煤电基地燃煤固废资源化得探讨

1煤电基地燃煤固废资源化的有关问题我国煤电基地是在煤炭基地的基础上发展形成的。煤炭基地的固废物主要有煤研石、煤泥等。高热值煤研石可发电,低热值煤研石制砖及烧制水泥等,并作为矿区塌陷复垦的回填物。煤泥用于发电,利用率达90%以上。自上世纪70年代开始,一些大煤矿陆续建成了一些小容量的沸腾炉及循环流化床(CFB)电厂,产出了小批量的(CFB)灰,给矿区带来一些新的污染。在各类大气污染物中,燃煤造成的污染最严重,治理的任务最迫切。我国原煤灰分、硫分含量较高,大部分煤的灰分为20%~28%；硫分含量为0.1%~10%。燃煤的污染主要是煤烟气产生的污染,包括：氮氧化物、硫氧化物、粉尘（可吸人颗粒物）、痕量有害元素（如汞等）。SO2、NOX是严重的污染物,是治理的主要对象。大量煤炭固体废物排放．不仅占用大量土地，吞没和破坏大面积农田；而且对矿区的大气、水体(地表水和地下水)和土壤产生污染；改变局部地区生态环境，使生态系统遭到扰乱，稳定性降低等，使生态环境进入一个资源浪费与环境污染的恶性循环圈。虽然世界各国在煤炭固体废物资源化利用方面进行了长期、大量研究开发，但受煤炭固体废物本身物化性能的限制及经济技术发展水平的制约，煤炭固体废物的资源化利用率一直很低。目前，中国煤矸石的利用率仅为44％。随着固体废物排放收费政策的实施，废物排放企业将面临巨大经济压力。而随着固体废物排放量的增加，人类面临的环境压力也将越来越大另外,燃煤中粘土质矿物,也在不同炉温下产出许多细微的粉尘粒(各类粉煤灰),污染大气和环境。另有少量有害痕量元素(如汞等),会产生累计沉淀污染的危害。因此迫切需要开发符合环境安全要求的固体废物太宗处理与资源化技术。1我国煤电基地燃煤固废物及其利用1998年1月12日国务院国函【1998】5号文第四条的规定:“除以热定电的热电厂外,禁止在大中城市城区及近郊区新建燃煤火电厂”。自此,我国大批燃煤电厂皆新建在我国20个大中型煤电基地内。基地中既有特大型煤粉炉电厂(PC锅炉),又有容量不等的中小型低热值燃煤电厂(CFB锅炉)。这些锅炉的燃烧工艺差别较大,产出的粉煤灰品种多,物性差别也很大。电厂脱硫后还产出脱硫石膏和脱硫灰渣,再加上煤研石、煤泥等,煤电基地成了我国固废产出量最大污染最严重的地区,但也是燃煤固废资源化最好的用武之地。1.1煤电基地内火电厂产出的几种粉煤灰1.1.1电厂煤粉锅炉产出低钙普通粉煤灰(pc灰)此灰品质相对稳定,用途较广。其中I级灰、II级灰已成为我国水电、铁路工程、大型建筑及建材的抢手货。当灰中含有较高铝、铁等元素及稀有贵重金属(如锗)时,则应首先实行高附加值提取项目。有的也可从灰中提取漂珠等。1.1.2循环流化床锅炉(CBF)粉煤灰(CBF灰)CBF锅炉多用低热值燃料,锅炉温度为750~1000℃,杂质在炉内仅处于软化阶段,产出的粉煤灰不是晶体,含炭量高(多数10%~15%),是成分复杂的混合物。应用到工程中,往往理化性质不稳定,影响使用效果。其渣的成分及使用效果好于飞灰。21.1.3循环流化床脱硫灰(CBF脱硫灰)CBF锅炉脱硫时,产出CBF脱硫灰。此灰系由CBF灰加脱硫相。混合而成。其性能更不稳定,同时出现水硬性、后期膨胀性等现象,利用较复杂。1.1.4高钙粉煤灰此灰多出现在燃用部分褐煤及次烟煤中。此灰使用时具水硬性及膨胀性,使用须谨慎。1.2电厂脱硫副产物-脱硫石膏及亚硫酸钙煤粉炉电厂法脱硫产出的脱硫石膏,2008年的产量已近千万t。脱硫石膏目前的主要用途是替代天然石膏作水泥缓凝剂、建材制品、医用、模具及高强度特种用途。但受到市场需求量及销售半径等的限制。当煤粉炉电厂使用干法脱硫时,则产出以亚硫酸钙为主的脱硫灰渣,其产出量在我国有百万t左右,至今未找出较好的用途,多为堆积处理。2我国燃煤固废利用的两个阶段从粉煤灰资源化的发展来看,大型煤电基地形成前,矿区只有小型CBF电厂。大中型电厂大部分在城市,全国对粉煤灰的利用集中在PC灰。