（管理科学与工程专业论文）粉煤灰资源化及管理研究.pdf

摘要 由燃煤发电厂烟道排出的粉煤灰，是我国的大宗工业废料，已对区域的水环 境、大气环境造成严重污染。目前，我国发电厂粉煤灰的年排放量逐年增加，至 2 0 0 0 年底，我国粉煤灰渣的堆存量已高达1 2 5 亿吨，预计十五期间粉煤灰每年 排放量1 8 6 亿吨一3 2 亿吨。虽然我国粉煤灰的利用率已由1 9 8 9 年的2 4 n 5 增加 到了2 0 0 2 年的4 5 0 5 ，但与欧洲一些国家相比，利用率还很低。粉煤灰的合理开 发利用不仅是为了满足对能源和资源的需要，也是解决环境污染的需要。 为了丌拓粉煤灰资源化途径，论文对粉煤灰资源化的现状进行调查，对国内 外有关文献进行分析研究。从粉煤狄特性入手，对它在各个领域的综合利用进行 总结，以可持续发展理论为基础，从技术和管理两方面提出了粉煤灰资源化的途 径和对策，以推动我国电厂粉煤灰综合利用的产业化，规范化和市场化。 通过对粉煤灰特性及其环境危害的分析，强调了粉煤灰资源化的必要性； 对比国内外粉煤灰综合利用的现状，总结我国粉煤灰资源化存在的问题； 从循环经济和清洁生产两个层次上阐述粉煤灰资源化的理论基础，提出粉煤 灰资源化是可持续发展战略的重要内容； 研究粉煤灰资源化具体途径，在技术对策方面，总结了粉煤灰在农业、建筑 业、环保业、工程等领域的应用，并指出了今后的研究发展方向：在管理对策方 面，从宏观国家政策、中观产业协调和微观企业行为三方面，提出粉煤灰产业发 展的指导原则和方法； 元宝山发电厂粉煤灰资源化典型案例分析： 最后对我国粉煤灰资源化的前景进行展望，提出建议。 关键词：粉煤灰；资源化；固体废物；可持续发展 a b s t r a c t f l ya s h ，d i s c h a r g e df r o mc o a l f i r e dp o w e rs t a t i o n ，i st h em a i ni n d u s t r i a ls o l i d w a s t e ，w h i c hc a u s e ss i g n i f i c a n te c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s i nc h i n a w i t h t h em n o u n ti n c r e a s i n g ，t h ed e p o s i th a sb e e na d d e d u p t o1 , 2 5 0 m t b y t h ee n do f2 0 0 0 ， a n di ti sp r e d i c t e dt or e a c ht o18 6 m t 3 2 0 m t a n n u a l l yd u r i n gt h ep e r i o do f “t h et e n t h f i v ey e a r s ”t h e p r o p e r l y u t i l i z a t i o no ff l ya s hi st h e r e q u i r e m e n t o fb o t ht h e r e s o u r c e su t i l i z a t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n t h e r a t i oo fu t i l i z a t i o no f f l ya s h i nc h i n a ，i sf r o m2 4 i n1 9 8 9t o4 5 i n2 0 0 2 ，b u ti ti ss t i l lv e r yl o w c o m p a r e d w i t h t h ee u r o p e a nc o u n t r i e s w i t ht h eb e n e f i t si n e c o n o m y , s o c i e t ya n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，u t i l i z a t i o no ff l ya s hi sn e c e s s a r y b a s e do nt h e i n v e s t i g a t i o n o ft h ec u r r e n ts i t u a t i o na n d a n a l y s i s o fr e l a t e d d o m e s t i ca n df o r e i g nl i t e r a t u r e s ，t h i sp a p e r p o i n t so u tt h em e a s u r e st ou t i l i z ef l ya s h b o t hi n t e c h n o l o g y a n d m a n a g e m e n t ；a n a l y z e s t h e p h y s i c a l a n dc h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ，a