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淮北电厂固废综合利用方法研究及经济效益分析 摘要 我国的经济增长正经历新一轮重化工业阶段，经济发展对能源的依赖程度 比发达国家大得多，人均用电水平将会大幅提高。我国的一次能源结构决定了 我国发电必然以煤电为主的基本格局，这一特征长期难以改变。我国火力发电 厂年用煤占全国煤炭产量的5 0 左右，我国以煤炭为主的能源消费构成，带来 的最直接的环境问题之一就是大量灰渣的排放。燃煤电厂排出的固废( 包括粉 煤灰、炉渣和脱硫石膏) 已经被越来越多的实践证明粉不是废物，而是非常宝 贵的资源，具有很高的经济价值，正所谓“用之为宝，弃之为害。 本文通过调查及查阅大量文献资料，分析了我国现阶段燃煤电厂固废来源 及综合利用现状。 通过了对淮北电厂固废来源及其综合利用现状分析，指出淮北电厂固废综 合利用具有综合利用率高和综合利用产品较多等优点，也存在实际综合利用量 不大，固废品质较差、综合利用量受市场影响较大、综合利用层次低、固废贮 存量大、固废混合贮存等不足之处，并采用因素分析法、成本效益分析法对其进 行经济效益、环境效益和社会效益分析，找出改进途径并提出改进措施。 本着科学性原则、代表性原则、数据易获性及可操作性原则，建立淮北电 厂固废综合利用水平评价指标体系。采用层次分析法确定评价指标权重，针对 指标的特点，运用聚类分析、模糊综合评判等方法计算指标评价值，从而确定 其固废综合利用水平。并对淮北电厂固废综合利用水平进行分析，指出影响其 最重要的五个指标：建材产品销售经济效益、土地污染、空气污染、节约水资 源和增加社会就业岗位，为以后的管理和决策提供依据，也为该厂异地六期2 6 0 0 m w 机组固体废弃物综合利用提供借鉴。 关健词：淮北电厂，固废综合利用，方法，经济效益，评价 m e t h o dr e s e a r c ho fw a s t em a t e r i a lc o m p l e x u t i l i z a t i o no fh u a i b e ip o w e rp l a n ta n d e c o n o m i cb e n e f i t sa n a l y s i s a b s t r a c t b e c a u s et h a tc h i n a 。se c o n o m i cg r o w t hi su n d e r g o i n gan e wp h a s eo fh e a v ya n d c h e m i c a li n d u s t r i e s ，t h ed e p e n d e n c eo fe c o n o m i cd e v e l o p m e n to ne n e r g yi no u r c o u n t r yi sm u c hl a r g e rt h a ni nt h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s ，a n dt h el e v e lo fe l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o np e rc a p i t aw i l lb es u b s t a n t i a l l yi n c r e a s e d o n eo ft h em o s td i r e c t e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si st h e l a r g e - s c a l e a s he m i s s i o n sc a u s e db yc h i n a s c o n s t i t u t i o no fc o a l b a s e d e n e r g yc o n s u m p t i o n t h e w a s t et h a tp o w e rp l a n t s e m i t t e d ( i n c l u d i n gf l ya s h ，b l a s tf u r n a c es l a g ，g y p s u m ) i sn o tat r a s hb u tav a l u a b l e r e s o u r c et h a th a sav e r yh i g he c o n o m i cv a l u e t h i si st h es o c a l l e d ”u s ei ta sa t r e a s u r et od i s c a r dh a r m f u l ” i nt h i sp a p e r ，t oi n v e s t i g a t ea n di n s p e c tal a r g en u m b e ro f d o c u m e n t s ，a n a l y s i s o fc h i n a 。