火电厂固体废弃物的资源化综合利用策略研究
摘要：将火电厂固体废弃物视为资源，用于其他行业的生产建设，实现“变废为宝”，已逐渐成为主流思想。本文介绍了火电厂固体废弃物的产生及分类，结合传统处理方式的弊端和当代处理所遵循的原则，并以粉煤灰、脱硫石膏为例阐述其综合资源化利用方法，并分析如何形成“产业链”。
关键词：火电厂；固体废弃物；资源综合利用；产业链；变废为宝
1 简介
火力发电厂采用的是煤炭、石油、天然气等人们所熟知的能源，通过一系列过程，将能源本身所蕴含的能量依次转化为热能、动能、电能，然后供给广大用户。燃烧能源产生的固体废弃物如果不能得到有效处理，必然会对自然环境造成极大的破坏。将其作为原料，进行资源综合利用，符合可持续发展的理念。
2 火电厂固体废物产生及分类
一般而言，火电厂固体废弃物主要以火力发电（仅燃烧煤炭）方式产生，即煤炭在高温燃烧后，所含的能量释放出来，形成类似火山灰成分的混合“废弃物”，包括粉煤灰、煤渣、碎屑等。过去很长一段时间，由于燃烧不充分，固体废弃物中残留大量硫元素及含硫化合物，若直接排入自然环境或用于其他行业建设，势必造成大面积的硫污染；若由火电厂进行脱硫，则需要极高的成本，从而降低利润。近年来，随着脱硫技术的不断升级和理念的转变，结合流化技术对固体废弃物进行脱硫后，可形成脱硫石膏，不仅可直接用于加工和建设，还可大大减少石膏开采量，有效保护自然资源。粉煤灰经转化后可替代水泥。 现代火电厂固废资源综合利用的主要原料是粉煤灰和脱硫石膏，表1为粉煤灰的分类及性质；表2为脱硫石膏的性质及成分分析。
表1 粉煤灰的分类及性质
表2 脱硫石膏性质及成分分析
3 我国火电厂固体废物传统处理方法及当代原则
传统的火电厂固体废弃物处理方式是填埋、露天堆放，不仅占用了大量宝贵的土地资源，而且煤灰中残存的含硫化合物等有毒污染物质会逐渐流向地下土层，造成严重污染并逐渐蔓延，最终导致对生态环境造成毁灭性的打击。基于此，学术专家和政府部门对如何处理火电厂固体废弃物进行了反复探讨，得出了以下几点结论：一是处理。固体废弃物必须进行无害化处理，这是一切的前提，未经处理的废弃物不能随意转移；二是处置。按照一定的原则将处理后的废弃物运至指定地点，中途要保证安全，避免丢失、泄露等；三是综合利用。按照可持续发展的理念，将处理后的废弃物应用于工业生产建设或其他能够有效利用的行业；若暂时无法利用，则适用第二条原则。 概括它的原理，就是材料回收（可用材料的再利用）、材料转化、能量转换。
4 火电厂固体废弃物综合利用策略分析
4.1粉煤灰资源综合利用
对粉煤灰化学成分分析表明，二氧化硅含量至少为40%，氧化铝含量至少为15%，三氧化二铝含量最多为40%。一般情况下，粉煤灰中这两种化合物至少占总含量的70%，且尚具有一定的活性，经过技术处理后，可转化为符合工业需要的建筑原料，从而得到利用。
在水泥材料生产过程中，经常需要加入粘土，而使用粉煤灰可以起到很好的替代作用，既可以减少粘土的消耗，又可以充分利用其中的残碳，从而减少生产过程中的燃料消耗量。根据粉煤灰内部化合物的含量，最终可以生成硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。将三者进行比较可以发现，粉煤灰硅酸盐型水泥抗硫酸盐侵蚀的能力最强，与水接触后反应放出的热量很低。另外，粒径大、活性强、含碳量低的粉煤灰性能良好，非常适合民用和工业建筑、大体积水上混凝土工程、地下及水下混凝土工程等。
经过大量的混凝土配合比试验得知，在1m3混凝土中添加50kg~100kg粉煤灰硅酸盐水泥，其性能与同等质量的普通水泥无明显差异。经过脱硫处理的粉煤灰还可与生石灰、水泥、石膏、铝粉等混合，加水搅拌成浆体后，注入特定的模具中再蒸干，就成为一种新型的建筑材料。它质轻多孔，除具有一定的强度外，还具有极强的防火性能和保温性能，质地比较柔软，适合多种加工方式。
4.2脱硫石膏资源综合利用
脱硫石膏生产工艺不仅能很好的处理煤渣中的含硫化合物，而且可以完美利用煤炭资源燃烧过程中产生的SO2，将其转化为无毒无污染的硫酸根离子。这种充分利用化学反应的处理方法值得推广。首先SO2与水反应得到H2SO3，再经过氢离子萃取、氧化反应得到HSO4-离子；其次进一步萃取氢离子，得到“十全十美”的SO42-硫酸根离子；最后渣中游离的钙离子、碳酸根离子、氢离子、硫酸根离子与水反应，最终生成脱硫石膏，即同时生成无毒的二氧化碳。在这个过程中，任何游离的、有毒的硫酸根离子都转化成固体无毒的硫酸钙。 经精确测算，每生产2.7吨脱硫石膏仅消耗1吨二氧化硫，因此完全不用担心处理过程中残留有毒含硫化合物的问题。与天然石膏相比，脱硫石膏在水化动力学、凝固特性、物理性质等方面均无明显差异，不具有任何放射性，完全可以替代天然石膏的作用。
4.3火电厂固体废弃物资源化利用“产业链”实践分析
传统观念中，火电厂固体废弃物的有效处理已耗费相关企业的心血，若在此过程中能降低木材成本，则堪称“突破”。在当代经营理念中，“变废为宝”已不再是天方夜谭。采用“石灰石—石膏湿法”处理固体废弃物得到的脱硫石膏、水泥、混凝土加工方法产生的粉煤灰硅酸盐水泥，均可作为高性能产品投放到建材市场。尤其是脱硫石膏产量大、品质高，市场需求巨大，不必担心“无人问津”。例如，某火电厂完成全年火力发电任务时，产生的粉煤灰达60万吨，经过处理转化后，可获得10万吨粉煤灰硅酸盐水泥和20万吨脱硫石膏。 除转化过程中变成气体的部分外，其余废渣均为无毒无害物质，排入自然界后不会造成任何污染。热电厂周边有多家建材公司，可以快速采购这两种原料，形成了“热电厂-建材公司-市场”的稳定供应。根据年终核算，固废转化所获得的经济收益超过5000万元，同时为建材市场节省了500万元普通水泥材料费用，真正实现了“变废为宝”；
5 结论
火电厂发电的过程就是通过化学手段实现能量的转化。基于此，在处理固体废弃物时，也应该以化学思维为出发点，详细分析、准确计算废弃物中化学元素的含量，并根据具体数据制定有效的资源综合利用方案。此举不仅有利于保护生态环境，还可以降低废弃物处理成本，增加额外收入，可以说是“一举两得”。