（分析化学专业论文）齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究.pdf

齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究中文摘要 中文摘要 在完成论文的过程中，收集了有关粉煤灰综合处理与利用方面的详细文献，并对 齐鲁石化公司热电厂粉煤灰产生与综合利用现状进行了较为详细的统计，同时对洋浒 崖灰场扬尘进行了为期3 年的系统监测，并对扬尘污染现状与趋势进行了初步的分 析。结果发现随着齐鲁石化公司热电厂排灰量的不断增加，灰场面积快速增加，使得 灰场扬尘污染现象有逐年加剧的趋势。污染的程度取决于灰场附近风力的大小。0 - 2 级风不会产生扬尘。3 级风时粉煤灰颗粒主要以滚动或跃动的形式进行风力搬运。当 风力达到4 级以上时，就能够引起粉煤灰的扬尘污染。从飞灰污染发生的频率上看， 发生频率最大的是在3 - 5 级风的天气条件，占8 3 左右；6 - 7 级风的天气条件占1 6 左右：而在8 级以上的天气条件下粉煤灰污染发生频率低，但污染的强度与范围是最 最大、展广的。 在此基础上，在室内开展了粉煤灰扬尘与风速、粉煤灰颗粒含水率、灰面化学固 化特点、植物覆盖度或用土覆盖度等方面的相关实验研究。实验结果显示当风速大于 2 5 m s ( 天气预报预报的风力在3 级以上) 时，有可能出现扬尘；而当预报的风力在 6 级以上时，就有可能会产生恶劣扬尘现象，一定要做好防护工作。 控制扬尘的方法国内外目前普遍采用浇水防尘法，植物群落防风固尘法、灰面固 化法及覆土法等。采用浇水防尘法时，只要使表面一定厚度的粉煤灰颗粒含水率达到 8 5 目p 可，以节约水资源与污染防治成本。采用植物群落防尘时，在植物生长期群落 盖度达到8 5 时，就能够有效地起到防风固尘作用。采用目前的化学固化剂进行固化， 喷施量为8 0g ( 干固形物) m 2 就能够达到防止灰面扬尘的目的。采用覆土法时，一般 的覆土厚度要达到3 0 c m 并要与植物防尘等方法相结合。 化学固化法为单项最优控制技术，其次为覆土法。按照目前齐鲁石化热电厂洋浒 崖灰场现有防风固尘措施，研究结果认为化学固化法配合现场的树木是最佳的综合防 尘技术，具有成本最低，效果最好，施工容易，管理方便等优点。 关键词：齐鲁石化热电厂：洋浒崖灰场；扬尘污染；控制技术；最优化 作者：朱勋杰 教师：刘德启 齐鲁石化熟电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术发优化研究 英文摘要 s m d yo nt h eo p t i m i z a t i o no ff l y a s hp o l l u t i o nc o n t r o li ny a n gh uy ao fq il u p e t r o c h e m i c a lp o w e rp l a n t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , i th a sc o l l e c t e d t h ed e t a i l e dd o c u m e n t sa b o u tt h e c o m p r e h e n s i v e 缸e 砒m e n ta n du t i l i z a t i o no ff l y - a s h w h i l ei th a sao v e r a l ls t a t a i s t i c a la n y l y s i so ff l y a s hi n t h et h e r m a lp o w e rp l a n tq il up e t r o c h e m i c a lc o m p a n y y a n gh uy ah a sb e e ns y s t e m i c a l l y m o n i t o r e df o rt h i n ey e a r sa n dt h ep o l l u t i o no fd u s ta n dt r e n d sh a v eb e e np r e l i m i n a r i l y a n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef l y a s hp o l l u t i o nw a si n c r e a s i n gy e a ra f t e ry e a rw i t h t h ea r e ao ff l y a s he x p a n d i n ga n df l y a s hq u a n t i t yi n c r e a s i n gf r o mt h et h e r m a lp o w e rp l a n t o f q il up e t r o c h e m i c a lc o m p a n y t h ee x t e n to f p o l l u t i o ne x t r e m e l yd e p e n d e do nt h ew i n d p o w e r ：0 - 2l e v e rw i n dw i l ln o tp r o d u c ed u s t t