sc o a l - f i r e dp o w e rp l a n ta tt h i ss t a g et h es o u r c ea n dc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fs o l i d 肠s t e t h r o u g ht h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fs o l i dw a s t es o u r c e sa n ds t a t u sq u o a n a l y s i so fh u a i b e ip o w e rp l a n t ，p o i n t e do u tt h a tt h es o l i dw a s t ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fh u a i b e ip o w e rp l a n tw i t ha ni n t e g r a t e da n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n o fp r o d u c t so ft h eh i g h e ru t i l i z a t i o no ft h ea d v a n t a g e so fl a r g e r ，t h e r ea r ea l s os m a l l a m o u n to fa c t u a lu t i l i z a t i o n 、s o l i dw i t hi n f e r i o rq u a l i t y ，u t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yh i g h a n dl o wl e v e l so fu t i l i z a t i o nd e f i c i e n c i e s 、t h eu s eo ff a c t o ra n a l y s i s 、s o l i dw a s t e s t o r a g ec a p a c i t yl a r g ea n dm i x e ds o l i dw a s t es t o r a g eo fu t i l i z a t i o nd e f i c i e n c i e s ，t h e u s eo ff a c t o ra n a l y s i s ，c o s t b e n e f i ta n a l y s i so fi t se c o n o m i c ，e n v i r o n m e n t a la n d s o c i a lb e n e f i t sa n a l y s i s ，t oi d e n t i f yw a y st oi m p r o v ea n dt om a k ei m p r o v e m e n t s b a s e do ns c i e n t i f i cp r i n c i p l e s ，t h ep r i n c i p l eo fr e p r e s e n t a t i o n ，d a t ac a nb ee a s i l y f o u n d a n dt h ep r i n c i p l eo fi n t e r o p e r a b i l i t y ，t h ee s t a b l i s h m e n to fs o l i dw a s t e c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o np o w e rp l a n t i nh u a i b e ie v a l u a t i o ns y s t e mf o rt h e c h a r a c t e r i s t i c so fi n d i c a t o r s w ea d o p tt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n e a n de v a l u a t ei n d e xw e i g h ti nt h i sp a p e r , n a m e l yt h eu s eo fc l u s t e ra n a l y s i s ，f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ，s u c ha se v a l