实现了PC灰在建材制品、水泥生产、硅工程及个别生产高附加值产品的利用。奠定了粉煤灰的理论和应用基础,成熟了粉煤灰利用中若干粉体技术及设备。贡献是巨大的。这是第一个阶段。随着煤电基地的形成,各类燃煤固废产出量大,新品种也越来越多。从体制上看,基地中有2/3左右国有电厂,实力较强,规模大,人才相对雄厚。对燃煤固废特性的理解和研究相对较深,资源化率高。而另有1/3左右的电厂隶属煤矿、钢铁、化肥、金属冶炼及大型私营企业等。这部分电厂规模较小、对燃煤固废利用研究不够、人才短缺,堆积现象严重。电厂靠近大中城市,粉煤灰作为商品,运输及销售半径问题不突出,新建电厂在基地,远离大中城市,资源化产品遇到了市场、运距、二次污染、减少资源化过程中能耗的压力越来越大。例如,当前许多行业将粉煤灰磨的越来越细,设备从破碎机发展至管磨机。灰的细度达到30μm以下,平均电耗分别为30~20kwh/t,成本高达15~20元/t,且细度与能耗指数成反比上升。巨大的能耗高成本,多数企业无法接受。因此,如何在基地将多品种原状固废用好,是当前最迫切的问题。随着2003年电厂脱硫,脱硫石膏、亚硫酸钙及CBF脱硫灰的利用也日益突出。我们认为,解决上述矛盾的原则只能是:就地、就近、大用量、可持续、低成本、有效益地用好电厂各类原状固废,使其功能化、产业化。这即进人煤电基地固废资源化的第二个阶段。其中在第二个阶段很重要的研究是试图通过煤矸石获取生物气。如果煤矸石矿井下填充可以获取生物气，不仅可以解决大量煤矸石地上堆放造成的各种环境经济问题，也可以获取生物气这种能源。但是由于煤、煤矸石的难生物分解性，有研究人员引入了接种物，而接种物的引入以及微生物降解后的发酵液可能会对地下水造成影响。这两个阶段的区别在于,前阶段主要研究的是以PC灰为代表的需经过二次运输、二次加工的各种资源化技术。新阶段的特征是除少数灰仍要经二次加工利用外,多数直接利用原状固废,尽量减少长距离(超过10km输浆浓度不变的运距)二次运送及二次加工,实现就地、就近、大用量、可持续、低成本的利用原则。这个阶段并不排斥前阶段已有的各项成果。而是一个应用固废品种更多、用量更大、成本更低、污染更小、更有利于煤电基地实施循环经3济和固废资源化、更加适应煤电基地生态文明建设的新阶段。3燃煤固废资源化在煤电基地的情况本着就地、就近、大用量、可持续、低成本的思路和原则,经过10多年的研究与实践,已探索出了固废在煤电基地的一些用途：3.1煤矿井下防治煤自燃的安全工程我国有50%的煤自燃矿井。随着开采深度增加,煤层地温不断上升,又将有20%左右的新矿煤自燃。长期以来,国内外多以黄泥浆为主体进行煤自燃防治。今后,粉煤灰等固废可以作为防灭火材料。一个年产300万t的煤矿,年耗原状粉煤灰约6万t以上(要加PCAS外加剂)。一年可少挖6~8亩地,节约黄土(7~8万t)3.2井下喷射砼及沿空送巷、留巷工程为了煤岩层压裂后的稳定及加固支护,需要在煤岩壁上喷射砼浆Β为了减少巷道的掘进量、缓解采掘接续矛盾,煤矿山正在推广使用沿空送巷、留巷工程。需要大量的新型胶凝支护材料。固废复配后可替代部分水泥,当其作为井下支护材料使用时,对固废的化学成分、物理性能及含碳量有要求。这项工程至少年耗固废约2万t以上(有的可达3~4万t)。3.3在建筑和水利工程上的应用基地有大量空场要填充后上盖建筑物,另有拦河坝、贮灰坝工程,井下有分层开采、沿空护巷、大型隔离墙及采空区充填等工程,皆可利用固废复配物作为填充料,用量巨大。3.4“三下”开采及地面塌陷减沉充填“三下”开采及地面塌陷减沉充填当煤层处于河流、湖泊下,铁路及重要公路下,城镇及村庄下开采时,为了减少地表下沉危及地面上述地物的安全及为了减少对农田的破坏,皆要求煤矿开采时采取塌陷减沉措施,需要大量充到关键岩层下的填料(如粉煤灰、水泥、砂子、煤歼石等)。此法是煤矿今后的技术方向,用的越来越多。固废物消纳量将是巨大的。3.5防治矿井水患时的应用有的矿井为了预防底板灰岩承压水的突出,及上伏第四系含水层和厚层砂岩中的静贮水,要进行岩层注浆加固及含水层的改造工程。