h ef l ya s hc a l lr o l la n di l o v eu n d e rt h e 3 - l e v e lw i n d a b o v et h e4 - l e v e lw i n d ，i tc a nc a u s et h ef l ya s hp o l l u t i o n i to f t e nh a p p e n s f l ya s hh a z a r d si nt h e3 - 5l e v e l 谢n d ，w h i c ha c c o u n t e df o r8 3 ，6 - 7l e v e lw i n da m o u n tt o 1 6 t h ef l ya s ho c c u r e di nl o wf r e q u e n c yu n d e r8 - l e v e lw i n d , b u t t h ep o l l u t i o ni st h e m o s ti n t e n s i t ya n di nt h el a r g e s ts c o p ea n dm o s tw i d e l y o nt h i sb a s i s ，i ta l s od i s c u s s e dt h ec o r r e l a f i v i t ya m o n gt h ef l ya s ha n dt h ew i n ds p e e d , m o i s t u r ec o n t e n to fa s hp a r t i c l e s , g r a y - c h e m i c a lc u r i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，p l a n ta n ds o i l c o v e r a g et h r o u g he x p e r i m e n ti nd o o r s ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r e s e n t e dt h a ti tm i g h t p r o d u c ef l yd u s tw h e nt h ew i n ds p e e dr e a c h e d2 5 m s ( t h ew e a t h e r 。f o r e c a s tw i n di su pt o3 l e v e l l w h i l ei tw a sp o s s i b l et op r o d u c et h ef l y a s hd u s tp h e n o m e n o na st h ew i n du pt o6 l e v e l w es h o u l dd om u c hg o o dp r o t e c t i o nm e a s n r e s a tp r e s e n tw a t e r i n gf o rd u s t p r o o f , p l a n tc o m m u n i t yo fs h i e l d i n gg r a y - c a r i n gm a dc o v e r i n gs o i lm e t h o d sa r ec o m m o n l yu s e d f o rc o n t r o l l i n gd u s ta th o m ea n da b r o a d i tc o u l dc o n s e r v ew a t e rr e s o u r c e sa n dt h ec o s to f p o l l u t i o nc o n t r o lb yw a t e r i n gf o rd u s t p r o o f , b e c a u s ei tw a ss u f t i c i e mt oc o n t e n t8 5 o f m o i s t u r e w a t e ri nt h ef l yd u s t t h a tp l a n tc o v e r a g er e a c h e d8 5 w a sa b l et oe f f e c t i v e l y s h i e l ds o l i dd u s tb yu s i n gp l a n tc o m m u n i t yf o rd u s t p r o o f t h es p r a y i n gq u a n t i t yo f8 0 9 m 2 o fc h e m i c a lc o v e r i n ga g e n t sc o u l dp r e v e n tt h ef l y a s hd u s tp o l l u t i o n u s i n gc o v e r i n gs o i l m e t h o d sc o m b i n d e dw i t hp l a n tf o rd u s t p r o o f a n dt h e1 1 l i c k n e s so f s o i ls h o u l do b t a i n3 0 c m n ! 