燃煤电厂粉煤灰综合利用高技术产业的发展思路_马宗庆

1、燃煤电厂粉煤灰综合利用高技术产业的发展思路马宗庆(国家电力公司电力建设研究所,北京市,10005摘 要 论述了我国燃煤电厂粉煤灰排放、输送、贮存和综合利用的现状,介绍了国外粉煤灰高技术利用研究的近况。提出今后要针对我国的实际情况,研究和生产造价低、运行可靠、维修方便的除灰设备和粉煤灰的分选、制品生产设备。在内蒙古、山西、云南、贵州等内陆地区需要研究和开拓大量利用粉煤灰的途径。加强对粉煤灰高技术利用的研究,促进粉煤灰综合利用向深度和广度发展,进行高附加值的技术开发,以形成粉煤灰高技术利用的产业。关键词 粉煤灰 综合利用 高技术 前景中图分类号:X773 文献标识码:A 文章编号:1000-722

2、9(200103-0043-04Developing Train of Thought for Pulverized Coal Ash Comprehensive Application of High Technical Industry in Coal-Fired Power Plantsng Fly AshMa Zongqing(Electric Pow er Construction Research Ins titute of State Pow er Corporation,Beijing,100055 Key words pulverized coal as h;comprehe

3、nsive;high technolo gy;prospect1 粉煤灰综合利用的现状改革开放以来,我国电力工业得到迅速发展,目前我国发电装机容量已达2.7亿kW,其中火电装机容量约2亿kW。由于我国有着丰富的煤炭资源,所以我国的电源建设一直以燃煤发电厂为主,这就导致粉煤灰的排放量急剧增加。目前,燃煤发电厂粉煤灰的排放量每年达1.2亿t以上。值得关注的是,这些粉煤灰中大部分是被作为废弃物排放的,而为了排放、输送和贮存粉煤灰,每年要消耗10多亿t冲灰水,贮灰场占地达26664hm2左右,并且带来环境污染问题。这对于我们这个水资源缺乏,可耕地人均占有率很低的国家来说,确实是一个亟待解决的问题。我国

4、粉煤灰的综合利用工作,长期以来一直受到国家的高度重视。早在50年代,粉煤灰已在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合料,在建材工业中用来生产砖,在道路工程中用作道路基础材料等。从60年代开始,粉煤灰利用重点转向墙体材料,研制生产了粉煤灰密实砌块、墙板,粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰粘土烧结砖等,先后在上海、北京、天津、吉林等省市建成示范工厂,同时引进前苏联、东欧国家利用粉煤灰生产蒸养(压建筑制品的技术。一直到70年代,国家为建材工业中粉煤灰的利用投资了5.7亿元,总设计用灰量为1064.89万t,设计生产线261条。但是由于种种原因,到1982年,投入正常生产的只有176条生产线,仅利用粉煤灰445.6万t

5、,投资不少,而问题没有解决好。针对这些情况,国家主管部门指出:电厂灰渣综合利用,应当积极提倡,要因地制宜,广开门路,采用多种途径,讲究经济实效。80年代以来,随着我国改革开放的不断深入,国家把资源综合利用列为经济建设中的一项重大决策。1985年底,在国务院批转的原国家经委 关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定 中,对资源综合利用(包括粉煤灰在内提出了一系列鼓励措施和优惠政策。1987年初在芜湖召开的 第二次全国资源综合利用工作会议 上,确定把粉煤灰作为全国资源综合利用突破口。1987年11月原水利电力部在江苏连云港市召开 全国粉煤灰综合利用工作会议收稿日期:2000-12-16作者简介:马宗

6、庆(1947-,男,教授级高工,主任工程师,从事燃煤电站粉煤灰输送技术和设备的研究工作。43第22卷 第3期2001年3月 电 力 建 设Electric Power ConstructionM ar2001,动员电力系统各方面力量,总结经验、制定管理办法,积极推动粉煤灰综合利用。粉煤灰的处置和利用在指导思想上不断深化,从 以储为主 改为 储用结合,积极利用 ,再进一步明确为 以用为主 ,使粉煤灰综合利用得到蓬勃发展。在利用途径上,除建材墙体和水泥、混凝土方面外,还积极开拓了多种大用量的途径,如在道路工程中用作基础材料和填筑路堤。同时也逐渐注重了粉煤灰利用的深度发展,力求高附加值的技术开发,使

