成灰的技術(shù)問(wèn)題(1)在煤電基地首先要提高認(rèn)識(shí),統(tǒng)一觀點(diǎn),建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)、規(guī)劃的機(jī)制。在國(guó)家政策上,對(duì)直接大量使用原狀燃煤固廢的支持獎(jiǎng)勵(lì)應(yīng)更高,讓產(chǎn)出單位、使用單位雙雙受益。(2)對(duì)處于不同區(qū)域的基地采取不同的方針、政策及做法。組織電廠、礦山等上下游企業(yè)與科研單位對(duì)接,集中力量研究基地內(nèi)礦山消納燃煤固廢的重大工程項(xiàng)目,搞好示范工程,解決燃煤固廢功能化問(wèn)題,滿足礦山工程需求。在技術(shù)上當(dāng)前要集中解決以下三大難題:①要下大力氣解決原狀固廢的功能化、產(chǎn)業(yè)化,確保直接利用原狀固廢的技術(shù)(如研制新的外加劑等)成功、成熟;②解決長(zhǎng)距離管道輸漿、解決深部礦井垂直輸送及高倍線充填的安全輸漿等問(wèn)題;③要深化PC灰、CFB灰及其與脫硫石膏的復(fù)配與功能化問(wèn)題,為固廢資源化提供支撐。(3)盡快解決基地人才建設(shè)問(wèn)題。建議某些高等院校設(shè)立相關(guān)專業(yè),培養(yǎng)這方面高層次人才。同時(shí),結(jié)合基地的實(shí)際情況培養(yǎng)自己的人才,快速承擔(dān)職責(zé)。應(yīng)盡快培養(yǎng)、扶植具備有系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、總承包能力的大型工程公司,做出示范工程項(xiàng)目,帶動(dòng)基地迅速行動(dòng)。(4)基地礦山在井下的工作環(huán)境、工程有效使用年限(多則5~10年,少則1~3年)、承壓特點(diǎn)、氣候條件等與地面工程差別甚大。要立足礦山生產(chǎn)、安全特點(diǎn),盡快制定自