摘要:隨著重慶市煙氣脫硫工程的推進(jìn),必將產(chǎn)生大量的煙氣脫硫副產(chǎn)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(duì)重慶市的環(huán)境尤其是生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要意義,而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。首先闡述了重慶燃煤電廠脫硫石膏的產(chǎn)生、特性及國內(nèi)外綜合利用現(xiàn)狀。結(jié)合重慶市實(shí)際情況,對(duì)脫硫石膏在建筑建材業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析,并提出了脫硫石膏綜合利用的建議。

關(guān)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(yán)重,尤其是SO2 污染,導(dǎo)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(zhì)量,例如“藍(lán)天行動(dòng)”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(shè)脫硫設(shè)施,現(xiàn)有燃煤含硫量大于1%的電廠應(yīng)采取二氧化硫減排措施。

隨著煙氣脫硫工程的推進(jìn),必將產(chǎn)生大量的脫硫副產(chǎn)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(shí)現(xiàn)廢物的資源化,不僅能產(chǎn)生良好的環(huán)境效益,而且能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1　國內(nèi)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(chǎn)已經(jīng)超過 20年。德國是脫硫石膏開發(fā)和應(yīng)用最發(fā)達(dá)的國家,也是最早采用脫硫石膏生產(chǎn)石膏板的國家,脫硫石膏利用率將近100%,日本對(duì)脫硫石膏利用率也較高,已經(jīng)達(dá)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(chǎn)建筑建材業(yè)中, 例如用脫硫石膏生產(chǎn)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(chǎn)水泥的緩凝劑使用等[ 2 - 4 ] 。農(nóng)業(yè)方面,脫硫石膏中含有的鈣化合物有利于作物的生長(zhǎng)和氣高作物產(chǎn)量, 并對(duì)土壤起到中和或調(diào)節(jié)作用[ 5 ] 。發(fā)達(dá)國家在脫硫石膏的利用上已經(jīng)形成了較為完善的研究、開發(fā)、應(yīng)用體系,其工藝設(shè)備也已專業(yè)化、系列化。

中國對(duì)脫硫石膏的綜合利用才剛剛起步,與這些發(fā)達(dá)國家間還存在很大的差距。目前,中國燃煤電廠生產(chǎn)的脫硫石膏主要用于石膏板生產(chǎn)和水泥行業(yè),另外在粉刷石膏、石膏粉、農(nóng)業(yè)、礦山填埋及公路路基回填材料等領(lǐng)域也有所應(yīng)用,但是均未達(dá)到規(guī)模應(yīng)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(chǎn)紙面石膏板等;杭州半山電廠將脫硫石膏供應(yīng)給附近中小紙面石膏板廠和石膏空心砌塊生產(chǎn)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(nèi)脫硫石膏的綜合利用率較低,尚未形成專業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)。國內(nèi)脫硫石膏在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)階段,田間大規(guī)模的應(yīng)用還比較少,可以作為今后的研究重點(diǎn)。

2　重慶市燃煤電廠脫硫石膏的產(chǎn)生及特性

2. 1　脫硫石膏的產(chǎn)生

重慶大多數(shù)的燃煤電廠采用的脫硫技術(shù)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(shù),其脫硫效率高、技術(shù)成熟,而且脫硫副產(chǎn)物具有較高的利用價(jià)值。其工藝過程是:煙氣經(jīng)鍋爐空氣預(yù)熱器出來,進(jìn)入電除塵器除掉大部分粉煤灰煙塵,再經(jīng)過一個(gè)專門的熱交換器,然后進(jìn)入吸收塔,煙氣中SO2 與含有石灰石的漿液進(jìn)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(xué)性質(zhì)和天然石膏具有共同規(guī)律,但作為一種工業(yè)副產(chǎn)物石膏,它具有再生石膏的一些特點(diǎn),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(zhì)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(zhì)含量少、純度高等特點(diǎn),是一種品質(zhì)較好的石膏。

3　煙氣脫硫石膏綜合利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到或超過天然石膏產(chǎn)品。

3. 1　技術(shù)可行性

通過對(duì)珞璜電廠的脫硫石膏分批進(jìn)行取樣分析,其品位達(dá)到天然優(yōu)質(zhì)二水石膏品位,是制作粉刷石膏的理想原料。脫硫石膏生產(chǎn)的建筑石膏性能優(yōu)異,強(qiáng)度比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)等品的強(qiáng)度值高40% ～45% (見表2) ,這為脫硫石膏的大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