7、粉煤灰综合利用进入一个新阶段。全国粉煤灰利用量每年以200万t左右的速度增加,综合利用率也逐步提高。从国内、外粉煤灰利用研究情况来看,基本有3个方面:(1大量利用。建筑工业用灰是目前粉煤灰的主要利用途径,粉煤灰用于轻质骨料的基料、砖料等。此外,修路、回填也是大量利用的方式之一。(2中级利用。主要指粉煤灰在水泥、混凝土方面的应用(此类粉煤灰需要分选和磨细。(3高级利用。从粉煤灰中精选和回收空心微珠、碳粉、铁精粉及其他有价值的金属等物质,分选出的空心微珠还可以作为塑料、橡胶、金属的填充剂。从粉煤灰中精选和回收材料的价值是很可观的。粉煤灰的综合利用还包括炉底渣的利用。炉底排放的灰渣可制作灰渣砖以及作

8、为磁化肥和一些复合肥料的载体。我国大多数电厂除渣系统主要采用水力输送方式,不仅耗水大,也给灰渣的综合利用带来困难。国外(如意大利等国采用炉底干排渣方式,给灰渣的综合利用带来极大的便利。国内也有科研单位计划开展炉底干排渣的技术及设备的研究,应当把这项工作继续做好。我国粉煤灰综合利用在近几年得到了迅速发展,尤其在沿海工业发展较快的地区,如上海附近地区粉煤灰利用率已接近100%。但是,在内蒙古、山西、云南、贵州等内陆地区,大部分粉煤灰还是被作为废弃物排放掉。沿海和内陆地区在粉煤灰综合利用上差距是相当大的。目前国内粉煤灰制品(灰渣砖、粉煤灰砖等的附加值较低,粉煤灰制品的性能有待进一步提高,生产工艺及设

9、备也有待于提高和完善。目前,对粉煤灰高技术利用研究大多还停留在试验阶段,缺乏对粉煤灰高技术利用的工艺和生产设备的研究开发,有许多项目还不能在较短期间内实现工业化生产。因此,研究和开拓粉煤灰的综合利用,尤其是在采用高科技提高粉煤灰综合利用的附加值方面有大量的工作需要去做。在此,我们提出了将采用高科技提高粉煤灰综合利用的附加值作为高技术产业来发展的思路。2 国外粉煤灰高技术利用研究的近况 世界各国粉煤灰的利用情况和发展水平,由于各国技术经济的条件不同而千差万别,但又都各具特色。美国是粉煤灰资源开发和综合利用比较先进的国家,他们重视国家立法的作用。1976年国会立法 资源保护和再利用法(RCRA ;

10、1979年美国国家环保局(EPA组织起草了 对于水泥和混凝土中掺有粉煤灰的联邦政府的指导原则 ,1983年颁布执行,对粉煤灰利用起了推动作用。在各种利用途径中,用于水泥、混凝土是一个十分重要的方面。有关资料表明,优质粉煤灰的销售是近10年来美国粉煤灰销售中增长最快的部分。特别是预拌混凝土工业对粉煤灰的认可,使粉煤灰的销售量不断增长。另外,美国制定了有关粉煤灰的质量标准,标准中除F级灰外尚包括C级灰(我国习惯称作高钙灰。由于C级灰有自硬性,强度性能好,因此它的开发利用价值很高。1977年C级灰便被编进美国国家材料试验标准ASTM C618中,作为一种利用价值较高的粉煤灰资源。粉煤灰在道路和工程填

11、筑中的利用,在近一二十年来也有了非常大的发展。美国电力研究院(EPRI为此做了大量工作。在英国等国家,非常积极地致力于灰渣利用事业的发展,因此灰渣利用率和利用水平较高,技术进步较快,直接经济效益十分明显。波兰在粉煤灰的利用中,研究开发侧重于建材产品,多年来投入相当多的力量,致力于粉煤灰加气混凝土的研究开发,在材性、工艺和机械设备配套方面都有较高水平。由于波兰缺少铝钒土矿,所以对从粉煤灰中提取氧化铝非常重视,在1996年就建成年产氧化铝5000t的实验工厂。法国在粉煤灰利用方面起步较早,特别在水泥、混凝土方面的应用研究有较深的基础,粉煤灰的利用率超过57%。对粉煤灰的高级利用各国也做了大量的工作