n d t h ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n o f f l ya s h ，r e s u l t i n g i nt h e i n d i s p e n s a b i l i t ya n df e a s i b i l i t yo f t h eu t i l i z a t i o no f i t c o m p a r i n g t h ec u r r e n ts i t u a t i o no f f l ya s hi nc h i n aa n df o r e i g nc o u n t r i e s ，s t a t i n g t h ef o u n d a t i o n a lt h e o r i e so fi t ，i n t r o d u c i n gt h e f l ya s hu t i l i z a t i o ni na g r i c u l t u r e ， c o n s t r u c t i o n ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dc i v i le n g i n e e r i n gp r o j e c t se t e ；p o s i n gt h e m e a s u r e sa n dd i r e c t i o n si n m a n a g e m e n t f r o mt h ev i e wo fm a c r o s c o p e s t a t e ， m i d d l e s c o p ei n d u s t r ya n d m i c r o c o s m i cc o r p o r a t i o n a t y p i c a lc a s e ：t h eu t i l i z a t i o no f f l ya s hi nc o a l - f i r e dp o w e r s t a t i o n s p r e s e n t i n gs o m er e c o m m e n d a t i o n so nt h ef u t u r er e s e a r c ho r i e n t a t i o na n ds o m e a d v i c eo nt h ef u t u r ep r o s p e c to ft h i si n d u s t r y k e y w o r d s ：f l ya s h ；u t i l i z a t i o n ；s o l i dw a s t e ；s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t 粉煤驮资源化及管理研究 1 绪论 人类发展到2 0 世纪后期，在一味追求直接“生产发展一工业发展一经济发展” 的简单模式下，自然界“原始赐予”几乎不复存在，已经惨遭破坏的生存环境不仅 严重的威胁了人类的正常生命延续，而且越来越明确地显示出补偿“生态环境”破 坏所付出的代价，大大超出了不惜破坏生态环境所换来的“经济发展”。工业在给人 类创造财富的同时，也在高速消耗地球上的资源，给人类的生存环境造成了巨大的 潜在威胁，治理环境污染，寻找一条可行的途径从根本上解决环境问题已经成为全 球各国共同关心的课题。作为工业固体废物中的“老大”粉煤灰，在保护生态 环境，推动社会可持续发展的今天，其引起的环境问题受到了越来越多的关注。粉 煤灰曾被认为是公害，而随着时间的变化，越来越多的实践已经证明粉煤灰不是废 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”。 但由于缺乏系统的管理办法和生态意识，粉煤灰一直未能得到很好的利用，污染和 浪费非常严重，有些地区粉煤灰在某种程度上变成了大的“污染源”。因而，如何对 粉煤灰进行综合利用，做到物尽其用，变废为宝，将直接影响到我国工业发展的整 体水平，也是人类的一项重要任务。研究粉煤灰资源化，对中国这样的发展中国家 尤其具有重要的现实意义。 1 1 粉煤灰的特性及危害 粉煤灰是煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料。狭义地讲，它是指锅炉燃 烧时，烟气中带出的粉状残留物。广义地讲，它还包括锅炉底部排出的炉渣。由 于绝大部分( 约9 0 ) 粉煤灰由发电厂的燃煤锅炉产生，因此，本文所研究的粉煤 灰的生产和利用主要是指电力系统发电厂所排放的粉煤灰。 电厂粉煤灰品种有三类：干灰、湿灰和炉底渣。1 。这些粉煤灰的化学成份相似， 主要是s i o 。、h l ：0 。、f e 。0 。等，但物理性状差异较大，致使利用价值也有差异。电厂 的干灰年产量较大，其中一部分被直接利用，多数仍被排往灰场：排放于粉煤灰场 的湿灰数量最大，其中绝大部分尚未开发利用，炉底渣的产量相对较小。谈及粉煤 灰的综合利用，主要是指数量庞大的灰场湿灰及干灰的开发利用。 