堕竖型垡坐坠】塑堡童茎堑塑竺丝型塾! 鲨些堡塞 墨奎垫塞 a c c o r d i n gt ot h ee x p e r t so p i n i o n sa n ds u r v e y s ，c h e m i c a lc u r i n gi st h eb e s tm e l l l o d s f o l l o w e db yc o v e r i n gs o i l b a s e do nt h ed u s tp r e c a u t i o nm e a s u r e si ny a n g h uy ao fq il u p e t r o c h e m i c a lc o m p a n y , t h er e s u l t sp r e s e n t e dt h a tt h ec h e m i c a lc u r i n gw i t ht r e e si st h e b e s tm e t h o d sw i t ht h el o w e s tc o s t ，m o s te f f e c t i v e ，e a s yc o n s t r u c t i o n s e a s y t e c h n o l o g ya n d o t h e ra d v a n t a g e s k e y w o r d s ：q il up e t r o c h e m i c a lc o m p a n y ；y a n gh uy a ；f l y a s hp o l l u t i o n ；c o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y ；o p t i m i z a t i o n w r i t t e nb y ：z h ux u n j i e s u p e r v i s e db y ：l i ud e q i i l l 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或 撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承 担本声明的法律责任。 研究生签名： 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国 社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论 文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 憋目 击胁扛日 期：幽：! ! ：! 期：趔型l 塑 齐鲁石化热电厂洋辩崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 1 1 粉煤灰的来源 第一章前言 粉煤灰是指工业企业、人民生活等所需要的热能、电能以煤粉燃烧来提供，在电 力或蒸汽、热水等生产过程中排出灰渣的总称。一般，粉煤灰的主要来源是以煤粉为 燃料的火电厂和城市集中供热锅炉。几十年来。在我国能源构成中，火力发电一直都 是我国一种主要的能源形式，至今仍然占有7 0 * , 左右的比例，参见我国能源结构比例 图1 。中国在2 0 0 0 年的能源消耗总量是近1 3 亿吨标准煤，其中煤炭达9 0 7 亿标准煤， 占6 9 9 0 , ：石油达3 2 4 亿吨标准煤，占2 5 ：天然气和一次电力分别是3 6 亿吨和2 9 亿吨标准煤，分别只占总量的2 8 和2 3 嘣。“。随着产业结构的调整和清洁能源的 进一步发展，目前我国基本上已经形成了以煤炭为主、多种能源互补的能源结构，但 是一次能源生产和消费的6 5 左右仍为煤炭，在今后几十年中这种格局不会发生大的 改变。但在一次能源为我国经济与社会发展发挥决定性作用的同时，而在消费过程中 所产生的负面作用越来越明显，龙其是粉煤灰的环境污染及其堆存占用土地的问题， 以及煤在燃烧过程中排放大量污染物所造成的大气污染问题。当前，我国大气环境污 染为典型的能源消费型污染，而以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式是造成 能源环境问题不可忽视的原因。据统计，目前全国8 5 的二氧化碳、9 0 的二氧化硫 和7 3 的烟尘都是由燃煤排放的。化石燃料燃烧产生的二氧化碳能够引起全球气候的 变化，大气污染中仅燃煤排放的温室气体一二氧化碳造成的经济损失就占g d p 的 2 2 。我国的二氧化碳排放量居世界第二位，占全世界的1 3 。据专家估计，以煤 炭为主的矿物能源消费的增长，将使我国温室气体和二氧化碳的排放在未来1 0 年内 有明显的增长，在随后的2 0 年可能趋于平稳，2 0 3 0 年将达到相当于美国目前的排放 水平。同时，我国在1 9 9 5 年就已经成为全球二氧化硫排放最多的国家，超过了欧洲 和美国。目前全国火力发电厂产生的二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放总量的 4 0 ，预计到2 0 1 0 年将会达到6 0 。有关统计计算表明，2 0 世纪9 0 年代中期，我 国由于酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人民健康等方面的经济损失约为1 1 0 0 多亿元，已接近当年国民生产总值的2 。