12、。据了解,美国、波兰、俄罗斯、加拿大等国都进行了电厂飞灰磁选的实验,从粉煤灰中提选空心微珠,回收磁铁矿、碳、白榴火山灰及轻集料。空心微珠也已成功地用作塑料、橡胶及金属的填充剂。在产品中掺入填充剂可减少昂贵基质组分的需用量,从而降低产品成本。通过精细选择的填充剂,可以改善原材料基质的工程性质,如提高强度、改善模塑特性、降44电 力 建 设 第22卷低热膨涨性或导热性。1980年美国E PRI和威斯康星大学对金属基体-粉煤灰复合材料的固化处理进行为期3年的研究,认为粉煤灰是一种有吸引力的弥散体,可作为填料降低铝合金的成本。该研究采用一种价廉的浇铸技术,使粉煤灰均匀地分布于金属基体之中,粉煤灰与复合

13、材料的体积之比可达25%,不仅降低了铝合金的成本,还提高了铝合金的硬度及耐磨性能,降低了材料的密度。粉煤灰还可在锌、铁、钢材中得到广泛应用,可以预见,这是一个非常有吸引力的发展方向。另外,从粉煤灰中不仅可回收Al2O3、Fe2O3及其他有价值的金属,还可以提取Cr、Ga、Mn、Sr、Ti、V、Ni、U、Th等稀有金属,它们是尖端技术中不可缺少的重要材料。3 我国粉煤灰高技术产业发展的优势与特点我国粉煤灰的综合利用工作,长期以来一直受到国家的高度重视,并提出了一系列鼓励措施和优惠政策。1991年国家计委办公厅印发了 中国粉煤灰综合利用技术政策及其实施要点 ,指出: 粉煤灰综合利用技术政策总的原则

14、是:认真贯彻 突出重点,因地制宜 和 巩固、完善、推广、提高 的方针,把大批量用灰技术作为重点,把提高粉煤灰综合利用经济效益、社会效益有机地结合作为主攻方向;巩固已有的技术成果,逐步完善比较成熟的利用技术,大力推广成熟粉煤灰的利用技术,积极采用国际先进技术和装备,不断提高我国的粉煤灰利用技术水平,赶上和超过国际先进水平 。在国家关于粉煤灰综合利用优惠政策的鼓励下,电力、建材、冶金、交通、农业等部门都积极地开展粉煤灰的综合利用,粉煤灰的综合利用得到迅速发展。以上海市为例,按19781995年的统计,全市共排放粉煤灰3268.5万t,累计利用量2423.4万t,利用的途径有生产水泥、混凝土中掺加磨

15、细的粉煤灰、生产粉煤灰密实砌块和道路建设等方面。通过大量利用粉煤灰,取得了显著的经济效益和丰富的经验。在粉煤灰综合利用技术上也在不断提高和创新,我国各种粉煤灰利用技术研究项目不下百种,几乎包括了世界各国所有的利用技术。一些科研单位和高等院校积极地开展粉煤灰高技术利用的研究,如对在粉煤灰中分选空心微珠、磁铁粉的研究和试验。山东、河南、吉林、陕西等地区的部分电厂,用粉煤灰分选微珠取得了较好的经济效益。我国还开展了 粉煤灰充填塑料 的研究,由南京大学等几家单位组成的联合科研组的研究表明,粉煤灰填充PVC (聚氯乙烯塑料,降低生产成本,节约树酯,节约能源,具有较好的经济效益。国家电力公司电力建设研究所

16、对空心微珠的特性、用途和粉煤灰精细分选技术也做了大量的研究工作。我国对从粉煤灰中回收A12O3、Fe2O3及其他有价值的金属进行了研究:东北工学院采用直流电弧炉以粉煤灰为原料生产Si -Al-Fe合金;平顶山市第一建材厂利用粉煤灰冶炼用作炼镁还原剂和炼钢脱氧剂的铝硅合金取得成功。另外还有不少科研单位开展了从粉煤灰中提取稀有金属的研究。浙江化工研究院与建德县石煤利用公司合作,完成了从石煤灰渣中用酸浸-中间盐法提取V的半工业性试验,V2O5回收率大于80%。国内不少人士已注意到粉煤灰蕴藏着巨大的战略金属资源,这方面的研究也引起人们极大的兴趣。由于我国粉煤灰的综合利用工作,长期以来一直受到国家的高度