1 1 1 粉煤灰的物理化学特性 粉煤灰是白色或灰色粉状物料，表面密度为0 5 5 o 8 0 9 c m 3 ，孔隙率为 6 0 - 一7 5 ，比表面积为2 9 0 0 - - 4 0 0 0 c 莳g 。在光学显微镜下观察，粉煤灰包含下列主 要物质：玻璃球体物质含量5 0 8 0 ，磁性氧化铁( f e n o 。) 6 1 6 ，碳粒子3 4 ，石英含量3 2 0 ，莫来石含量5 3 0 ”1 。表1 ，l 为我国某火力发电厂粉煤灰 组成“。 1 】韩怀强，蒋挺大粉煤灰利用技术化学工业出版社，2 0 0 12 ：3 2 3 5 2 李策镭硅酸盐建筑制品1 9 9 3 ，( 1 ) ：3 4 【3 王文生，郑龙熙，魏德洲粉煤灰的造矿及深加工矿物岩石地球化学通报1 9 9 7 。16 ( 9 ) ：1 1 2 1 1 3 l 粉媒灰资源化及管理研究 粉煤灰所含的化学成分主要是s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、m g o 、k 2 0 、n a 2 0 、c a o 、f e s 等。粉煤灰中硅的含量最高，其次是铝，铁的含量相对较低。此外，还含有锗、镓、 硼、镍、铀、铂等稀有元素。由于粉煤灰的物理化学特性取决于煤种、制粉设备、锅 炉炉型、除尘设备类型、除尘方式、运行条件等多种因素，所以，不同电厂的粉煤灰 性质差异很大。我国部分火力发电厂粉煤灰化学组成见表1 2 1 3 。 表1 2 我国部分火力发电厂粉煤灰化学成分组成 t a b i e l 2c h e m i cc o m p o s i t i o no ff l ya s hi ns o m eo fc h i n e s ep o w e rs t a r i o n s 1 1 2 粉煤灰的环境危害 粉煤灰是电厂产生的工业废物，具有呆滞性、不可稀释性和长期潜在的危害性 从其产生运输、到贮存及处置的各个环节，都会给环境带来很多有害影响“1 。 3 】王文生郑龙熙，魏德洲粉煤灰的造矿及深加工矿物岩石地球化学通报，19 9 7 ，16 ( 9 ) ：1 12 一3 6 】伊武军 螽源、环境与可持续发展北京：环境出版杜，2 0 0 19 ：1 6 - 1 8 2 粉煤灰赘源化及管理研究 1 、侵占土地 我国每年发电及热电联产耗费原煤6 亿吨，排放的粉煤灰高达1 8 亿吨，严重 的威胁着生态环境。对粉煤灰的处理，目前我国电厂以灰场贮灰为主要堆存手段。 据统计，每万吨粉煤灰渣需堆场4 5 亩，至2 0 0 0 年底，我国粉煤灰渣堆存量高达 1 2 5 亿吨，需要堆场5 0 6 2 5 万亩”1 。 2 、污染水体 被除尘器捕获的飞灰，排灰方式多为湿排。湿排使飞灰中的有害成分溶入冲灰 的水中，这将污染地表水和地下水。同时堆置或填埋的粉煤灰，其有害组分很容易 浸出而污染土壤、地下水并导致水质硬度增加，不但破坏土壤和水体的生态平衡， 威胁人类的健康同时也浪费了大量的水资源。 3 、污染大气 ， 粉煤灰的水含量低颗粒细，风吹容易飞扬，处理不好易产生扬尘。在我国大多 数城市，粉煤灰是悬浮颗粒物的主要来源，造成区域性空气污染，危害人体健康。 4 、放射性危害 粉煤灰的放射性来源于它所含有的铀、钾和钍。由于它们属非挥发性元素，在 煤的燃烧过程中会进行富集，所以在粉煤灰中的这些放射性元素的含量要比原煤中 高出2 5 倍。这些物质进入周围空气或渗入地下被人体吸入，会沉积于人的呼吸系 统造成对人体的危害。1 。 1 2 粉煤灰资源化的概念和意义 何为资源化? 广义上讲，资源化表示资源的再循环。狭义上讲，资源化可以说 成是为了再循环利用废物而回收资源和能源。资源化的概念中也同时包涵实现资源 和能源回收所采取的管理工艺措施和技术方法。关于资源化的提法很多，目前尚无 统一的定义。本文认为，资源化是指分离回收废弃物中有用物质进行新的加工，开 发新的产品，使废弃物重新转变成有用的资源。简而言之，就是废物的再循环利用、 回收资源和能源。因此，资源化也可称为“再生”、“回收利用”等。 资源化的定义包括以下三个范畴：( 1 ) 物质回收：即处理废物并从中回收指定 的二次物质。如从城市垃圾中回收纸张、金属、玻璃等物质。这是我国目前做得较 好的资源回收工作之一；( 2 ) 物质转化：即利用废物制取新形态的物质。利用炉渣 生产砖瓦和其它建筑材料，利用城市垃圾生产堆肥等：( 3 ) 能量转换：即从废物中 回收能源。分为直接方式和间接方式，前者如焚烧垃圾回收蒸汽和热水，后者如利 用有机废物生产固态、液态和气态燃料。资源化遵循以下原则：( 1 ) 资源化技术应 是可行的；( 2 ) 资源化的经济效益应是较大的；( 3 ) 应尽可能利用，以便节省废物 收贮、运输等过程的投资，提高资源化的经济效益；( 4 ) 资源化产品应当具有与相 7 能源节约与资源综台利用“十五”规划，国家经贸委资源节约与综合利用司2 0 0 0 1 ：2 3 2 9 【8 】王立刚粉煤灰的环境危害与利用中国矿业2 0 0 1 1 0 ( 4 ) ：5 5 5 8 3 粉煤灰资源化及管理研究 应的原材料所得产品相竞争的能力，否则，采用的技术不可能持久。 目前，世界资源形势十分严峻，石油、煤炭等按己探明的储量和消耗量几百年 乃至五六十年f 勺就将耗去全部储量的8 0 。在这种形势下，资源化的意义非常重大。 