由此可见，化石能源消费引起的环境污染 治理已成为我国国民经济发展中的重大问题，它又成为制约我国经济和社会发展的重 1 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 要因素。 煤炭 7 5 ，一 一次电力天然气 1 7 删 2 图1 我国火力发电占能源结构的比例 f i g 1r e s t r u e t u r eo f e n e m ys o u r c e 煤在燃烧的过程中，会产生大量的气态污染物和固态粉煤灰。一般来讲，燃烧5 吨煤，就会产生1 吨粉煤灰。据统计，1 9 9 5 年我国火电厂排放的粉煤灰量为1 1 7 亿 吨，1 9 9 8 年我国粉煤灰排放量高达1 4 亿吨，2 0 0 0 年已达到1 6 亿吨。到2 0 0 5 年全 国粉煤灰年排放量已经增加到3 亿吨以上，占全国工业固体废物的比例已达6 0 以 上。并且，随着大型燃煤电厂的建成投产，粉煤灰的产生量仍然将会以平均每年1 5 的速度递增，这将会产生巨量的粉煤灰，并被排入到环境中去。因此，粉煤灰已经成 为工业“三废”物中固体废弃物的主要构成成分【5 。7 1 。这些粉煤灰一般都是用湿法管道 排放到灰场中的，在灰场在经过灰水分离，水一般再回用到生产过程，而粉煤灰则不 断的在灰场中淤积，就形成了粉煤灰场。参见图2 - 5 。 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 图2 工作中的火力发电厂冷却塔 f i g 2t h ec o o l i n gt o w e r si nf u e le n e r g yp l a n t s 图4 湿法排灰中的粉煤灰淤灰过程 f i g 4t h ed e p o s i t i n gc o u r s ei nf l y a s hf i e l d 1 2 粉煤灰的理化性质 鬻鞴 骥鬻蒸瓣蘸勰臁 曩，纛烹妻墨囊i 鬻鍪i i 豢l 溪 图3 湿法排灰中粉煤灰管道输送出 口 f i g 3t h em o u t ho ff l y a s ht r a n s p o r t i n gl i n e w i t hw e t m e t h o d 图5 灰场干时的粉煤灰灰面特征 f i g 5t h ec h a r a c t e r so fd r yf l y a s hf i e l d 从粉煤灰的物理性质上看，粉煤灰的外观类似水泥，粉煤灰是固体物质的细分散 相，颜色灰白色至黑色。颜色从乳白到灰黑，颜色的变化在一定程度上反映了它的细 度和含碳量，颜色较黑的粉煤灰中粗粒较多，含碳量教高。其细度极高，颗粒粒径在 0 5 3 0 0 微米之间。在粉煤灰的形成过程中，炉膛的高温常使煤中的许多矿物质呈熔 齐耆石化熟电厂洋辩崖灰场扬尘控 占! f 技术及优化研究第一章前言 融状态，由于表面张力作用粉煤灰颗粒大部分为空心微珠；微珠表面凹凸不平极不均 匀，微孑l 较小；一部分因在溶融状态下互相碰撞而连接，成为粗糙表面，棱角较多的 蜂窝状粒子颗粒粒径集中在0 5 3 0 0 i _ t m 之间，约占8 5 以上【引。正是基于此，粉煤灰 的粒度较细，比重2 1 1 - 2 1 4 9 c m 3 ，低于土壤颗粒的密度，容重5 5 0 1 0 0 0g ，c m 3 ，我国 粉煤灰的平均比重为2 1 4 9 c m 3 ，平均容重为7 8 3 k g m 3 ，比重和容重可反映其各种成 分的相对含量和结构特征。粉煤灰具有非常大的比表面积。一般比表面积 2 0 0 0 - 4 0 0 0 c m 2 g ，在粒径上相当于砂级 9 1 ，我国粉煤灰的比表面积平均为 1 6 0 0 - 3 5 0 0 c m 2 g 。粉煤灰吸附气态水的能力和吸水的能力与土壤大致相同。最大吸湿 水在4 1 5 - 8 1 2 9 k g 间，晟大吸水量在4 1 7 - 1 0 3 8 9 k g 之间【8 l ，需水量为1 0 6 左右，不 同的粉煤灰之间的差异较大。 从其化学性质上看，粉煤灰属于火山灰质物质，其中的无机化学成分基本保持了 原煤燃烧前的原有组分，但它们在粉煤灰中有浓缩的趋势。习惯上，根据化学成分中 的c a o 含量的不同，般有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。我国粉煤灰的化学组成 参见表1 1 0 - 1 2 l 。 表1 我国粉煤灰化学成分及其含量特征 t a b l e1t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n si nf l y a s ha n di t sc h a r a c t e r si nc h i n a 化学成分低钙粉煤灰的化典型粉煤灰的化学成分臃 学 低钙粉煤灰高钙粉煤灰 成分变化范围 膈 s j 0 2 4 0 6 05 4 93 9 9 a 1 2 0 3 1 7 3 52 5 81 6 7 f e 2 0 3 2 1 5 6 9 5 8 c a o1 - 1 08 7 2 4 3 m g o o 5 21 8 4 6 s 0 3 o 1 2o 63 _ 3 n a 2 0 0 5 40 61 3 烧失量 1 2 6 4 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 从粉煤灰的矿物组成上看，粉煤灰的矿物与原煤中的矿物有关。