加固底板、填充裂隙、堵死各种溶洞。这些工程需大量使用水泥硅。经实践证明,在水泥硅中掺入一定比例的粉煤灰,不仅可以节约水泥,而且可以提高防治水患的效果。粉煤灰取代水泥和沙子的比例可达到10%~25%。3.6塌陷地复垦4井工开采时地表将塌陷,其深度变化在煤层开采厚度的30%~70%之间,回填复垦原来采用的是黄土、砂石,现在可以利用固废作为复垦时回填的主要材料,节约了复垦造地的成本,减少了耕地挖掘和由此带来的负面影响。以固废作为回填材料必须对其进行放射性、重金属、痕量元素等的检测和处理,确保对周围环境及小流域内的水源、空气、环境不造成新的危害与污染。当回填材料使用煤研石和粉煤灰时,还要有防止煤研石和高含炭（12%）粉煤灰自燃的措施。3.7农、林、草种植基地塌陷复垦面积大。在其上的农、林种植,不能从外地搬运黄土、熟土来进行。将固废进行复配,添加外加剂,制造“人造土壤”是可行的。我公司自010年以来就先后在三个煤矿塌陷地、研石山等地处,进行了小范围的农、林、草种植,试种成功,有收获。是改善基地环境、改善工农关系、建立和谐矿区的重要举措。3.8关于建材Ι砖、块、板、粒、砂浆生产问题在基地利用固废生产各种建材,因靠电厂近,有电有过热蒸汽可用,场地问题相对较小,生产成本较低,具一定优势。但当前生产建材,不是技术、设备问题,主要是市场问题。是以厂为圆心,销售半径内市场的容量及可否持续需求的问题,应谨慎为好。在建材的项目上,选择的顺序以建粉煤灰砂浆厂、粉煤灰陶粒厂。粉煤灰加气砼厂各种粉煤灰砖厂为好。而且一个煤电基地建议集中建1~2个厂足够。3.9对于利用固废物生产高附加值产品的问题这个问题要依据固废物的化学成分而定,是可遇不可求的。条件适合,如内蒙托克托电厂粉煤灰中含AL2O3。高达48%以上,投资兴建了生产氧化铝工程。对于提铁、脱炭等工程也应视条件而定,不可草率。粉煤灰在污水处理和烟气脱硫中的应用工作正在展开。粉煤灰在高分子制品中的应用附加值较高,具有成为聚合物填料的潜质,但也存在一些缺点,如颜色、表面性能等方面。综上所述,煤电基地搞好燃煤固废资源化要充分考虑每个基地自身的特点,在严格弄清基地中电厂种类数量,产出固废的品种、质量、工程特性的基础上,结合基地内各个矿山在安全、生产等方面需要进行的工程项目综合考虑,要最大限度地满足工程项目的功能要求。立足矿山,就地、就近、大用量、可持续、低成本、有效益地把多种固废用于矿山,并认真地贯彻节能减排的要求。4存在问题及建议4.1存在问题4.1.1在管理体制上,煤电基地中电厂、矿山及其它用灰企业隶属不同领导系统。有关领导对固废资源化的重要性、价值及做法认识不统一,基地内固废的排放与利用各算各帐,不能结合起来统一考虑,没有一个协调的组织管理体制。阻碍了基地燃煤固废资源化的工作。54.1.2由于地理位置不同,市场需求不同,当地科技发展水平不同,煤电基地之间因区域不同,燃煤固废资源化的发展及水平差别悬殊。4.1.3电厂与上下游企业(如矿山等)脱节,互不了解,科研单位及大专院校介人不够,致使电厂对矿山可否消纳燃煤固废心中无数,而矿山也很少认真研究电厂燃煤固废物的基础性能及应用到矿山安全、生产方面的可行性,许多工程仍在大量使用黄土、水泥、砂子。4.1.4电厂、矿山对燃煤固废利用项目缺乏自主创新意识,多仍围绕社会上常见项目硬找出路,如建材等。而对矿山大量安全、生产项目中如何替代天然资源及开发燃煤固废新功能,满足矿山需要方面下功夫不够。已有项目规模小,重复建设多,投人不够,科技含量低,难以实现燃煤固废就地、就近、大用量、可持续、低成本、有效益的资源化原则。4.1.5基地中能沟通“排放、使用”燃煤固废的复合型人才极缺,现有工作人员相关知识及沟通上下游产业的能力急待培训提高。目前,国内在环保技术方面尚不成熟,工程总承包能力差,缺系统设计技术,不能完善的进行系统设计。缺可供成套设备、施工、安装、调试和管理一条龙服务的能