首先，物质回收和能源再利用，可节省资源，缓解资源危机；其次，物质的再循环 利用可减少废物产生量，降低废物处理的能源消耗。有人预测，在不久的将来，资 源化技术将得到全面推广实行，回收的物质和能源完全能满足生产和生活的需要， 自然资源将会退到后备地位，整个社会生产进入良性循环。j t l 夕l , 粉煤灰资源化在产 生经济效益的同时也带来了极大的环境效益，虽然此种预测过于乐观，但资源化的 重大意义已成为不争的事实。 资源化一经提出便得到全球各国的承认，并获得迅速发展。欧美国家把废物资 源化列为经济政策的一部分，斥巨资进行开发。日本出于资源缺乏，废物资源化被 列为国家重点政策之一，并作为当前的紧急课题加以研究。目前，世界范围内正出 现“二次物料工业革命”的趋势。经过多年研究，己开发了堆肥、焚烧、热解等多 种资源化技术，研制了众多资源化成套设备并投入了运行。 粉煤灰资源化是指采用成熟工艺技术( 包括新材料、新设备) 对粉煤灰进行加 工，将其用于生产建材( 包括作水泥掺合料、砌筑水泥、炉渣砖和空心砖等) 、回填 地面( 包括平低洼地、荒地、煤矿采空区、塌陷区等) 、建筑工程( 包括筑路、桥梁、 地下和水下工程等) 、提取有益元素、制取化工产品及其他用途( 改良土壤、制造复 合肥) 。通过资源化，使原本对环境有害的粉煤灰转变成可重新利用的新资源。从电 力企业可持续发展和粉煤灰利用的具体目标出发，电力企业利用粉煤灰的指导思想 为：储用结合、积极利用、因地制宜、多种途径，直接大量利用为主，扩大利用面， 增加利用量，提高利用率。所谓因地制宜、多种途径，是因为电厂所处各地客观环 境不同，社会、经济和科技发展水平各异，对粉煤灰利用的认识以及政策环境有别， 在此时此地行之有效的粉煤灰利用途径在彼时彼地可能就无发展空间。如果不顾客 观实际照搬别人的经验，盲目上马粉煤灰项目，效果可能会适得其反。开展粉煤灰 利用工作，必须根据客观实际，选择在当地有效的途径。 火力发电在今后相当长时期内仍然是电力工业发展的主流，粉煤灰的产量必将 也会随之快速增多。把粉煤灰作为- - l b 资源来加以认识和充分利用，是关系到电力 工业及相关工业可持续发展所面临的亟待解决的大问题。对粉煤灰进行资源化，是 当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的一个新课题，探索粉 煤灰资源化的新方法、新途径和新技术，将会有力地推动技术创新和技术进步，推 动生产力的发展；对促进经济的发展，缓解资源紧张，改善生活环境等方面都具有 重要的意义。 4 粉煤灰资源化发管理研究 1 3 粉煤灰资源化的理论基础 1 3 ，1 循环经济理论 循环经济思想的萌芽可以追溯到2 0 世纪6 0 年代，美国经济学家鲍尔丁提出了 “宇宙飞船理沦”。到了2 0 世纪9 0 年代，特别是随着人类对生态环境保护和可 持续发展理论和认识的深入发展，源头预防和全过程治理的替代成为国家经济与发 展政策的真正主流，一套系统的循环经济战略逐步发展起来。循环经济( c i r c u l a r e c o n o m y ) 是物质闭环流动型( c l o s i n gm a t e r i a l sc y c l e ) 经济、资源循环( r e c o u r s e s c i r c u l a t e ) 经济的简称。从物质流动的方向看，传统工业社会的经济是一种单向流 动的线性经济，即“资源一产品一废物”。而循环经济的增长模式是“资源一产品一 再生资源”。 循环经济与线性经济根本区别在于，后者以“高开采、低利用、高排放”为特 征，即“大量生产、大量消费和大量废弃”；而前者是功能型经济，即实现生产和消 费的“非物质化”，以“低开采、高利用、低排放”为特征，进而形成“最优生产、 最优适消费和最少废弃”社会1 。表1 3 为“大量生产、大量消费和大量废弃”与 “最优生产、最优消费和最少废弃”的对比。循环经济为优化人类经济系统各个组 成部分之间关系提供整体性思路，为工业化以来的传统经济转向可持续发展的经济 提供战略性的理论范式。 循环经济是一种善待地球的经济发展新模式，它要求人们在生产和消费活动中 倡导新的行为规范和准则。4 r 原则是循环经济最重要的实际操作原则“”。 减量化原则( r e d u c e ) ：要求用较少的原料和能源，特别是控制使用有害于环 境的资源投入来达到既定目的或消费目的，在经济活动的源头就注意节约资源和减 少污染； 再回收原则( r e c o v e r y ) ：要求将人类生活和生产产生的废物分类回收； 再利用原则( r e u s e ) ：要求制造产品和包装容器能够以初始的形式被多次使 用和反复使用，而不是用过一次就废弃； 再循环原则( r e c y c l e ) ：要求把废物再次变成资源以减少末端处理负荷，即资 源化。再循环有两种情况，一种是原级再循环，即废品被循环用来产生同种类型的 新产品，如纸张再生纸张，塑料再生塑料等等；另一种是次级再循环，即将废物资 源化成为其他类型的产品原料，如粉煤灰的资源化。 