17、重视,提出了一系列鼓励措施和优惠政策;众多产业部门都注重粉煤灰的综合利用,并在大量利用粉煤灰上取得了显著的经济效益和丰富的经验;一些具有相当实力的科研单位和高等院校积极地开展粉煤灰高技术利用的研究,这就构成了我国粉煤灰综合利用的优势。同时,由于目前我国电源建设的主体是燃煤发电厂,导致粉煤灰的排放量大,从而形成了开展粉煤灰综合利用的产业部门多,开展粉煤灰高技术利用研究的科研单位和高等院校多,研究各种粉煤灰利用技术的项目多的特点。4 粉煤灰高技术产业发展的重点任务及目标首先需要研究和开拓在内蒙古、山西、云南、贵州等内陆地区大量利用粉煤灰的途径。如可开展利用粉煤灰填充废矿井的技术及设备的研究。据了解

18、粉煤灰填充废矿井对防治地震灾害是有益的。开展干灰碾压技术及设备的研究。对于已填满的灰场可以做些覆盖土壤,种植农作物的试验工作,摸索经验,进行推广。目前在内陆地区灰渣砖、粉煤灰砖的使用还不够普及,一方面是由于传统习惯,另外也与灰渣、粉煤灰砖的耐压强度等性能不理想,成本较高有关。需要对粉煤灰制品的品种、生产工艺及设备作进一步的研究,以提高粉煤灰制品的性能,降低成本,扩大粉煤灰制品的市场。要研究开发更多种类的粉煤灰制品,如用粉煤灰制品代替陶瓷、石材等,45第3期 燃煤电厂粉煤灰综合利用高技术产业的发展思路开拓大量利用粉煤灰的途径,提高粉煤灰制品的附加值。加强对粉煤灰高技术利用的研究,促进粉煤灰的综合

19、利用向深度和广度发展,进行高附加值的技术开发,以形成粉煤灰高技术利用的产业。在粉煤灰中分选空心微珠、磁铁粉;从粉煤灰中回收Al2O3、Fe2O3及其他有价值的金属;粉煤灰用作塑料、橡胶及金属的填充剂;从粉煤灰中提取稀有金属等。进行粉煤灰超细分选的技术、工艺及设备的研究,最终达到产业化。例如粒径5 m的空心微珠国际市场价格达2000美元/t,这种超细空心微珠可用作塑料、橡胶、铝材、人造革、人造大理石、油漆、涂料等材料的填充剂,不仅可大大改善这些材料的特性,而且也降低了成本,促进这些产业的发展。为了使粉煤灰高技术利用实现产业化,可建一座年处理10000t粉煤灰的超细分选的示范工厂,针对不同粒度粉煤

20、灰的用途进行超细分选,年产值可达2000万元,实现利税12001500万元,成本500700万元。建这样的示范工厂,需建车间400 m2、库房500m2,配备生产工人40名。目前也有生产人工微珠的工厂,如秦皇岛玻璃厂生产的实心珠价格3500元/t,空心珠15000元/t。超细分选的粉煤灰空心微珠成本大大低于人工微珠的造价。在粉煤灰超细分选示范工厂取得成熟的生产技术和工艺的基础上,可在全国进行推广和应用。据预测,目前空心微珠的需求量至少在100万t以上,超细分选粉煤灰的年产值可达20亿元以上。在粉煤灰超细分选生产的同时,还可以提取粉煤灰中的Al2O3及其他稀有金属,如镓、钒等。虽然我国铝土矿比较

21、丰富,但也是越用越少,而对铝材的需求却越来越大。随着铝土矿资源的日益消耗,Al2O3用途的不断扩大、经济价值不断提高,而从高铝粉煤灰中(如神头电厂粉煤灰Al2O3含量在40%以上提取Al2O3或铝盐的技术逐渐成熟,人们认识到粉煤灰也是潜在的铝资源。萃取粉煤灰中的镓、钒,无疑是对宇航、电子工业的一大贡献。用石灰石烧结工艺生产的氧化铝具有白度高、粒度细及活性高等特点,可作精细化工原料,其性质为传统的炼铝法所不及,前者售价可比后者高出数倍乃至数10倍,且市场广阔。5 加快粉煤灰高技术产业发展的保障措施科学技术是第一生产力 ,所以要大力支持科研部门对粉煤灰高技术利用的研究。对科研课题立项的程序要简、时