u a t i o no ft h ev a l u eo fi n d i c a t o r si n o r d e rt od e t e r m i n et h el e v e lo fi t ss o l i dw a s t eu t i l i z a t i o n h u a i b e ip o w e rp l a n to f t h el e v e lo fs o l i dw a s t ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o na n a l y s i so ft h ei m p a c to fi t sf i v e m o s ti m p o r t a n t i n d i c a t 。r s ：s a l e s 。fb u i l d i n gm a t e r i a l s c o s t - e f f e c t iv e n e s s ，a n d c o n a m i n a i o n ，a i rp o l l u t i o n ，c o n s e r v ew a t e rr e s o u r c e sa n di n c r e a s es o c i a l jo b s 觚d f o rf u t u r e m a n a g e m e n ta n d d e c i s i o n - m a k i n gp r o v i d eab a s i sf o rt h ep l a n ti n d l f f e r e n tp l a c e s2 6 0 0 m wu n i t st op r o v i d ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n0 fs o l i d k e y w 。r d s ：h u a i b e ip o w e rp l a n t ：w a s t em a t e r i a lc o m p l e x u t i l i z a t i 。n ；m e t h 。d ： e c o n o m i cb e n e f i t = e v a l u a t i o n 插图清单 图2 1淮北电厂地理位置图1 0 图2 2 燃煤电厂固废来源分析图1 2 图2 3淮北电厂固废来源现状分析图1 8 图2 4湿法烟气脱硫工艺流程图1 9 图3 1淮北电厂固废综合利用经济效益分析模型3 1 图4 1淮北电厂固废综合利用指标体系图4 2 图4 2淮北电厂固废综合利用水平分析图5 4 图4 3经济效益e l 水平分析图5 4 图4 4环境效益e 2 水平分析图5 4 图4 5社会效益e 3 水平分析图5 5 m 表格清单 表1 1国外与我国粉煤灰及炉渣利用项目对照6 表2 1淮北电厂机组概况1 l 表2 2淮北电厂现有机组概况表1 1 表2 3淮北电厂锅炉燃煤煤质分析表1 2 表2 4不同炉式的排烟含尘浓度及粉煤灰占总灰量的比例1 3 表2 5常用除尘器的作用性能1 3 表2 6 气力除灰系统比较1 4 表2 7 烟气脱硫技术分类15 表2 8淮北电厂固废综合利用量2 6 表2 9全自动粉煤灰制品生产线主要技术指标2 7 表2 1 0 粉煤灰加气混凝土砌块生产线主要技术指标2 8 表3 1 粉煤灰单位产品成本表3 2 表3 2脱硫石膏单位产品成本表3 3 表3 3建材产品的制造成本3 3 表3 4粉煤灰直接销售收入3 4 表3 5建材产品销售收入3 4 表3 6淮北电厂s 0 ：排污费费3 5 表3 7粉煤灰建材产品与粘土实心砖比较表3 6 表3 8淮北电厂固废综合利用经济效益分析表3 7 表3 9 淮北电厂粉煤灰成分分析3 8 表4 1指标内容及解释表4 4 表4 2l 9 标度的含义4 6 表4 3准则层的判断矩阵表c 4 6 表4 4c 1 一p 层判断矩阵表4 6 表4 5c 2 一p 层判断矩阵表 4 6 表4 6c 3 一p 层判断矩阵表4 7 表4 7 权重计算结果表4 7 表4 8 平均随机一致性指标4 8 表4 9 各层一致性比率表4 9 表4 1 0 定性类指标评价值5 2 表4 1 1 定量类指标评价值5 2 表4 1 2 指标隶属度5 3 表4 13 燃煤电厂固废综合利用水平评定标准5 4 表4 1 4 淮北电厂固废综合利用水平分析表5 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：l 乱园签字日期：加。1 年歹月2 怕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金g 巴王些太 三l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：阐胡 导师 签字日期：2 l f 年歹月上牛日 签字 驯噎 l 1 、绪论 固体废弃物( 简称固废) 通常是指在生产建设、日常生活和其它活动中产 生的污染环境的固态、半固态废弃物质，通俗地说，就是“垃圾”。