原煤所含矿物主 要是硅铝酸盐矿物，氧化硅，黄铁矿，磁铁矿，赤铁矿，碳酸盐，硫酸盐，磷酸盐和 氯化物等，煤在燃烧过程中，原生矿物发生化学反应，形成各种矿物和玻璃体。因此 煤主要是由玻璃微珠，海绵状玻璃体，石英，氧化铁。碳粒，硫酸盐等矿物组成。其 他矿物还有云母，长石，石灰，氧化镁，石膏，硫化物氧化钛等。矿物组成一般是玻 璃体占优势，含量最多可达8 5 以上( 重量百分比) ，矿物结晶体则较少。其活性主 要取决于非晶态的玻璃体的成分以及结构和性质，而不取决于结晶矿物。在粉煤灰的 粒群特征上表现出粉煤灰由多种颗粒态机械混合的粒群，其质量的好坏很大程度上取 决于各种颗粒的组成及其组合百分比的变化。粉煤灰颗粒大致可以分为：珠状渣状， 钝角，碎屑及粘聚颗粒等5 种。 齐鲁石化公司熟电厂洋浒崖灰场粉煤灰的理化性质参见表2 。该厂粉煤灰为不规 则多孔疏松体，颗粒细小，粒径锄0 2 m m 占4 0 以上。主要矿物为莫来石，石英晶 体及少量的残碳。 表2 齐鲁石化公司热电厂粉煤灰化学成分 t a b l e 2t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n si nf l y a s hf r o mq i l uf u e lp o w e rp l a n t l 成份s i 0 2a 1 2 0 3f e 2 0 3 c a o m g o s o s烧失量 i 含量 4 6 6 22 4 4 4 9 9 32 4 61 9 6o 8 11 0 5 2 因此，从粉煤灰的化学成分和矿物组成看，粉煤灰是一种人工火山灰，具有一定 的火山灰特性。从我国可持续发展战略角度出发，粉煤灰是一种可充分利用的资源。 我国粉煤灰综合利用工作发端于上世纪5 0 年代，在8 0 年代得到了飞速发展。国家 把资源综合利用作为经济建设中的一项重大技术政策，提出了一系列鼓励措施和优惠 政策，并于1 9 8 7 年在第二次全国资源综合利用会议上，确定把粉煤灰作为全国资源 综合利用的突破口。在此期间，全国研制开发了5 4 种粉煤灰综合利用项目的产品， 例如粉煤灰已应用在水泥、砂浆和混凝土、新型墙体材料、筑路与回填、轻质保温材 料以及改良土壤、配制复合肥、提取铝、铁、微珠，并把粉煤灰微珠用于塑料填料、 阻火材料等方面，这些研究工作都取得了可喜的成绩，从而使粉煤灰的综合利用率迅 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 速达3 5 以- ：t ”6 1 。目前，粉煤灰主要应用在建材、建工、道路、填筑和农业等五个 方面f 钊，其中用灰量最大的是建材行业，约占粉煤灰总用量的3 0 。粉煤灰主 要是用作水泥原料、水泥混合料等2 3 。3 3 】。含有粉煤灰的水泥由于可使凝固速度变缓， 在凝固早期强度虽有所降低，一旦凝固后其后期强度会不断升高，特别是在高温的夏 季，用含粉煤灰的水泥不仅提高建筑质量，还可省去不断洒水降温的诸多麻烦。在农 业应用方面，虽然不如建材、建工、道路和回填过程的用灰量大，但在改良土壤、制 作农肥、农药载体等许多方面用途广泛。由于粉煤灰是多种颗粒的机械混合颗粒，添 加适量的粉煤灰，对改善土壤结构，增加土壤孑l 隙率，改善粘质土壤的物理性质、调 节地温大有裨益。而且由于粉煤灰含有一定的硅、钾、钠、钙、镁等，可制成复合肥 料 3 4 , 3 5 1 。另外，粉煤灰中还可提取碳、铁、铝、锗等矿物质，进行资源的回收与利用； 同时还可利用粉煤灰表面积大、孔隙多、吸附性能好的特点，处理各种工业废水1 3 6 - 3 s l 。 从总体上看，我国火力发电厂产生的粉煤灰的利用率与发达国家相比存在较大差 距。由于多种原因，近年来粉煤灰年利用量有所下降，在总量不断增加的同时，这无 疑了粉煤灰场的堆存量，这也从另一方面增加了粉煤灰场的灰面暴露面积，从而又会 加剧粉煤灰的环境污染现象。 1 3 粉煤灰的生态环境危害 火力发电厂作为我国能源结构中的主要贡献者，它在不断为工农业生产和人民生 活带来方便的同时，所产生的大量粉煤灰却成为巨大的污染源和社会公害之一。近年 来，随着火电建设的不断发展，粉煤灰的排放量迅速增加，不仅占用大量的土地资源， 而且灰场扬尘也给当地生态环境造成了严重的二次污染，这一目题在世界范围内已日 益引起广泛关注【l - 1 0j 。粉煤灰的主要生态环境危害体现在以下几个方面。 第一，灰场占用大量的农田，浪费了土地资源。目前，我国燃煤所产生的粉煤灰， 正以日益迅猛的速度吞食着有限的国土和良田。据统计，1 9 9 6 年，我国已累计堆存 粉煤灰1 9 亿多吨，占地2 0 余万亩，每年还有4 0 0 万吨排入江河湖海。2 0 0 0 年，累 计超过5 亿吨的粉煤灰占地面积增加到5 0 余万亩，使得本来有限的土地资源更加紧 张，并且建灰场需投资几十亿元。 第二，扬尘会造成严重的空气污染现象。灰场的粉煤灰在干燥的情况下，只要有 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 四级风力，即可将表层的粉煤灰颗粒剥离、扬弃，扬灰高度可达2 0 5 0 m ，是灰场周 围大气中的主要颗粒污染物之一。