22、间要短,经费要落实。世界各国都在粉煤灰综合利用方面花费了大量资金,我国是一个发展中国家,科研经费有限,更得要 好钢用在刀刃上 。目前开展粉煤灰综合利用的部门和研究粉煤灰高技术利用的单位很多,这是一个优势,但也存在着力量分散,某一个项目几个部门或几个单位重复研究的现象。这就需要国家有关部门进行调配,使各个部门、各个科研单位能分工协作,集中优势力量攻克几个重点项目,做到投资省、见效快,争取能在较短期间内实现工业化生产。从事粉煤灰高技术利用研究的科研人员要打破单位所有制,鼓励人才流动,或按科研项目需要在各部门、各单位进行调配,以发挥科研人员的特长,保证科研项目的顺利完成。对在粉煤灰高技术利用研究项目

23、上取得重大成果的科研人员要给予重奖,对科研成果可采取技术转让、专利转让、技术入股等多种转化为生产力的方式。对生产粉煤灰制品或从粉煤灰中提取有用物质的单位,无论是国营企业、集体企业还是个体企业,都应使其享受鼓励和优惠政策,并在银行贷款、税收政策、市场价格等方面给予扶持。要制定粉煤灰综合利用的有关法律,来保护生产粉煤灰制品或从粉煤灰中提取有用物质的单位的利益。对于在建筑工程中使用粉煤灰制品或在水泥和混凝土中掺粉煤灰,应以法律形式规定要求,并以法律形式限制红土砖的生产和使用,以扩大粉煤灰综合利用的市场,保护土地资源。对从事从粉煤灰中提取有用物质(如精选和回收空心微珠、碳粉、铁精粉及其他有价值的金属物

24、质等或利用空心微珠作塑料、橡胶、金属的填充剂的单位,由于前期投入大,资金回收周期长,所以要在一定的期间和一定的范围内实行免税政策。对粉煤灰质量、粉煤灰制品要制定有关国家标准、专业标准,使从事该行业生产的厂家能按有关标准组织生产和检验产品质量。此外还要设立专门检测机构,负责对粉煤灰及粉煤灰制品的质量检测。6 粉煤灰高技术产业15年发展远景设想据测算,随着我国电力工业的发展,每年粉煤灰的排放量要增加500600万t以上,而我国人均资源又相对比较贫乏,这就给综合利用粉煤灰、保护生态环境提出了更高的要求,粉煤灰综合利用率应当比其他国家高得多。据此,我们提出了再过15年我国粉煤灰综合利用率可以达到70%

25、(下转第50页排废水,加大废水回收重复利用率,从而可减少电厂的取水总量,达到节水的目的。节约的水费可以在23年收回节水改造的基建投资,经济性良好,而且,通过节水改造,适应了环保的需要。3 目前国内火电厂水务管理现状火电厂水务管理在我国还刚刚起步,至今还没有零排放的先例。循环冷却水采用闭式循环的电厂,普遍存在耗水量、排污量大,回用率、重复利用率低的现象。耗水率大部分在1.02.0m3/(s GW,有的甚至达到了2.4m3/(s GW,见表2。许多电厂灰场溢流水只能部分回收或根本不回收,综合性废水只做简单的酸碱中和处理后排放到周边环境中,造成环境污染。从表2看出,大同二电厂耗水率最低,仅为0. 64表2 国内部分火电厂耗水率比较表哈尔滨电厂2 200 1.40m3/(s GW,在国内属于节水型电厂,但每小时仍有超过1000t的废水排出,离 零排放 的目标还有一定的差距。4 零排放 水务管理的最佳途径对火电厂来讲,水务管理包含3个方面的内容:合理利用水源,让不同水质的水各尽其用;提高水的重复利用率;废水处理至达标排放或回用。火电厂废水 零排放 系统是美国、加拿大等西方工业化国家在70年代初期发展起来的较为先进的水务管理技术。所谓 零排放 ,并不是绝对不向周围环境排放任