利用煤作为 燃料生产电能的工厂，煤在锅炉燃烧后产生的炉渣、粉尘及固化烟气中的污染 物s 0 2 的产物一一脱硫石膏，被称为燃煤电厂固体废弃物。燃煤电厂在生产过 程中，必然要排放了大量的固废，对环境造成了较大的破坏，带来了巨大的损 失。但“固废 是一个相对的概念，在某种条件下它为垃圾，在另一种条件下 却可能成为宝贵原材料。 淮北电厂座落在国家能源基地安徽省淮北市西郊，是伴随着淮北煤炭基地 的开发建设而同步发展起来的现代化大型坑口电厂，始建于1 9 7 3 年，经过五期 扩建和技术改造，全厂现有容量4 2 0 0 m w ，年产生粉煤灰7 3 万吨、炉渣8 1 万吨、脱硫石膏2 7 万吨。原先因缺乏合理的综合利用，不仅每年要支付排污 费，而且每年约消耗1 9 6 0 万吨水及大量能源，增加了生产费用，而且贮灰场要 占用大量的土地，同时对环境造成了严重的污染，给该厂的安全运行造成很大 的威胁。该厂在经过考察、反复论证、市场分析之后，将水力除灰系统全部改 造成气力除灰系统，将气力除灰系统排出的粉煤灰、炉渣和烟气脱硫副产品一 一脱硫石膏用作水泥混合材料和生产粉煤灰砖、空心砌块、彩色路面砖、蒸压 加气混凝土砌块等建材产品。这样，可以减少粉煤灰、炉渣及脱硫石膏堆放占 地，变废为宝，同时节约了的生产用水。 虽然淮北电厂固废的综合利用方式较多，但未对其综合利用效率和综合利 用的深度进行分析，没有去考虑现有的固废综合利用模式是否合理，是否存在 不足之处。而且也未对固废综合利用进行经济效益分析，只有固废综合利用产 生的经济效益、环境效益和社会效益大于其产出加上治理的费用，其综合利用 才有意义。 1 1选题的背景 我国的经济增长正经历新一轮重化工业阶段，经济发展对能源的依赖程度 比发达国家大得多。中国能源发展战略与政策研究课题组的研究分析表明：重 工业占工业总产值的比重，从1 9 9 0 年的5 0 6 上升到2 0 0 5 年的6 4 3 ，到2 0 2 0 年，高耗能工业占工业总产值的比重将大致保持在2 0 0 0 年的水平上。经济发展 必然带动电力需求的增长，据相关研究报告的预测，“十一五 期间电力需求的 平均增长率为5 6 左右，在2 0 0 5 年用电量为2 4 7 4 7 亿千瓦时的基础上，2 0 1 0 年全社会用电量将达到2 9 5 3 6 亿千瓦时左右，用电需求的持续增长必然要求电 力供给的持续增长。截至2 0 0 7 年底，全国发电装机容量达到7 1 3 2 9 万千瓦，发 电量达到3 2 5 5 9 亿千瓦时，均居世界第二位，是世界电力生产和消费大国。其 中，水电达到1 4 5 2 6 万千瓦，约占总容量2 0 3 6 ；火电达到5 5 4 4 2 万千瓦，约 占总容量7 7 7 3 。 我国己探明的一次能源储备中，煤炭约占总储量的9 0 ，煤炭是我国能源 工业的支柱。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数几个以 煤为主要能源的国家之一。在我国的能源生产和消费结构中，煤炭一直占主导 地位，煤炭产量占全国一次能源生产总量的7 5 左右。尽管近年来在一次能源 消费构成中石油、天然气和水电的消费呈现较大的增长趋势，但煤炭在能源消 费结构中的基础性地位没有改变。我国的一次能源结构决定了我国发电必然以 煤电为主的基本格式，这一特征长期难以改变。这国火力发电厂用煤占我国煤 炭产量的5 0 左右，统计数据显示：2 0 0 7 年l 一1 2 月，全国原煤产量2 5 2 3 亿 吨，其中约1 3 1 4 亿吨为发电厂燃煤，如果加上进口发电用煤，这个数字还要 再大一些。我国的几次能源发展战略研究都认为，我国电力工业的结构应当多 元化，利用多种能源资源，但是由于条件的限制，中国即使积极发展水电，适 度发展核电，积极发展新能源和可再生能源用于发电，目前燃煤发电的发电量 保持在总发电量的8 0 左右，预计到2 0 5 0 年其比重仍然在5 0 左右。由此可 见，燃煤发电在我国电力行业中占有重要的地位。 我国燃煤发电厂年用煤占全国煤炭产量的5 0 左右，带来的最直接的环境 问题之一就是大量灰渣的排放。由于煤炭在电力生产中的大量应用，使得燃煤 发电厂成了灰渣的一个重要来源。并且，我国煤炭资源的品位差别很大，造成 电厂燃煤的平均灰分偏高，平均可高达3 5 左右，因此我国燃煤电厂的灰渣排 出量特别巨大。2 0 0 5 年，我国燃煤电厂的灰渣年排放量为1 9 9 3 6 万吨，居世界 各国之首。 随着电力经济的快速发展，我国燃煤排放的二氧化硫急剧增加。由于我国 部分电厂燃用高硫煤，燃煤设备未能采限脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断 增加，造成环境的严重污染，所以必须采限烟气脱硫措施。