悬浮于大气中的粉煤灰不仅影响能见度，而且在潮 湿环境中它还会对建筑物，工程设施的表面造成腐蚀。 第三，湿法排灰不仅浪费大量的水资源，同时也会造成水资源的污染现象。一般 地，湿法排放一吨粉煤灰，需要消耗2 0 吨水，参见图片3 、4 。因此，湿法排灰对水 资源的浪费极大。另外，在排灰过程中，灰水的下渗与外排又会造成对周围水体的二 次污染现象。粉煤灰进入水体，一般可使水浊度大大增加，形成的沉积物会堵塞河床、 悬浮物和可溶物会恶化水质。 第四，污染土壤环境。灰场的粉煤灰在风力的吹扬下，迁移速度快，一旦其降落 到地面就会污染土壤环境，造成土壤碱化及其它方面的影响，例如其中所含的重金属 离子、有毒物质、放射性物质等有害污染物在土壤中迁移，会被植物吸收，从而影响 农作物的产量与品质，也会影响其他植物的生长，同时也会秧及养殖业和畜牧业的生 产，进而通过食物链，影响人体健康。 第五，粉煤灰中放射性物质在其作为建筑材料时，用于民用建筑工程的施工过程 中，其含有的放射性物质也会对人体造成放射性污染，因此，这在所在地的粉煤灰作 为建筑材料使用之前应该检测其放射性指标。 因此，粉煤灰的综合治理是我国工业固体废弃物处理、处置任务的重中之重，在 目前火力发电的地位仍然没有被其他形式的能源完全替代的前提下，解决火力发电厂 排放的粉煤灰对生态环境造成的严重危害便成为了当务之急。因此，开展粉煤灰综合 利用及有效地控制粉煤灰扬尘的研究具有重要的现实意义。 1 4 粉煤灰扬尘污染的控制技术现状 长期以来，人们一直在致力于寻找粉煤灰场灰面扬尘的控制方法，在我国常用的 实际工程技术措施主要有：浇水防尘法【3 9 】、覆土植树防尘及植树防尘法【4 0 4 3 】，处于 现场实验阶段的新技术有灰面化学固化防尘法f 4 21 等。以上这些方法各有优缺点， 在实际生产过程中，各火力发电厂往往根据自己的实际情况选定其中一种或几种方法 的组合进行防尘。现对这些方法进行综合评述。 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 1 4 1 覆土法 粉煤灰场灰面客土覆盖法是采用取灰场附近的客土覆盖灰面来抑制扬尘现象的 产生。该法常常辅助种植农作物或进行绿化综合防尘。为满足植物生长的需要，土层 覆盖厚度一般在3 0 c m 左右。这种方法主要是针对已经废弃的灰场提出的综合治理扬 尘的方法；而对于还在淤灰的工作粉煤灰场来说很少采用。其优点是在防治灰面扬尘 的同时，能够收获植物产品，同时也美化了灰场景观。但也存在用土覆盖以后，下层 还是粉煤灰，水份流失严重问题；由于粉煤灰的含硫量一般很高，p h 值都在1 1 0 以 上，仍然不适宜高等植物的生长。而且遇到干旱季节，裸露的土面也存在像沙丘一样， 扬灰不扬了，变成扬土，扬土时问久了，灰面仍然会露出来，还会继续造成扬尘。一 般情况下，采用该方法必需是灰场附近取土方便，否则很少使用。所以用土覆盖的方 法受到很多因素的限制，且存在人工费用大、造价很高的问题。 1 4 2 水湿法 水湿法是在粉煤灰场灰面采用用水喷淋浇灌，使处于干态、分散的粉煤灰颗粒被 水湿润，由于颗粒界面间的水分子作用使粉煤灰颗粒之间粘结成为一个整体，从而可 以有效地抑制扬尘的发生，这是控制粉煤灰扬尘二次污染的常见方法之一。该方法是 在春、秋两个干旱季节的大风期，向灰场粉煤灰表面进行灌水或用水喷淋灰面，达到 控制扬尘的目的。这种方法抑制扬尘效果好、见效快。但由于粉煤灰场灰面起伏不平， 在采用灰场灌水抑制扬尘时，往往存在浇水不均匀的现象，在灰面较高的地方，灰面 仍然是干灰，只要一起风还会存在扬尘产生的现象。如果水湿润层较薄，一旦表面的 含水层面被破坏，还会产生风力侵蚀下层灰面的现象，仍有可能形成大风就有大灰的 现象，尤其是在我国北方，到了冬天，灰场的冻水层很厚，因此，灰场灰面灌水时水 的下渗速度与深度都很小，灰面仍然比较干燥。春天来i 临，表层冰冻层融化后，水份 很快蒸发，干后被冻松的灰面就更容易产生扬尘，有风的时候，扬尘对周围环境的污 染比较大。所以这种方法虽然效果快，但在我国北方因为水资源缺乏，空气干燥，而 且干旱季节的风力较大，水份蒸发强烈，也存在水资源浪费严重、用水成本较高的问 题，使本来缺水、或受用水定额限制的火力发电厂逐渐不把它作为首选方案进行考虑。 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 造成这种现象的主要原因，除客观因素外，也存在人为管理因素，例如在实际控灰过 程中，很少有人按照当时的风力状况、控制扬尘的要求，来制定合理、经济的浇水量。 1 4 3 化学固化法 吕国强等“2 1 借鉴、尝试利用化学方法的各种固沙剂来固化粉煤灰灰面。化学固沙 就是利用化学材料与工艺，对易发生沙害的沙丘或沙质地表建造能够防止风力吹扬又 具有保持水分和改善沙质地的固结层，以达到控制和改善沙害环境，提高沙地生产力 的目的，这尤其是适用于缺乏工程固沙材料和环境恶劣、降水稀少、不易使用生物固 沙技术的地区。从世界范围内开展化学治沙技术上看，国外化学固沙技术研究始于 2 0 世纪3 0 年代，到5 0 年代已经有较大发展。我国始于2 0 世纪6 0 年代，至今已经 有几十年的历史。世界上已经有4 6 个国家研制出1 0 0 多种化学固沙剂，用于流沙的 土壤改鏖。为节约经济成本，吕国强等提出了利用甲醛对印染厂排放的一种絮凝沉淀 污泥进行化学改性，合成了一种抑制粉煤灰灰场扬尘的表面固化剂，其具有灰面固化 效果好、使用成本低、施工方便、保水且能促进植物生长的特点。