【1 0 】l i nl j t m a l t sn ，s h i n d e ry t h ec o m p l e xc h e m i c a lt r e a t m e n to f a l u m i n as i l i c ac o n t a i n i n gm a t e r i a l s jm a t e rs y n t h p r o c1 9 9 8 ，6 ：2 7 - 3 5 ， 【1 1 】h t t p ：w w w g e o c i t i e s c o m d c a p e c a n a v e r a l l a u n c h p a d 2 0 9 5 f l y a s h h t m l 1 2 jf m s c h r o b e r t a t n i c h o l a seg a l l o p o u l o s s t r a t e g i e sf o rm a n u f a c t u r i n g s c i e n t i f i c a a a m e r i c a ns e p t e m b e r ，1 9 8 9 ，2 3 2 - 2 3 7 1 1 2 l f r o s c h r o b e r t a ，n i c h o l a s e g a l l o p o u f o s s t r a t e g i e s f o r m a n u f a c t u r i n g s c i e n t i f i c a a a m c r i c a ns e p t e m b e r ，1 9 8 9 ， 2 3 2 2 3 7 粉煤灰资源化及管理研究 表13 “大量生产、大量消费和大量废弃”与“最优生产、最优消费和最少废弃”的对比 t a b i e13m a s s p r o d u c ea n dm a s s t r a s hv s a p p r o p ri a t e p r o d u c ea n da p p r o p ri a t e t r a s h 1 以资源不成为制约因素为前提的生产1 资源利用与环境负荷降低相平衡从而 达到两者兼顾的生态生产形态； 2 以利润追求为主动机的生产2 ，利润的追求和环境保护相平衡，从而展 开持续发展的生产活动： 3 轻视资源的制约而大量生产3 ，形成持续发展的资源利用： a 以供大于求的生产活动为主要生产 a 投入的资源量减少； 方式：b 投入的资源的质发生变化 b 火量生产助长对资源的过度需要； c 抑制废弃物的产生，井向废弃物无 c 自然资源的廉价性助长对资源的害化发展 费：4 扩大生产者的责任延长产品的使用寿 4 产品使用和使用后增加的环境负荷缺乏认命，改善产品的服务维修体制并发展产品 识。的生态化设计。 1 品便利性的追求是消费扩大化和过剩化1 免那些增加环境负荷的，寻求便利性、 的主要动机：满足感的消费方式，引导最优消费； 2 消费扩火，产品使用周期缩短；2 产品的修理，增强使用寿命并鼓励循 3 大量拥有商品的消费价值观；对产品消费环使用，从而达到消费的优化； 所增加的环境负荷缺乏认识。3 重视商品使用功能的消费价值观。 l大量废弃最少废弃 1 ，资源的浪费增加环境的负荷，并扩大废弃1 最优生产、最优消费，促进废弃物资源 物的排放；的循环利用，达到废弃物排除量最小化， 以及废弃物无害化； 2 ，对废弃物增加的环境负荷缺乏认识。 2 废弃物的排除者责任追踪到底。 从2 0 世纪9 0 年代确定可持续发展战略以来，发达国家正在把发展循环经济、 建立循环型社会看作是实施可持续发展战略的重要途径和实现方式。我国的消费体 系仍在形成阶段，建立一个资源环境低负荷的社会消费体系，建构废弃物资源化产 业体系，通过资源的循环利用，使废弃物资源化、减量化和无害化，把有害环境的 废弃物减少到最低限度，走循环经济之路，已成为我国社会经济发展模式必然选择。 1 3 2 清洁生产理论 清洁生产( c l e a n e rp r o d u c t i o nc p ) 的定义是由联合国环境署( u n e p ) 和联合 国产业开发组织( u n i d o ) 于1 9 8 9 年提出的。在此之前，清洁生产所包含的主要内 容和思想早己被若干发达或较发达国家和地区采用，并在这些国家和地区有不同的 粉煤灰资源化及管理研究 叫法，如污染预防、废物最小化、清洁技术等。 1 9 8 9 年，u n e p 巴黎工业与环境活动中心在总结各国经验的基础上，提出了清洁 生产的定义：清洁生产是对生产过程、产品及服务中不断采用的一体化预防性环境 策略，它可以全面提高效率以及减少对人类与环境的危害“”。 e v a n sa n ds t e v e n s o n ( 2 0 0 0 ) 认为清洁生产所追求的目标有三个： 生产过程：节约原材料和能源、淘汰有毒原材料，削减所有废物数量和毒性； 产品：重点是沿产品的生命周期，即从原材料获取到产品的最终处理，减少 产品对环境所带来的负面影响。 服务：将环境因素纳入设计和所提供的服务中。 作为一种环境战略清洁生产的实施要依靠各种工具。目前世界广泛流行的清 洁生产工具有清洁生产审计、环境管理体系、生态设计、生命周期评价、环境标志 和环境管理会计等【1 5 j 。 总之，清洁生产和循环经济都是对传统环保和经济理念的冲击和突破，它们的 共同理论基础是追求生态效率，即追求物质和能源利用效率的最大化和废物产出的 最小化，从不同层次上把可持续思想延伸到各个领域。 