近年来我国新建、 扩建的燃煤电厂都同时建设配套的脱硫装置，已在运行的燃煤机组也必须在规 定期间内加装烟气脱硫装置，所以因此产生的副产品一一石膏的排放量也在逐 年增加。以2 0 0 2 年燃煤电厂排放s 0 2 约2 1 0 0 万吨计，每年燃煤电厂平均新装 机约1 0 0 0 0 m w ，平均每年多排放s 0 2 约4 0 万吨，若脱除1 0 0 万吨s 0 2 ，以7 0 采用湿法脱硫，含硫量2 的煤，平均应用基q d w - - 2 0 9 3 m j k g ( 5 0 0 0 k c a l k g ) ， 年运行5 0 0 0 h ( 2 1 0 天) ，年平均发电煤耗3 5 0 9 k w h ，平均脱硫率9 0 ，则年产 生石膏为2 7 0 万吨。这已超过现在日本全年脱硫石膏的产量，并占到九十年代 我国天然石膏产量的l 4 以上。 值得关注的是，这些粉煤灰、炉渣、脱硫石膏中大部分是被作为废弃物排 放的，而为了排放、输送和贮存这些固体废弃物，造成了许多环境问题和社会 2 问题。首先，必须建造灰场贮灰，这不仅会消耗物力和财力，增加发电厂的负 担，还要占用大片土地。其次，露天堆放的灰渣容易导致大气、水体污染。根 据国内外实验研究发现，粉煤灰、炉渣渗水会使地下水发生不同程度的污染， 比较明显的是p h 值升高，有毒有害的铬、砷等元素增加；再加上贮灰场大多 数位于江、河、湖以及城市水源保护区域，水源的保护问题也是十分迫切的。 另外，灰渣排放分干、湿两种方式，长期以来我国电厂灰渣以湿排为主，一般 每排放一吨灰渣需1 0 2 0 吨水，这不仅造成水资源的巨大浪费，还会破坏灰渣 的原有特性，致使其建材资源化程度下降。 而目前我国燃煤电厂排出的粉煤灰、炉渣、脱硫石膏等固体废弃物综合利 用率还较低，但已经被越来越多的实践证明其不是废物，而是非常宝贵的资源， 具有很高的经济价值，正所谓“用之为宝，弃之为害 。传统经济增长模式以“资 源一产品一废物 为特点，资源能耗高、效益低、污染重，经济发展速度越快， 付出的资源环境代价越大，最终将丧失发展的基础和后劲。循环经济作为国际 社会推进可持续发展的一种理念，通过“资源一产品一再生资源 和“减量化 一再利用一再循环”的资源能源利用模式，实现以最小成本获得最大经济效益 和环境效益、社会效益。所以在燃煤电厂固废综合利用方面，树立和落实科学 发展观，改变传统经济增长模式，实现资源环境保护与经济发展的“双赢 必 须大力推动循环经济的发展。燃煤电厂固废综合利用是实现污染最小化，经济、 环境和社会协调发展的最有效的途径，从而实现可持续发展。 1 2 选题的意义及目的 1 2 1 选题的意义 1 ) 原有燃煤电厂的运行模式为“煤炭资源一电一固废排放，这种流程组 成的开放式经济是通过不断地加重环境系统的负荷来实现经济增长，经济发展 速度越快，付出的环境代价越大。现在燃煤电厂的运行模式为“煤炭资源一电 一固废综合利用”，这种封闭式经济流程实现资源消耗的减量化和固废的资源 化，从而把经济活动对环境的影响控制在尽可能小的程度。 2 ) 燃煤电厂固废将其直接排放，不仅要付出其生产费用，而且浪费大量的 耕地、水资源，并对土地、水源、大气等环境造成巨大污染，影响了人类的生 存环境。将粉煤灰、炉渣和脱硫石膏作为一种资源综合利用，既响应了国家环 保、节能利废政策，还可以提高环境效益、经济效益、社会效益。 3 ) 对淮北电厂固废综合利用方法进行了技术、经济分析，根据分析结果找 出不足之处，并提出了改进途径。并可指导燃煤电厂根据自己的地理环境结合 地方经济发展方向，选取符合自己经济利益和绿色环保要求的粉煤灰、灰渣和 脱硫石膏综合利用方式。 3 4 ) 采用模糊综合评价方法从经济效益、环境效益和社会效益方面对淮北电 厂固废综合利用进行评价，从而确定其固废综合利用方面先进级别。 1 2 2 选题的目的 目前，燃煤电厂在我国的电源结构中占有主要比例，随着我国经济的快速 发展，对电力需求的增加很快。由于我国的国情，未来还会新建大量的燃煤电 厂，将还会产生更多的固废。对燃煤电厂固废综合利用，发展循环经济是目前 国内外解决经济与环境可持续发展的一个很好的方法。通过对淮北电厂固废综 合利用方法研究及经济效益分析，建立燃煤电厂固废综合利用评价指标体系， 用于分析解决燃煤电厂如何实现可持续发展，实现经济与环境效益协调发展。 1 3国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 1 ) 粉煤灰和炉渣 世界各国粉煤灰和炉渣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。西欧一些发达国家灰渣资源化率己相当高， 如荷兰利用率己达到1 0 0 ；德国这个燃煤大国的利用率也高达9 9 。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。