实验与现场固化结 果显示，粉煤灰灰面固化剂的安全喷施量可控制在7 0 9 ( 干固形物) m 2 ，固化后的灰 面不仅透水、耐水性能好，而且也具有抵抗6 8 级风力的侵蚀能力。3 万平方米的现 场中试实验发现，固化后的灰面不仅能够产生很好的吸湿性和保水性能，为树木、藻 类等植物的生存、生长提供了对水份需要的基本保障；而且喷施有固化剂的树木，其 叶绿素的平均含量也提高了7 5 以上，固化剂又具有植物激素的作用。因此，这又间 接的增加了灰面的抗风蚀性能。施工方法与固灰效果显示，在喷旌化学固化剂时，一 定要尽可能地均匀喷施，以免发生灰面的风力“点蚀”现象。现场施工的最好方法是 在化学固化之前，先用水浸湿待固化的灰面，然后再喷施固化剂，才能获得更好的固 化效果与固化强度。因此实验结果表明，化学固灰法不失为种具有多种功能的灰场 扬尘防治方法。 1 4 4 植树法 灰场植树法是在灰面直接种植耐旱、耐盐碱、生长速度快的树种，利用植物的防 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 风、固灰作用，防治飞灰污染的产生。该方法既能够利用树木抑制扬尘的产生，又能 够利用树木改善当地的生态环境。但单独使用该法效果并不理想，在控制扬尘的效果 上常常受多种因素的影响。其一是在北方缺水地区，树木防尘的最佳时期往往与干旱、 多风季节不一致，主要体现在灰场扬尘产生的高发季节往往不是灰场种植树木枝叶繁 茂的生长季节；其二是树木防尘往往需要一定的植物群落密度，即使是生长旺季，如 果群落密度较低，其防尘效果也不理想。齐鲁石化公司热电厂洋浒崖粉煤灰场在控制 扬尘污染方面目前主要是采用灰场植树法i 矧。多年来，已经在灰场种植约4 0 万棵柳 树，有效的抑制了飞灰污染。但是从实践过程中看，这种方法也存在以下的不足之处： 第一，由于在灰场种植单一的柳树，虫害严重，人工杀虫难度大，虫害抑制了树木的 生长，树苗存活困难。第二，目前的灰场的淤灰方式是整体均匀淤积法，如果树木长 高的速度不如灰面的升高速度快，又会发生积灰吞噬树木的现象，近年来种的树木大 部分已经被灰面覆盖。第三，由于粉煤灰是一种碱性强，性质单一的火山灰质基质， 其中含有大量不利于植物生长的有害物质，再加上灰场附近企业对灰场造成的污染和 破坏，树苗的存活率比较低且生长速度在持续放慢。第四，由于以上多种原因，致使 采用单一柳树树种固灰方法的综合维护成本也在迅速的加大。 1 4 5 其他方法 我国西北干旱地区的一些火力发电厂也存在利用多种方法并存的综合防尘技术。 其一般根据当地灰场所处的环境特点，采用植树+ 浇水+ 综合利用，或覆土+ 种植农作 物+ 综合利用为一体的灰场扬尘控制技术。 1 5 齐鲁石化热电厂粉煤灰灰场特征 1 5 1 洋浒崖灰场环境特征 齐备石化热电厂湿法排灰场位于公司东南方向7 公里处洋浒崖村附近的山谷，因 此得名为洋浒崖灰场。灰场三面环山，一面为宽约5 0 0 米的垭口。山体岩石以泥灰岩 为主，夹有石灰岩，白云质灰岩，岩性较为致密坚硬，抗压强度较高，但岩体较为破 碎、裂隙发育，具有较强的渗透性，这也是导致该灰场蓄水性能差、水资源浪费严重 1 0 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 的重要原因之一。参见灰场位置图6 与平面图7 。灰场当地的自然环境特征主要表现 为暖温带半湿润季风气候，特点是夏季多雨，冬季晴朗干燥，气温变化较大，主要气 象特征如下： 1 ) 气温：最热月( 7 月) 日最高气温平均值3 2 1 ；绝对最高气温4 2 0 1 2 ； 最低月( 1 月) 日最低气温平均值一8 1 c ：绝对最低气温一2 3 c 。 2 ) 空气湿度：年平均相对湿度6 7 1 月平均最大相对湿度8 3 1 月平均最小相对湿度5 7 。 3 ) 降雨量：年平均降雨量7 3 3 m m ；年最大降雨量1 3 3 7 m m 。 日最大降水量2 3 0 r a m ；小时最大降雨量6 4 4 m m ：十分钟最大降雨量2 3 4 m m ； 4 ) 风：年主导风向s s w ( 南南西) ；夏季主导风向s - s s w ( 南- 南南西) ；冬季主导风向 s s w ( 南南西) ；年平均风速2 6m s 瞬时最大风速( 地面以上1 0 m 处) 4 0 m s ； 1 0 分钟平均最大风速( 离地1 0 m 处) 2 4 3m s ；风载荷0 3 k p a 。最容易造成扬 尘的季节是秋末冬初及春季，此时干旱少雨，风力较强。 5 ) 最大冻土深度：o 5 m 。 1 5 2 粉煤灰年净排放量 齐鲁石化热电厂位于齐国故都山东省淄博市临淄区境内，始建于1 9 8 5 年3 月，担负着向齐鲁石化公司炼化装置供电供热的任务。参见图6 。现主要装备有8 台 4 1 0 t h 燃煤锅炉、6 台6 0 m w 汽轮发电机组和2 台6 5 m w 汽轮发电机组，以及与之 配套的燃料、化水、输供电、排灰等系统。锅炉总蒸发量3 2 8 0t h ，装机总容量4 9 0 m w ， 对外供汽能力1 6 0 0 t h ，其供电、供热能力已达到全国大型热电厂规模。齐鲁石化热 电厂全年燃煤量约3 0 0 万吨，设计煤种山西贫煤，年产灰渣量约1 1 0 万吨。建厂初期， 捧灰方式为灰渣混除，通过水力除灰将灰渣排放至洋浒崖灰场。