以这些理论为指导，进行粉煤灰资源化的对策研究，粉煤灰综合利用是资源化 理论的具体应用与实践。火电厂粉煤灰开发利用将电力工业生产工艺的链条延长了 重要一环，对粉煤灰作为再生资源进行开发，发展了工业生态经济，推进了火电厂 清洁生产。火电厂粉煤灰治理成功不仅为电厂，而且为整个电力工业的废弃物治理 闯出一条产业化的发展道路，把污染治理从被动的管理治理推向了直接创造财富的 新境界，形成电力工业废弃物资源化利用、产业化发展的新局面。这也必将带动工 业体系全面实施清洁生产，实现国民经济的良性循环，推动整个社会实现可持续发 展的宏伟目标。 1 3 】l o w ee r n e s t ，j o h nw a r r e n ，s t e p h a nm o r a n d i s c o v e r i n gl n d u s t r i s le c o l o g y ：a ne x e c u t i v eb r i e f i n ga n ds o u r c e b o o k c l e v e l a n d ，o h ：b a t t e l l ep r e s s ，1 9 9 7 ，p p 3 0 4 3 1 l 1 4 e v a n sa n ds t e v e n s o n ，c l e a np r o d u c t i o n p e r s p e c t i v e s f o r t h e n e x t d e c a d e - o n e p s 6 t h i n t e r n a t i o n a l h i g h l “e l s e m i n a ro nc l e a n e rp r o d u c t i o n ，m o n t m a l ，c a n a d a ，o c t 2 0 0 0 ，4 2 i 一4 2 6 【15 】钱易清洁生产与可持续发展中国清洁生产，2 0 0 2 ，1 ：6 1 0 7 粉煤灰资源化及管理研究 2 粉煤灰资源化现状分析 2 1 粉煤灰资源化国际比较研究 国外对粉煤灰的研究，可以追溯到1 9 2 0 年后的电厂大型锅炉革新，1 9 3 1 年世 界上出现了粉煤灰，从这以后，就有人开始了对粉煤灰利用的研究。但粉煤灰资源 化真正引起人们重视是在2 0 世纪5 0 年代之后，许多国家发电厂的燃料结构发生变 化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。随之而来的是大量灰渣的排放，从而进 一步促使更多的人重视粉煤灰资源的综合利用问题。5 0 年代，美国蒙大拿州的俄马 坝工程就大规模地使用粉煤灰，数量达1 3 万吨，以取代当时供应紧缺的水泥，同时 也降低了工程造价。实践表明，该大坝工程质量毫不逊色，世人把俄马坝工程称为 粉煤灰应用史上的第一块里程碑。当前，全世界已有1 0 0 多种粉煤灰应用技术，一 些发达国家已不再把粉煤灰仅仅作为良好的建筑材料，而是列为再生资源，大力发 展综合利用。丹麦、荷兰、比利时和日本由于缺乏场地对粉煤灰进行了1 0 0 的利用。 1 9 5 5 年日本首先在大坝中使用粉煤灰，从1 9 5 5 1 9 6 8 年共建筑了2 7 座粉煤灰混凝 土水坝，而后在工民建筑、道路、桥梁等工程中大量应用。德国、法国和英国的利 用率分别为6 5 、7 5 和4 6 2 “。英国每年发电厂排放粉煤灰1 0 0 0 万吨，在混凝 土中使用约一百万吨，通过粉煤灰代替3 0 的水泥，不仅减少了粉煤灰的处理量， 同时也节约了混凝土原料水泥的费用。澳大利亚每年产生8 0 0 吨的粉煤灰。美国从 四十年代初开始应用粉煤灰，并在1 9 7 4 年将其列为国家最丰富的第七位固体矿物资 源。1 9 9 0 年排放粉煤灰五千万吨，大约2 0 的粉煤灰被重新利用，且多用于建筑业。 美国粉煤灰协会预测在1 9 9 6 年，粉煤灰的利用率将达到2 7 4 1 。西欧则早已在海 峡隧道工程中应用粉煤灰，并取得良好技术和经济效益。 我国粉煤灰利用始于2 0 世纪5 0 年代并于6 0 年代设定了专门机构，开展了这 方面的工作。最初的发展方向是制作建筑制品和建筑材料，并已在工程建设中广为 应用，如5 0 年代中期东北地区冶金基地建设，稍晚的三门峡水利枢纽工程和广西大 化水电站的建设及城市高层建筑如上海东方明珠塔等。近年来在我国高等级公路建 设中，粉煤灰也被大规模地用来处理软弱土层，充分利用粉煤灰的火山灰特性改良 地基。1 9 8 5 年以来，国家制订了一些鼓励资源综合利用的政策，并把粉煤灰综合利 用作为资源综合利用的突破1 ：3 。电力部门在确定了“贮用结合，积极利用”的粉煤 灰处置和综合利用方针的同时，提出了“因地制宜，多种途径，讲求实效，直接利 用为主，努力扩大利用面，增加利用量，提高利用率”的原则要求及承包经营等具 体措施”1 。