重慶燃煤電廠煙氣脫硫石膏綜合利用前景分析
摘要:隨著重慶市煙氣脫硫工程的推進,必將產生大量的煙氣脫硫副產物——脫硫石膏,這些脫硫石膏如不加以處置,不僅占用大量土地,還可能給環(huán)境帶來二次污染,處置和利用好脫硫石膏,對重慶市的環(huán)境尤其是生態(tài)環(huán)境保護有著重要意義,而且具有良好的經濟效益和社會效益。首先闡述了重慶燃煤電廠脫硫石膏的產生、特性及國內外綜合利用現狀。結合重慶市實際情況,對脫硫石膏在建筑建材業(yè)、農業(yè)等領域的應用前景進行了分析,并提出了脫硫石膏綜合利用的建議。
關鍵詞:煙氣脫硫,石膏,綜合利用
前言
由于重慶是中國最早的重工業(yè)城市之一,空氣污染特別嚴重,尤其是SO2 污染,導致重慶成為典型的酸雨區(qū)。近年來,重慶市采取了一系列的措施,改善大氣環(huán)境質量,例如“藍天行動”等,并且禁止在城區(qū)及近郊區(qū)新建燃煤火電廠,新建、改造燃煤含硫量大于1%的電廠必須建設脫硫設施,現有燃煤含硫量大于1%的電廠應采取二氧化硫減排措施。
隨著煙氣脫硫工程的推進,必將產生大量的脫硫副產物——脫硫石膏。這些脫硫石膏如不加以處置,不僅占用大量土地,還可能給環(huán)境帶來二次污染;如果能加以綜合利用,則能“變廢為寶”,實現廢物的資源化,不僅能產生良好的環(huán)境效益,而且能創(chuàng)造可觀的經濟效益和社會效益。
1 國內外脫硫石膏綜合利用
在國外,在脫硫石膏的綜合利用方面,美國、歐洲、日本走在前列,脫硫石膏的工業(yè)化生產已經超過 20年。德國是脫硫石膏開發(fā)和應用最發(fā)達的國家,也是最早采用脫硫石膏生產石膏板的國家,脫硫石膏利用率將近100%,日本對脫硫石膏利用率也較高,已經達到80%～90%,其次是美國、英國、奧地利、荷蘭[ 1 ] 。
目前國外脫硫石膏主要用在生產建筑建材業(yè)中, 例如用脫硫石膏生產建筑石膏、紙面石膏板、粉刷石膏、石膏砌塊、石膏空心條板、石膏礦渣板以及作為生產水泥的緩凝劑使用等[ 2 - 4 ] 。農業(yè)方面,脫硫石膏中含有的鈣化合物有利于作物的生長和氣高作物產量, 并對土壤起到中和或調節(jié)作用[ 5 ] 。發(fā)達國家在脫硫石膏的利用上已經形成了較為完善的研究、開發(fā)、應用體系,其工藝設備也已專業(yè)化、系列化。
中國對脫硫石膏的綜合利用才剛剛起步,與這些發(fā)達國家間還存在很大的差距。目前,中國燃煤電廠生產的脫硫石膏主要用于石膏板生產和水泥行業(yè),另外在粉刷石膏、石膏粉、農業(yè)、礦山填埋及公路路基回填材料等領域也有所應用,但是均未達到規(guī)模應用[ 6 - 7 ] 。重慶珞璜電廠將脫硫石膏加工成石膏球和半水石膏,作為制作水泥和建材的原料,主要生產紙面石膏板等;杭州半山電廠將脫硫石膏供應給附近中小紙面石膏板廠和石膏空心砌塊生產企業(yè)使用;北京第一熱電廠將脫硫石膏制成石膏砌塊等。但是總體來說,國內脫硫石膏的綜合利用率較低,尚未形成專業(yè)化、規(guī)；a。國內脫硫石膏在農業(yè)方面的應用尚處于試驗階段,田間大規(guī)模的應用還比較少,可以作為今后的研究重點。
2 重慶市燃煤電廠脫硫石膏的產生及特性
2. 1 脫硫石膏的產生
重慶大多數的燃煤電廠采用的脫硫技術是濕式石灰石/石膏法( FGD) ,這種方法是目前世界各國燃煤電廠采用的最主要的煙氣脫硫技術,其脫硫效率高、技術成熟,而且脫硫副產物具有較高的利用價值。其工藝過程是:煙氣經鍋爐空氣預熱器出來,進入電除塵器除掉大部分粉煤灰煙塵,再經過一個專門的熱交換器,然后進入吸收塔,煙氣中SO2 與含有石灰石的漿液進行氣液接觸,生成CaSO3 ,通入空氣將CaSO3 氧化,生成石膏晶體CaSO4 ·2H2O。
2. 2 脫硫石膏的特性
電廠脫硫石膏的主要成分和天然石膏一樣,都是二水硫酸鈣晶體(CaSO4 ·2H2O) ,其物理化學性質和天然石膏具有共同規(guī)律,但作為一種工業(yè)副產物石膏,它具有再生石膏的一些特點,和天然石膏有一定差異。重慶地區(qū)脫硫石膏其平均粒徑約30μm ～40μm,顏色近于白色,二水硫酸鈣含量較高,為 90%～95% ,含水量為10%。表1為重慶脫硫石膏與天然石膏的成分比較。從表1中可以看出,脫硫石膏的主要成分與天然石膏相似,質量比磷石膏更好。與天然石膏相比,脫硫石膏具有粒度小、成分穩(wěn)定、有害雜質含量少、純度高等特點,是一種品質較好的石膏。