2 0 0 3 年以来，通过 陆续安装8 套干除灰装置，逐渐转型为干排为主，湿排为辅的方式。春、秋、夏以干 排为主，主要满足粉煤灰综合利用的需要，通过干排至灰库的干灰以销往水泥厂为主， 其他砖厂及建材厂用为辅。 齐鲁石化熟电厂洋浒崖灰场于1 9 8 7 年建成并投入使用，一期工程设计面积4 5 万平方米、设计库容为1 2 0 0 万立方米，设计使用年限为2 0 年。随后，由于齐鲁公司 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 生产规模的不断扩大，原有的设计库容很快满足不了生产的需要，于2 0 0 0 年公司又 投资2 0 0 0 万元人民币，使洋浒崖灰场的灰坝在原有的基础上，重新加高5 0 米，从而 使得灰场的库容大大增强，灰场面积也迅速扩大到大约1 2 0 万平方米。参见图7 。目 前，洋浒崖灰场每年灰水排入量大约3 6 0 万吨( 湿法管道排灰时的技术参数：灰水比 一般在1 ：4 - - 1 ：7 之间) ，2 0 0 0 2 0 0 4 年间洋浒崖灰场每年净存灰量大约6 0 万吨左右。 2 0 0 4 年后由于干法排灰系统的建立，可向外销售l o 万立方米粉煤灰，每年灰场净存 灰量大约为5 0 万吨左右。虽然加高了灰坝，以此大大增加了灰场的有效淤灰面积， 但是淤灰及灰面增高速度仍然很快，致使2 0 0 0 年加高后的灰库容量很快又将被用尽， 现在灰面离灰坝最高处仅有2 米的距离，最低处只有约1 米，按2 0 0 3 年度的灰面升 高速度计算，现有库容只能再使用1 年多的时间。灰场至建成以来，现存灰总量大约 8 0 0 1 0 0 0 万吨以上。 齐鲁_ 石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究 第一章前言 图6 齐鲁石化热电厂湿法排灰洋浒崖灰场地理位置 f i g 6t h eg e o g r a p h i cm a po f f u e lp o w e rp l a n ta n di t sf l y a s hf i e l d 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 图7 齐鲁石化热电厂湿法排灰洋浒崖灰场平面图 f i g 7t h eg e o g r a p h i cm a po f f u e lp o w e rp l a n ta n di t sf l y a s hf i e l d 1 4 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 1 5 3 洋浒崖粉煤灰场环境污染特征 齐鲁石化热电厂洋浒崖灰场由3 条灰管线进行排灰，1 号管线在灰场最内部，2 号管线在灰场的中部，3 号管线在灰场的偏北部( 靠近灰坝) 。正常运行为1 、2 号管 线，3 号为备用管线。因此，在灰场内部由于粉煤灰的长期淤积，造成了南高北低的 灰场局地地势：同时，由于灰水的水力分选作用，在排灰口处粉煤灰颗粒较粗，离排 灰1 2 1 越远，粉煤灰颗粒越细，越容易产生扬尘；也存在离排灰口越远，灰场灰面含水 率越低，这就更加剧了扬尘产生的风险与扬尘吹扬量。也存在离排灰坝越近，灰面含 水率越低的特点，这就成为粉煤灰场风力吹扬的重要输沙源。同时，由于灰面的不断 升高、灰场面积的进一步扩大，灰场受风面积、风力对流强度随之增加，干早季节， 每遇大风天气，大风卷带大量灰黑色的粉煤灰颗粒从高达百米的灰坝飞泄而下，给周 围的村庄、农田造成了严重的污染现象。为此，由于洋浒崖灰场飞灰的污染问题，1 9 9 6 年造成齐鲁公司的环保、民事罚款高达9 0 万元人民币，2 0 0 4 年洋浒崖灰场飞灰污染 的环保、民事罚款也为l o 万元人民币，2 0 0 6 年又因为此项污染问题而向当地群众赔 款5 0 万元人民币。从污染造成的民事责任罚款事件的发生频率上看，洋浒崖灰场飞 灰污染的现象越来越明显，污染程度越来越严重。这已经引起公司领导及环境保护部 门的高度重视。 事实上，为了改善灰场环境，抑制灰场扬尘污染，多年来公司热电厂就一直努力 地探索灰场植物法的控灰技术与效果。在灰场上种植树木种类上，选择了生长速度快， 耐干旱、耐盐碱的树木柳树，目前在灰场内大约已经有4 0 万棵柳树，在每年春 暖花开时节，这里构成了一道独特的风景线。同时，这些柳树也成为灰场降低灰面风 速、固定灰面、抑制扬尘的主力军，在改善当地生态环境方面确实发挥了重要作用。 但是单一的利用植物法来控制公司灰场扬尘确实还存在一定的问题。具有来看，这是 由多种具体的原因叠加在一起在现在的时间与空间上共同造成的。现对其加以具体分 析： 其一，从灰场利用功能上分析，由于以前公司热电厂及周边没有效地开展粉煤灰 的综合利用项目，灰场只是履行其单一方面的填埋作用，而没有进行任何粉煤灰的综 合利用与减少灰存灰量，长此以往，灰场的利用价值就会很快因容量用尽而消失。为 齐鲁石化热屯厂洋浒崖灰场扬尘控制技术及优化研究第一章前言 此，公司领导十分重视，今年来积极引进干排灰技术与湿灰综合利用技术，促进粉煤 灰的对外销售，以图尽可能地减少存灰速度。但由于排灰方式的改变，即湿排灰改为 干排灰方式后，湿法外排水量逐年减少。从年统计资料上看，采用干排灰方式后，公 司热电厂2 0 0 3 年比以往每年向灰场少排水量在1