1 9 7 6 年国会立法资源保护和再利用法( r c r a ) ；1 9 7 9 年美国国家环保局( e p a ) 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1 9 8 3 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1 0 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。1 9 7 7 年c 级灰便被编进美国国家材料试验标 准a s t mc 6 1 8 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( e p r i ) 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1 9 9 6 年就建成年产氧化铝5 0 0 0 t 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 4 5 7 。 对粉煤灰的高级利用各国也做了大量的工作。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、降低热膨胀性或导热性。1 9 8 0 年美国e p r i 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，粉煤灰与复合材料的体 积之比可达2 5 ，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a 1 2 0 3 、 f e 2 0 3 及其它有价值的金属，还可以提取c r 、g a 、m n 、s r 、t i 、v 、n i 、u 、 t h 等稀有金属，它们是尖端技术中不可缺少的重要材料。 2 ) 脱硫石膏 在脱硫石膏利用方面，当前世界上工业发达国家对s 0 2 制定了严格的排放 标准，许多火力发电厂都安装了烟气脱硫装置( 其中绝大部分为湿法工艺，市场 占有率大于8 0 ) ，脱硫副产物的排放量随之大量增加，对其利用也受到了各 国的普遍重视。目前日本和德国是世界上最主要的两个脱硫石膏生产国和利用 国。其次为美国、英国、奥地利、荷兰等国。 日本是利用脱硫石膏最多的国家之一。由于该国天然石膏资源匮乏，因此 很重视这方面的研究。在1 9 7 5 年以前，日本所利用的化学石膏中8 8 为磷石 膏。19 7 5 年以后脱硫石膏的利用比例逐年上升，现在脱硫石膏的应用比例已超 过磷石膏的应用比例，每年产生脱硫石膏2 5 0 万吨左右，并全部得到利用，其 主要的用途是建筑制品和水泥缓凝剂。建筑制品主要是纸面石膏板和石膏矿渣 板。 德国脱硫石膏生产量增长很快，1 9 8 9 年是2 5 0 万吨，这几年已增加到3 2 0 3 9 0 万吨。几乎所有的需用石膏企业都使用脱硫石膏，其主要用途是建筑制品 和水泥缓凝剂。建筑制品主要是纸面石膏板、石膏砌块、石膏抹灰、纤维石膏 板和矿渣石膏板。由于采用大量的相对便宜的脱硫石膏，德国两个主要石膏制 品公司已将部分生产能力迁至电厂附近。荷兰也正在与德国合作，生产脱硫硬 石膏用于自流平地面施工和水泥缓凝剂，年用脱硫石膏3 7 万吨。 美国也日益重视脱硫石膏的开发和利用，但由于电厂与石膏公司相距较远 ( 数百英里) ，加之该国有丰富便宜的天然石膏资源，故脱硫石膏的应用增长比 较缓慢。英国的天然石膏资源已接近用完，这为脱硫石膏的应用提供了市场。 如s h e r b u r n e l m e t 石膏板厂准备年用石膏5 5 万吨。奥地利现在脱硫石膏的利用 量已占该国石膏总用量的7 0 ，且这个比例还在不断上升。 1 3 2 国内研究现状 1 ) 粉煤灰与炉渣 我国燃煤电厂固废排放数量大，但是利用率较低，但近几年也有较大幅度 提高，平均已达5 0 左右；不过各地利用状况很不平衡，有的地方利用率还不 到1 0 ，还有的地方到1 9 9 5 年才结束向江河直接排放的历史。固废的资源化 利用是关系我国电力工业发展的重大问题，在我国有广阔的发展空间，因此从 研究学者到政府都应该给予足够的重视。我国提出可持续发展战略，正在大力 发展集约型的循环经济，大量固废的资源化利用必将是其集中体现之一。 8 0 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。1 9 8 5 年底，在国务院批准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。粉煤灰的处置和利用在指导思想上也不断深化， 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 ， 把大批用量技术作为重点，把提高粉煤灰综合利用经济效益、社会效益有机的 结合作为主攻方面，巩固已有的技术成果，完善和推广比较成熟的综合利用技 术，积极利用国际先进技术和装备，不断提高我国的综合利用技术水平，赶上 和超过国际先进水平。