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3 煙氣脫硫石膏綜合利用的技術經濟可行性分析
重慶市脫硫石膏綜合利用的主要途徑有:用作水泥緩凝劑、建筑石膏、粉刷石膏、紙面石膏板等,這些產品的技術經濟指標均達到或超過天然石膏產品。
3. 1 技術可行性
通過對珞璜電廠的脫硫石膏分批進行取樣分析,其品位達到天然優(yōu)質二水石膏品位,是制作粉刷石膏的理想原料。脫硫石膏生產的建筑石膏性能優(yōu)異,強度比國家標準規(guī)定的優(yōu)等品的強度值高40% ～45% (見表2) ,這為脫硫石膏的大量應用奠定了基礎。
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脫硫建筑石膏粉具有粒度細、強度高的特點,完全能滿足生產粉刷石膏的要求。在建筑石膏粉中加入砂子或膨脹珍珠巖以及各種化學添加劑,組合制成的新型抹灰材料,這種新型石膏砂漿與傳統水泥類砂漿相比,具有輕質、高強、節(jié)能等特點,且粘結性能較好,不易起殼和開裂;并可以有效解決混凝土剪力墻等各類墻體的保溫問題。
山東太和東新股份有限公司選用適當的添加劑,并經過大量試驗與工藝調整,使碳酸鈣、碳酸鎂的含量控制在115%以內,符合紙面石膏板的生產要求,生產出來的脫硫石膏板各項指標均符合GB /T 9775 - 1999的技術要求,部分指標還優(yōu)于天然石膏生產的紙面石膏板(見表3) [ 8 ] 。工藝方面,只需在傳統的石膏板制造工業(yè)中增加烘干、煅燒系統即可,其他的工藝和設備無需更改,這使得利用脫硫石膏生產紙面石膏板在工藝技術上具有可行性。
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研究表明[ 9 ] ,原狀濕式脫硫石膏、自然干燥或在 140℃以下預烘干的脫硫石膏能夠正常調節(jié)水泥的凝結時間,水泥性能正常發(fā)揮,水泥強度、凝結時間及安定性等指標均達到國家有關標準。使用脫硫石膏的水泥生產線需增加儲存?zhèn)}、帶皮帶秤(計量設備)的堆棚、配料庫及喂料機等設備,并對投料口處的設備進行一定改造,或者使用前將原狀脫硫石膏造粒;可省去破碎工藝。此外不需其他工藝改變,因此從工藝技術角度而言不存在問題[ 10 ] 。
將脫硫石膏、火電廠廢棄物、礦物外加劑以50 z 40z 10比例配制成路基回填材料,試驗中回填材料28 d時強度達325#水泥標準,在膨脹率、溶出率等影響路基材料應用性質方面也符合有關要求[ 11 ] 。
3. 2 綜合利用脫硫石膏的經濟優(yōu)勢
對于缺乏天然石膏的地區(qū),如從外地購置天然石膏,其運費就是無法削減的成本,而且脫硫石膏的價格(一般在60元/ t)比天然石膏(市面價一般在 95元/ t)的價格低很多,如果企業(yè)能就近采用本地電廠的脫硫石膏,將使生產的原料成本大大降低。天然石膏生產的粉刷石膏價格為380 元/ t,而中國自行開發(fā)的以脫硫石膏制造的粉刷石膏的價格在180～230元/ t左右,比前者低了150～200元/ t, 且各項指標均達到國家標準,應用效果較好。
另外,根據《國務院批轉經貿委等部門關于進一步開展資源綜合利用意見的通知》———國發(fā) (1996) 36號和財政部、國家稅務總局財稅字(1996) 20號通知精神,“以廢渣為原料生產的建材產品免征增值稅”,本產品將享受免稅政策。因此,綜合利用脫硫石膏在經濟上具有巨大的優(yōu)勢。
4 重慶市脫硫石膏應用前景分析
重慶市環(huán)境保護條例規(guī)定, 燃煤含硫量大于 1%的電廠都要設置脫硫設施,按照煤含硫量1%計算,重慶市每年將產生脫硫石膏約85萬噸。隨著人們對大氣環(huán)境的要求越來越高,且品質優(yōu)良的天然石膏儲備日益減少,脫硫石膏的生產與應用蘊藏著巨大的市場機遇,相信在不久的將來會有大量的脫硫石膏代替天然石膏生產建材制品。
4. 1 應用于水泥行業(yè)