脫硫建筑石膏粉具有粒度細(xì)、強(qiáng)度高的特點(diǎn),完全能滿足生產(chǎn)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(xué)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(tǒng)水泥類砂漿相比,具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能等特點(diǎn),且粘結(jié)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(dāng)?shù)奶砑觿?并經(jīng)過大量試驗(yàn)與工藝調(diào)整,使碳酸鈣、碳酸鎂的含量控制在115%以內(nèi),符合紙面石膏板的生產(chǎn)要求,生產(chǎn)出來的脫硫石膏板各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB /T 9775 - 1999的技術(shù)要求,部分指標(biāo)還優(yōu)于天然石膏生產(chǎn)的紙面石膏板(見表3) [ 8 ] 。工藝方面,只需在傳統(tǒng)的石膏板制造工業(yè)中增加烘干、煅燒系統(tǒng)即可,其他的工藝和設(shè)備無需更改,這使得利用脫硫石膏生產(chǎn)紙面石膏板在工藝技術(shù)上具有可行性。

研究表明[ 9 ] ,原狀濕式脫硫石膏、自然干燥或在 140℃以下預(yù)烘干的脫硫石膏能夠正常調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間,水泥性能正常發(fā)揮,水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間及安定性等指標(biāo)均達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。使用脫硫石膏的水泥生產(chǎn)線需增加儲(chǔ)存?zhèn)}、帶皮帶秤(計(jì)量設(shè)備)的堆棚、配料庫及喂料機(jī)等設(shè)備,并對(duì)投料口處的設(shè)備進(jìn)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(shù)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(yàn)中回填材料28 d時(shí)強(qiáng)度達(dá)325#水泥標(biāo)準(zhǔn),在膨脹率、溶出率等影響路基材料應(yīng)用性質(zhì)方面也符合有關(guān)要求[ 11 ] 。

3. 2　綜合利用脫硫石膏的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

對(duì)于缺乏天然石膏的地區(qū),如從外地購置天然石膏,其運(yùn)費(fèi)就是無法削減的成本,而且脫硫石膏的價(jià)格(一般在60元/ t)比天然石膏(市面價(jià)一般在 95元/ t)的價(jià)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(chǎn)的原料成本大大降低。天然石膏生產(chǎn)的粉刷石膏價(jià)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(jià)格在180～230元/ t左右,比前者低了150～200元/ t, 且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用效果較好。

另外,根據(jù)《國務(wù)院批轉(zhuǎn)經(jīng)貿(mào)委等部門關(guān)于進(jìn)一步開展資源綜合利用意見的通知》———國發(fā) (1996) 36號(hào)和財(cái)政部、國家稅務(wù)總局財(cái)稅字(1996) 20號(hào)通知精神,“以廢渣為原料生產(chǎn)的建材產(chǎn)品免征增值稅”,本產(chǎn)品將享受免稅政策。因此,綜合利用脫硫石膏在經(jīng)濟(jì)上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

4　重慶市脫硫石膏應(yīng)用前景分析

重慶市環(huán)境保護(hù)條例規(guī)定, 燃煤含硫量大于 1%的電廠都要設(shè)置脫硫設(shè)施,按照煤含硫量1%計(jì)算,重慶市每年將產(chǎn)生脫硫石膏約85萬噸。隨著人們對(duì)大氣環(huán)境的要求越來越高,且品質(zhì)優(yōu)良的天然石膏儲(chǔ)備日益減少,脫硫石膏的生產(chǎn)與應(yīng)用蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)機(jī)遇,相信在不久的將來會(huì)有大量的脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)建材制品。

4. 1　應(yīng)用于水泥行業(yè)

只需把脫硫石膏制成且具有一定的強(qiáng)度、直徑為Φ20～40的球,脫硫石膏即可作為水泥生產(chǎn)中的緩凝劑使用,這是脫硫石膏的一個(gè)較大的用戶。根據(jù)重慶市經(jīng)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(chǎn)量約2 700萬噸,水泥生產(chǎn)過程需摻加熟料質(zhì)量3% ～5%的二水石膏作緩凝劑,按平均4%計(jì)算,則重慶市每年可消耗脫硫石膏108萬噸。

4. 2　用于生產(chǎn)建筑石膏粉

建筑石膏粉是對(duì)脫硫石膏進(jìn)行煅燒、破碎、制粉而成,操作工藝較為簡(jiǎn)單,如果僅僅生產(chǎn)石膏粉,雖然有市場(chǎng),但其產(chǎn)品附加值較低,建廠生產(chǎn)收益并不是很大。因?yàn)榻ㄖ喾凼巧a(chǎn)紙面石膏板、粉刷石膏、石膏砌塊等的原料,這些產(chǎn)品的附加值就較高,在充分進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研之后,可以在生產(chǎn)石膏粉的基礎(chǔ)上增加紙面石膏板、粉刷石膏等的生產(chǎn)線,以提高經(jīng)濟(jì)效益。