因此全国粉煤灰综合利用技术不断提高和创新，各种项 目不下百种，几乎包括世界各国的利用技术( 见表1 1 ) 。到2 0 0 5 年综合利用量 1 4 0 0 0 万吨，利用率4 5 9 。建设部 1 9 9 4 4 9 0 号文件中已将粉煤灰综合利用技 术列为重点推广应用十项新技术之一。 表1 1国外与我国粉煤灰及炉渣利用项目对照 1 、水泥原料 2 、水泥混合材 3 、建筑砌块 4 、加气混凝土制品 5 、烧结粉煤灰砖 6 、烧制陶粒 7 、蒸养法陶粒 8 、陶瓷及陶瓷混凝土 ( 荷兰研究成果，有别于陶粒) l 、水泥原料 2 、水泥混合材 3 、无熟料水泥 4 、硅酸盐密实砌块，空心砌块 5 、硅酸盐墙板 6 、加气混凝土制品 7 、烧结粉煤灰砖 8 、烧制陶粒 9 、蒸养法陶粒 1 0 、蒸压粉煤灰砖，蒸养粉煤灰砖 1 1 、岩棉 6 1 2 、免烧砖 工程建设 1 、混凝土、砂浆中使用 2 、道路、建筑填方 3 、道路稳定层 4 、填充地下空穴 5 、灌浆 6 、特殊性能砂浆 1 、混凝土、砂浆中使用 2 、双灰粉 3 、磨细粉煤灰 4 、用于路堤、路面基层、路面 5 、用作回填土 6 、用于矿井回填 7 、用于筑坝 8 、灌浆 l 、提取矿物，包括氧化铝、氧化硅、磁铁矿、l 、提取漂珠、氧化铝、氧化锗、铁 赤铁矿、镓、钒、漂珠2 、微珠用于塑料、橡胶填充料 2 、漂珠用于复合材料3 、漂珠轻质耐水砖 3 、漂珠用于塑料填充料4 、涂料填充剂 4 、漂( 微) 珠用做研磨剂5 、保温集渣剂 5 、涂料填充剂 6 、喷砂材料 7 、用于稳定其它工业废渣、废液 2 ) 脱硫石膏 烟气脱硫石膏的品位与天然石膏相近，含游离水分在1 0 左右，是一种质 量好的化学石膏。如果将这些脱硫石膏利用起来，替代天然石膏，既能保护资 源，又能减少对环境的污染。所以开展脱硫石膏的利用是十分必要的。 国内对脱硫石膏的综合处理和应用已经起步，脱硫石膏的应用蕴藏着巨大 的市场机遇，对于江苏、浙江、广东等天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏的大量 出现为以石膏为原材料的企业带来了商业机会。脱硫石膏可以用做制造石膏砌 块、腻子石膏、模具石膏、纸面石膏板以及水泥等建材产品，但是目前能大量 使用的限于制造纸面石膏板和作水泥缓凝剂。 1 3 3 小结 1 ) 我国燃煤电厂固废综合利用虽然得到国家重视和大力支持，目前仅粉煤 灰综合利用项目就有1 0 0 多项，而真正转化为现实生产力，创造经济效益的仍 为数不多。现阶段固废综合利用，主要以制砖、水泥等为主，还属于低层次利 用。一些高层次利用有的技术成熟度不够高，还须继续深入研究开发；有的产 7 品技术过关，但原料和产品国家尚元标准，各厂无章可循；有的成果缺乏有力 的市场开发，造成产品积压。 2 ) 就脱硫石膏而言，由于我国烟气脱硫技术应用较晚，管理和运行水平有 限，还处于学习摸索阶段，很难使脱硫石膏的品质保持稳定，而且我国有丰富 的石膏资源，且天然石膏基本处于无偿开采状态，形成了与脱硫石膏竞争的局 面，所以仅在天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏得到了广泛的应用。 3 ) 在国外，燃煤电厂固废已经被看做一种重要资源，在土木工程建设和建 材等工业产品中广泛地得到了工业规模应用，在某些方面已不再是简单作为一 种代用材料而被应用。而且随着锅炉燃烧技术的进步和环境保护的严格要求， 促进了收尘设备和烟气脱硫设备的发展，使收集到的固废的品质也得到提高， 甚至还使其具有一些特异的性能，例如在混凝土中应用，可提高可泵性。 1 4研究的主要内容 1 4 1淮北电厂固废综合利用方法研究 1 ) 我国燃煤电厂固废来源研究； 2 ) 现阶段我国燃煤电厂固废综合利用现状及优缺点分析： 3 ) 淮北电厂固废来源及综合利用方法研究 4 ) 对淮北电厂固废综合利用方法进行经济效益分析，找出其不足之处，并 利用模糊聚类、层次分析法从其经济效益、社会效益和环境效益方面进行评价， 其评价结果对该厂异地六期2 6 6 0 m w 机组固体废弃物综合利用提供借鉴。 1 4 2淮北电厂固废综合利用经济效益分析 1 4 2 1 经济效益分析的方法概述 1 ) 因素分析法。 把综合性指标分解成各个原始的因素，以便确定影响经济效益的原因，这 种方法称为因素分析法，其要点如下： 确定某项指标是由哪几项因素构成的，各因素的排列要遵循正常的顺序。 确定各因素与某项指标的关系，如加减关系，乘除关系，乘方关系，函 数关系等。 根据分析的目的对每个因素进行分析，测定某因素对指标变动的影响 方向和程度。 8 2 ) 成本效益分析法 所谓成本效益分析就是将投资中可能发生的成本与效益归纳起来，利用数 量分析方法来计算成本和效益的比值，从而判断该投资项目是否可行。成本效 益是一个矛盾的统一体，二者互为条件，相伴共存，又互相矛盾，此增彼减。 从事物发展规律看，任何事情都存在成本效益。