只需把脫硫石膏制成且具有一定的強度、直徑為Φ20～40的球,脫硫石膏即可作為水泥生產中的緩凝劑使用,這是脫硫石膏的一個較大的用戶。根據重慶市經委建材處提供的資料顯示,重慶市有水泥企業(yè)近160家, 2007年水泥產量約2 700萬噸,水泥生產過程需摻加熟料質量3% ～5%的二水石膏作緩凝劑,按平均4%計算,則重慶市每年可消耗脫硫石膏108萬噸。
4. 2 用于生產建筑石膏粉
建筑石膏粉是對脫硫石膏進行煅燒、破碎、制粉而成,操作工藝較為簡單,如果僅僅生產石膏粉,雖然有市場,但其產品附加值較低,建廠生產收益并不是很大。因為建筑石膏粉是生產紙面石膏板、粉刷石膏、石膏砌塊等的原料,這些產品的附加值就較高,在充分進行市場調研之后,可以在生產石膏粉的基礎上增加紙面石膏板、粉刷石膏等的生產線,以提高經濟效益。
4. 3 用于生產紙面石膏板
制造紙面石膏板是脫硫石膏另一個大量使用的途徑,國外脫硫石膏一般也是用于制造紙面石膏板。重慶江津市、萬盛區(qū)等幾個區(qū)縣都規(guī)劃建設紙面石膏板生產線,僅以江津市年產2 000萬平方米紙面石膏板生產線計算,按照每平方米使用10公斤脫硫石膏計算,一年可消化脫硫石膏20萬噸。且目前中國紙面石膏板需求量還在以每年20%左右的速度增長,脫硫石膏的利用潛力很大。
4. 4 利用于粉刷石膏砂漿
2005年- 2006年,重慶新增的居住建設用地面積為3 117萬m2 , 2006年住宅竣工面積達到4 09716萬 m2 ,按重慶每年新增1 000萬m2 住宅面積,每1萬平方米建筑使用1 400 m3 (合2 700 t)水泥砂漿,內墻墻面和天花板面占整個建筑需粉刷表面及砌筑所用砂漿量的近70%計算,重慶每年建筑內墻需要189萬t 抹面砂漿,按石膏與料1z 3比例計算,每年可消耗脫硫石膏47125萬t。粉刷石膏砂漿可作為新型墻體的配套材料,具有良好的品質和施工特點,其中保溫型粉刷石膏砂漿還可廣泛用于節(jié)能住宅[ 12 ] ,隨著重慶市建筑節(jié)能的推進以及人們環(huán)保意識的提高,粉刷石膏系列產品(包括面層、底層粉刷石膏砂漿,保溫層粉刷石膏砂漿,頂棚粉刷石膏砂漿等)作為高品質的新型建材已顯示出廣闊的應用前景。
4. 5 利用于制造石膏砌塊
中國雖在外墻建設中大力推薦以石膏砌塊代替實心粘土磚,但目前最大的石膏砌塊生產線僅30萬 m2 ,每年約可利用脫硫石膏2萬噸(濕基) ,大部分生產線都是10萬m2 以下的小生產線,用量不大,市場未推開。
4. 6 用于制造模具石膏
中國模具石膏市場較大,但是目前使用脫硫石膏制造模具石膏還存在技術工藝和脫硫石膏白度的問題,工藝不成熟,有待進一步開發(fā)新技術。
4. 7 用作回填路基材料
“十一五”期間,重慶市將繼續(xù)加強公路建設。重慶市加大縣際公路升級改造力度,新建二級公路 2 000 km 左右,形成主要由7 000 km 一、二級公路構成的縣際公路網。實施農村公路通達、通暢工程, 新建、改建416萬km農村公路。
大規(guī)模公路建設對路基回填材料量的需求很大,對質量要求也越來越高。充分利用脫硫石膏作為建筑道路的回填材料,既可為城市筑路提供材料來源,又可解決脫硫石膏的利用問題。
4. 8 在農業(yè)上的應用
脫硫石膏在理論上可以作為土壤改良劑,改良酸性、堿性土壤,在這方面國外研究較多,國內近年來也有不少的研究,但是大多數都還處于實驗室研究水平,田間的規(guī)模應用還比較少,雖然脫硫石膏在農業(yè)上的應用前景是廣闊的,但是現階段還主要集中在建材行業(yè)。
在各種利用途徑中,用于水泥行業(yè)和生產紙面石膏板是最主要的利用方式,因此水泥企業(yè)和紙面石膏板生產廠應布置在離電廠不遠的地方,以便于利用脫硫石膏,例如重慶珞璜電廠附近就有多家水泥企業(yè)、拉法基以及山東太和紙面石膏板廠等。
5 建議
按照循環(huán)經濟理念,當地政府應鼓勵脫硫石膏綜合利用項目的實施,并給予大力扶持,通過政策優(yōu)惠如免稅等吸引資金開發(fā)脫硫石膏綜合利用的新技術,結合地域特點、企業(yè)實際、資源現狀、應用前景等,積極、穩(wěn)妥地處理脫硫副產物石膏,讓大量的脫硫石膏盡早地變廢為寶。
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