4. 3　用于生產(chǎn)紙面石膏板

制造紙面石膏板是脫硫石膏另一個(gè)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(gè)區(qū)縣都規(guī)劃建設(shè)紙面石膏板生產(chǎn)線,僅以江津市年產(chǎn)2 000萬平方米紙面石膏板生產(chǎn)線計(jì)算,按照每平方米使用10公斤脫硫石膏計(jì)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(zhǎng),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(shè)用地面積為3 117萬m2 , 2006年住宅竣工面積達(dá)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(nèi)墻墻面和天花板面占整個(gè)建筑需粉刷表面及砌筑所用砂漿量的近70%計(jì)算,重慶每年建筑內(nèi)墻需要189萬t 抹面砂漿,按石膏與料1z 3比例計(jì)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(zhì)和施工特點(diǎn),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(jìn)以及人們環(huán)保意識(shí)的提高,粉刷石膏系列產(chǎn)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(zhì)的新型建材已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

4. 5　利用于制造石膏砌塊

中國雖在外墻建設(shè)中大力推薦以石膏砌塊代替實(shí)心粘土磚,但目前最大的石膏砌塊生產(chǎn)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(chǎn)線都是10萬m2 以下的小生產(chǎn)線,用量不大,市場(chǎng)未推開。

4. 6　用于制造模具石膏

中國模具石膏市場(chǎng)較大,但是目前使用脫硫石膏制造模具石膏還存在技術(shù)工藝和脫硫石膏白度的問題,工藝不成熟,有待進(jìn)一步開發(fā)新技術(shù)。

4. 7　用作回填路基材料

“十一五”期間,重慶市將繼續(xù)加強(qiáng)公路建設(shè)。重慶市加大縣際公路升級(jí)改造力度,新建二級(jí)公路 2 000 km 左右,形成主要由7 000 km 一、二級(jí)公路構(gòu)成的縣際公路網(wǎng)。實(shí)施農(nóng)村公路通達(dá)、通暢工程, 新建、改建416萬km農(nóng)村公路。

大規(guī)模公路建設(shè)對(duì)路基回填材料量的需求很大,對(duì)質(zhì)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(nóng)業(yè)上的應(yīng)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(nèi)近年來也有不少的研究,但是大多數(shù)都還處于實(shí)驗(yàn)室研究水平,田間的規(guī)模應(yīng)用還比較少,雖然脫硫石膏在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用前景是廣闊的,但是現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)廠應(yīng)布置在離電廠不遠(yuǎn)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(jīng)濟(jì)理念,當(dāng)?shù)卣畱?yīng)鼓勵(lì)脫硫石膏綜合利用項(xiàng)目的實(shí)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(shù),結(jié)合地域特點(diǎn)、企業(yè)實(shí)際、資源現(xiàn)狀、應(yīng)用前景等,積極、穩(wěn)妥地處理脫硫副產(chǎn)物石膏,讓大量的脫硫石膏盡早地變廢為寶。

參考文獻(xiàn):

[ 1 ]戴夏海,錢華. 上海燃煤電廠煙氣脫硫石膏利用前景分析[ J ]. 上海環(huán)境科學(xué), 2006 (2) : 47 - 50.

[ 2 ]陳云嫩. 煙氣脫硫石膏的綜合利用[ J ]. 中國資源綜合利用, 2003 (8) : 19 - 21.

[ 3 ]張?bào)@宇,孫樂,侯世勇. 電廠脫硫產(chǎn)物的處置和綜合利用[ J ]. 內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué), 2007 (3) : 99 - 102.

[ 4 ]劉紅巖,施惠生. 脫硫石膏的綜合利用[ J ]. 粉煤灰綜合利用, 2007 (2) : 55 - 56.

[ 5 ] Patrieia Strffan & Dean Golden,趙鵬高譯. 煙氣脫硫石膏的綜合利用———現(xiàn)行實(shí)踐綜述和市場(chǎng)潛力評(píng)估[M ].

[ 6 ]蘇成,郭欣. 華能珞璜電廠脫硫石膏的綜合利用 [ J ]. 粉煤灰, 2003 (3) : 42 - 43.

[ 7 ]李傳熾,李波. 太原熱電廠脫硫技術(shù)的特點(diǎn)及脫硫石膏的利用[ J ]. 粉煤灰, 2003 (2) : 18 - 19.

[ 8 ]賈同春,翟學(xué)雷,趙秀云. 脫硫石膏在紙面石膏板生產(chǎn)中的應(yīng)用[ J ]. 建筑石膏與膠凝材料, 2004 (8) : 15 - 16.

[ 9 ]王堯冬,李陽. FGD脫硫灰渣及其用于水泥緩凝劑的研究[ J ]. 粉煤灰, 2005. 1: 19 - 20; 24.

[ 10 ]成先紅,張梅. 脫硫石膏在中國推廣應(yīng)用的技術(shù)和市場(chǎng)前景分析[ J ]. 礦冶, 1999, 8 (4)

[ 11 ]陳云嫩. 煙氣脫硫石膏的資源化利用[ J ]. 金屬礦山, 2003. 8

[ 12 ]夏鷹峰,滕華. 利用脫硫石膏開發(fā)粉刷石膏砂漿產(chǎn)品[ J ]. 粉煤灰, 2005. 5: 40 - 41.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”