成本大致可划分两个层次：一 是直接的、有形的成本问题：二是间接的、无形的成本。效益也包含两个层次： 一是直接的、有形的效益；二是间接的、无形的效益。 1 4 2 2 淮北电厂固废综合利用经济效益分析 淮北电厂固废综合利用的经济效益分析就是对固废综合利用产生的经济效 益、环境效益和社会效益和其生产成本加上治理的费用进行分析、计算和比较， 分析这种固废综合利用是否有意义，这种综合利用模式是否合理，通过分析找 出不足之处，根据自己经济利益和绿色环保要求提出改进方案，实现经济与环 境的可持续发展。 9 2 、淮北电厂固废综合利用方法研究 2 1 淮北电厂的概况 1 ) 地理位簧 淮北电厂是隶崩中国大店集团的大型i 目有企业，琏落在安徽省淮北市相山 两南簏，北靠陇海铁蹄，东临京沪线，濉河从西由方相绕而过，被风凰山、洪 山、狼习：l i j 和墓山四i i f 环抱。 淮北市位于立徽省北部，地处华东地区腹地，苏、件、豫、皖叫省之交， 北接萧县，南临蒙城，东与宿州比邻，西连涡刚和河南永城。地势一】西北向东 南倾斜，平j i j 野是地貌的主要特征。淮北l f 矿产资源丰富，以煤为最。地质 储盈百亿吨，年产麒煤2 0 0 0 多万吨，是中国i 大煤炭出f i 基地之一，也是华北 地区最大的电力供应基地。下图为淮北电厂地理位置图。 一。 7 jo m4 。_l ? i 圈2 1 淮北电厂地理位置留 2 ) 企业历史 淮北电厂是伴随着淮北煤炭基地的开发建设而同步发展起柬的现代化大型 坑口电厂。电厂占地面积为1 1 5 万平方米，生产车删、办公场所及厂房、职工 住宅楼和其它公用设旌占地9 4 万平方米，绿化面积为4 l8 万平方米。 淮北电厂是国家大型一档企业，e 世纪a - t 年代初期，索有“安徽电力试验 田”之称，是具有3 5 年历史的老厂。自1 9 7 3 年投产以来。直是华东、安徽电网 的骨干电厂，为淮北市、安徽省乃至华东i 省一市的经济发展和社会进步做出 了突出贡献。该厂1 9 9 6 年跨入全国电力系统“双文明单位”行列，2 0 0 2 年跨 入全国一流火力发电企业行列2 0 0 5 年荣获“全圈五一劳动奖状”和“全国文 雅 _秘吖 懂摹 明单位 殊荣。 淮北电厂经过五期扩建和技术改造，最高时有八台机组，总容量达1 15 0 m w ( 见表2 1 ) 。2 0 0 7 年淮北电厂以国家和社会利益为重，积极响应“节能减 排 “以大代小号召，顾全大局，提前一年主动拆除高耗能机组，先关停一期 ( 群l 、撑2 ) 2 5 0 m w 机组，并于当年6 月2 2 日对稃1 、2 机组冷水塔实施定向 爆破，打响了安徽省关停小火电的“第一爆 ，随后又关停了二期( 样3 、群4 ) 2 x1 2 5 m w 机组。 表2 1淮北电厂机组概况 3 ) 企业现状 淮北电厂现有职t2 7 0 0 人，共四台机组( 撑5 、撑6 、撑7 、拌8 ) ，全厂负荷4 2 0 0 m w ( 见表2 2 ) 。四台锅炉蒸发量均为6 7 0 t h ，群8 机锅炉配备有湿法烟气 脱硫装置。全厂平均燃煤量1 9 2 万t 年，平均燃煤灰份3 4 7 4 ，平均燃煤硫份 o 4 ( 见表2 3 ) ，最大灰量1 4 0 4 t h ，渣量1 5 6 t h 。 表2 2 淮北电厂运行机组概况表 表2 3 淮北电厂锅炉燃煤煤质分析表 2 2淮北电厂固废来源 2 2 1燃煤电厂固废来源概况 在燃煤电厂中，煤炭在锅炉炉膛中燃烧，将其化学能转变为热能，从而将 水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后利用蒸汽推动汽轮机，把蒸汽的热 能转换为转子转动的机械能，进而通过发电机把机械能转换成电能。煤炭在燃 烧后形成的热烟气在锅炉引风机作用下，通过除尘器除尘，烟气脱硫装置脱硫 后，净烟气通过烟囱排向大气；煤炭燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与除 尘器收集的粉尘一起通过除灰装置排出，具体生产流程见下图2 2 毪曼墨s l毪燮奎s l 脱硫石膏s 3 炉渣s 2炉渣s 2 一。 图2 2 燃煤电厂固废来源分析 1 2 2 2 1 1粉煤灰和炉渣的来源 煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留物一灰和渣。随烟气从锅炉尾部排 出的，主要经除尘器收集下来的固体颗粒称为粉煤灰；颗粒较大或呈状状的， 从炉膛底部收集出来的称为炉渣。燃煤电厂消耗大量的煤炭资源，在生产电能、 热能的同时，无可避免的要产生大量粉煤灰和炉渣，不同炉型，燃料品种和粒 度，产生的粉煤灰、炉渣比例不同。 燃煤电厂所用锅炉容量大，参数高，根据不同的燃烧方式，对燃煤的要求 及所形成的灰渣量均有所不同，见下表2 4 。 表2 4 不同炉式的排烟含尘浓度及粉煤灰占总灰量的比例 由于煤粉炉增大炉膛面积既可提高锅炉蒸发量，因而煤粉炉的容量可以大 大的增加