在各级政府和有关部门的支持和协助下，经共同努力，到1 9 9 9 年综合利 1 6 1 t a y l o re m ，s c h u m a ng e f l y a s ha n dl i m ea m e n d m e n to f a c i d i cc o a ls p o i lt oa c i dr e v e g e t a t i o nje n v i r o nq u a l l 9 9 8 1 71 2 0 一1 2 4 t a k a d a 1 1u t i l i s a t i o no f c o a la s hf r o mf l u i d i z e db e di n c i n e r a t i o nb o i l e r s a sr o a db a s em a t e r i a l r e s o a r c ec o n s u m e r e c y c l e1 9 9 5 ，1 4 ：6 9 7 7 【1 8 】王卓昆粉煤灰综台利用及政策政策管理t2 0 0 0 年，3 月，1 0 _ 1 3 8 粉煤狄资源化及管理研究 用量7 0 0 0z f 吨，利用率4 5 “。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2 1 为近1 0 年来我国火电厂粉煤灰排灰量 及综合利用情况1 。 表2 2 详细列出了我国粉煤灰利用情况在世界同行业中所占的比重。由表2 2 可知，同国外相比，尽管我国粉煤灰的利用率低于欧洲一些发达国家，但从利用量 上讲，我国还是处于世界第一位。值得注意的是：虽然我国粉煤灰目前的利用率已 经由1 9 8 9 年的2 4 增加到了在4 0 左右，但与先进国家( 欧美等) 粉煤灰利用率已 经达到7 0 1 0 0 相比，这个利用率还很低，并主要用于筑路基和回填，建筑业所 用不多，剩f 的部分还贮存在灰库中，而灰库大部分又建在耕田中。因此必须大力 研究开发粉煤灰，使粉煤灰综合利用走上健康发展的道路。 表2 1 我国火力发电厂9 0 9 7 年粉煤灰排放及利用情况 t a b l e21 d i s c h a r g ea n du t 1i z a t i o no ff i ya s h i nc h i n af r o m1 9 9 0t o1 9 9 7 1 9 】王学武赵风清等粉煤灰综合利用研究述评，粉煤灰综合利用r 2 0 0 1 ，6 2 0 赵丽华，赵中一粉煤灰资源化的现状，环境污染；台理技术与设备，2 0 0 24 ：2 9 3 3 塑燮壅塑堡! ! 丝篁型! 壅 表2 2 世界主要产煤和用煤国家的灰渣产生量和利用率 国家 灰渣产生量，万吨 灰渣利用量万吨利用率， 注：中国为1 9 9 4 年资料，其他国家为1 9 9 1 1 9 9 4 年资料 2 2 我国粉煤灰资源化存在的问题及原因 自1 9 8 7 年提出“把粉煤灰作为资源综合利用突破口”，特别是1 9 9 4 年1 月粉 煤灰综合利用管理办法颁布以来，我国粉煤灰综合利用工作蓬勃发展，粉煤灰综 合利用量不断扩大，已初步形成粉煤灰综合利用新兴产业群，并取得了一些成功的 管理经验，但是总体来说，粉煤灰的利用率仍然很低，存在着许多管理和技术上的 问题，致使在实际应用中我国的粉煤灰资源化进程相对缓慢。 2 2 1 粉煤灰资源化存在的问题 l 、粉煤灰综合利用领域不广泛 粉煤灰资源化及管理研究 粉煤灰作为一种有潜在活性的胶凝材料，有着优良的物理性能，其应用领域相 当宽泛，而我国目前对粉煤灰的资源化仅限于水泥、筑路等少数领域。 2 、以煤为主的能源需求与粉煤灰综合利用率不相和谐 我国煤炭消耗量逐年增多，1 9 8 0 年是6 亿吨，到1 9 9 5 年1 2 8 亿吨，到2 0 0 0 年己达1 6 亿吨。目前，我国已成为世界第一大排灰国家，但是我国的粉煤灰资源化 水平仍低于世界发达国家，粉煤灰利用问题，影响电力工业乃至整个工业的发展。 3 、粉煤灰综合利用水平不高 由于我国燃煤电厂煤种来源多，煤质差异大，加上各电厂磨煤机类型不同，导 致煤粉粗细不同，燃烧后煤灰颗粒度差异大，无法直接应用。早期建设的电厂采用 低效干式除尘器或湿式除尘器，粉煤灰中最有用、性能最好的细煤灰被排入大气， 收集下来的粗煤灰应用价值不大。近年建设的大型机组多采用高效除尘器，但不少 输灰系统采用的是水冲式，甚至灰渣混排。因而目前我国粉煤灰的资源化仅仅是在 低层次上使用粉煤灰，粉煤灰的实际使用价值并未完全得到挖掘。 4 、粉煤灰综合利用缺少稳定、可靠的途径 据统计，我国粉煤灰的资源化用于筑路占6 2 2 、建材占2 4 4 、回填占8 8 ， 而其他利用渠道极不稳定“”。尽管公路、市政是用灰大户，但用灰数量不稳定，公 路建设虽然需要量大粉煤灰，但并不是每个电厂附近都会修路，经验显示如果粉煤 灰修路运距超过5 0 公里则经济上就不合算。 5 、粉煤灰综合利用存在二次污染 粉煤灰产业在一定程度上解决了电厂一次污染和占地等环保问题，并能同时带 来巨大的经济效益，但在粉煤灰生产中，存在污染废物处理不彻底等二次污染现象， 一些粗灰，依然是用水冲堆放、覆盖，仍然存在占地、污染的问题，同时由于以粉 煤灰作原料，在生产过程中仍有飞灰现象。 2 2 2 原因 粉煤灰资源化问题的存在，具有多方面的原因，除了技术上的原因外，主要是 没有建立一个统一的行业规范，地区之间、城市之间、政策执行不一，管理力度不 同，发展不平衡。 1 、粉煤灰利用的技术问题 ( 1 ) 生产粉煤灰过程中的技术问题 我国早期建设的电厂采用链条锅炉，目前正在被循环流化床锅炉所替代，这种 锅炉排出的飞灰含碳量很高；一批采用液化炉排渣的热电厂排出的高玻璃化水淬渣， 结构致密，摩氏硬度大于6 ，在一般球磨机内粉磨难度大，虽属中钙优质活性材料， 但生产应用十分困难。 ( 2 ) 排放粉煤灰过程中的技术问题 2 t 】朱圣东，付玉华吴迎利用粉煤灰生产建材产品固废处理与处置，1 9 9 95 ：2 9 3 1 i l 粉煤灰资源化及管理研究 电厂因设备陈旧、工艺落后、操作不当、煤燃烧不充分，排出大量高碳灰。高 碳灰约占粉煤灰总量的3 0 ，而在水泥和混凝土中高碳灰无法利用；电厂采用湿排 方式排灰，湿灰活性低、含水量高、利用难度大；随着采用钙基进行烟气除硫，灰 中硫酸钙的含量高达2 0 ，二氧化硫含量超标，脱硫灰渣利用问题也越来越大。 ( 3 ) 用灰过程中的技术问题 我国从2 0 0 1 年起采用国际( i s 0 ) 水泥标准，由于粉煤灰是高玻璃态聚合度大的 矿物，吸水量少，水化速率慢，对掺灰水泥早期强度有显著影响，因此，过去作为 用灰大户的水泥工业，在普硅水泥和其它水泥中的掺灰量呈下降趋势，且有4 0 的 小水泥厂面临破产，粉煤灰在水泥工业中用量下降的趋势正在加剧”“。 2 、粉煤灰资源化的观念认识不够 目前粉煤灰产业面临的最大问题是人的观念问题。人们对粉煤灰总体印象仍然 是一种工业废渣，而没有上升到一种良好的经济资源，不能充分利用粉煤灰的价值， 导致不能迅速实现对粉煤灰从“废”为“宝”的转变，很多人对产品的性能和使用 意义缺乏全面的了解，从而限制了人们对粉煤灰实际价值的开发利用。一些决策者 忽视了电厂建设中的粉煤灰综合利用工程，因而导致粉煤灰综合利用资金投入不到 位。在观念转变的过程中，作为组织领导企业迈向2 1 世纪的领导力量一企业领导人 员知识结构的更新和思想观念的转变，显得尤为重要。企业的领导者如果能象抓发 电生产一样来重视粉煤灰的综合利用，一头抓发电，头抓用灰，变“送走光明， 留下煤灰”为“送走光明，煤灰变宝”，那么无疑促进了粉煤灰的资源化。 3 、社会政府政策支持不足 社会、地方政府对粉煤灰的资源化支持不够，主管部门对粉煤灰性质认识不足， 自然导致指导不利、扶持不够、优惠政策经常不到位，且没有从经济可持续发展及 环境保护的高度去认识、支持粉煤灰开发利用事业，致使企业开发利用粉煤灰积极 性受到损害。如个别政府对粉煤灰的资源化有抵制现象，企业申请免税得不到支持， 影响了企业综合利用粉煤灰的积极性。 4 、技术人才缺乏 粉煤灰利用企业往往缺少粉煤灰资源化的技术知识及技术人才，使粉煤灰利用 成本增加，致使企业开发利用粉煤灰的积极性受到损伤。 当前粉煤灰综合利用产生的效益，虽然已为各级政府乃至全社会有所重视，但 应该看到，我国以煤为主的能源结构在今后相当长的时期内不会改变，“十五”期间， 各地都将有一个煤电装机发展高峰，粉煤灰综合利用任务还相当繁重，粉煤灰综合 利用能否持续发展，不仅涉及到经济结构的调整，而且影响到城市环境综合整治， 企业清洁文明生产，减员增效等措施的顺利实施，这是一个值得全社会关心的重大 问题。 【2 2 】韩桂春宁波，郑番云粉煤灰的开发利用电力环境保护，t 9 9 6 ，1 2 ( 4 ) ；3 8 1 2 粉煤灰资源化及管理研究 3 粉煤灰资源化的应用途径分析 根据环境保护科学新理论，只有将污染防治、废物处理与资源开发紧密结合起 来，才能使排放粉煤灰的电力工业摆脱面临环保法越来越严、粉煤灰处置费用越来 越高的困境。粉煤灰作为固体废料，在处理过程中应做到源头处理的减量化和综合 利用的资源化。 3 1 粉煤灰减量化途径( r e d u c e ) 遵循循环经济的减量化原则和清洁生产的源消减原则，作为燃煤废料的粉煤灰， 应从其产生的源头来控制耢煤灰的产生和排放。作为生态工业的一部分，上游企业 发电厂的废物是下游粉煤灰厂的原材料和能量，但这并不意味着，上游企业想产生 什么废物就产生什么废物，想排多少就排多少，相反，在形成生态工业的“食物链” 和“食物网”中，首先要减少上游企业的废物。”，尤其是有害物质，要在电厂生产 的全过程进行粉煤灰源消减，实现清洁燃煤。从可持续发展的观点看，煤的燃烧与 污染控制是复杂的系统工程，煤的形成与埋藏一煤炭资源特性一煤的燃烧一燃烧产物的 处置与污染控制，是一个互为关联的整体。其研究的核心，即是煤中有机组分和无 机组分在不同环境条件下的物理化学转化行为，研究目的则是充分利用有利于人类 发展的这些物质演化过程，并将不利化为有利或尽量控制不利的转化，从而实现废 物减量化和无害化。 3 1 1 从源头控制粉煤灰的产生 从源头控制粉煤灰的产生，做到源消减，主要要做好以下几个方面的工作： 1 、配煤：做好对煤种的评价工作，实现不同煤种的合理搭配和资源优化，使由 此而产生的环境问题得到缓解。 2 、洗选：洗选是清洁燃烧的一个重要环节，其实质是在煤燃烧之前就将其中的 有害成份通过清洗而有效地加以去除，从而减少整个燃煤过程中有害物质的危害。 3 、改善燃烧技术：改善锅炉的炉型条件( 向大容量、高参数、高经济性的方向发 展) ，提高炉膛温度并改善集尘方式( 使用高效的电除尘器) ，使粉煤能得到高效、低 污染燃烧，并能使燃烧产物得到合理处置。 4 、采用先进的吸灰设备及技