燃煤電廠煙氣脫硫石膏循環(huán)利用與市場需求分析
受國家對燃煤煙氣二氧化硫排放控制要求到位的環(huán)保政策推動，實(shí)施煙氣脫硫的市場需求呈井噴狀擴(kuò)大，龐大的脫硫產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。至2005年底，我國建成投產(chǎn)的煙氣脫硫機(jī)組約5 300萬 kW，約占火電裝機(jī)容量的14%，正在建設(shè)的煙氣脫硫機(jī)組容量超過1億 kW。目前，已有石灰石-石膏濕法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、常壓循環(huán)流化床法、海水脫硫法、爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣增濕活化法、電子束法、煙氣循環(huán)流化床法等10多種脫硫工藝技術(shù)在我國得到了應(yīng)用。
在諸多脫硫工藝中，石灰石-石膏濕法脫硫由于脫硫效率高、技術(shù)成熟且脫硫副產(chǎn)物具有較高利用價(jià)值，成為目前世界各國火電廠采用的主流工藝技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國投運(yùn)、在建和已簽訂合同的火電廠煙氣脫硫工藝技術(shù)中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫占90%以上。
采用石灰石-石膏濕法工藝脫硫，經(jīng)強(qiáng)制氧化及脫水后所得的副產(chǎn)品稱為煙氣脫硫石膏（FGD gypsum或DSG）。煙氣脫硫石膏顆粒較細(xì)，平均粒徑約40～60 μm，顏色呈灰、黃，二水硫酸鈣含量較高（90％～95％），游離水一般在10%～15%，此外還含有少量飛灰、有機(jī)碳、碳酸鈣、亞硫酸鈣以及微量鈉、鉀、鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)[1，2]。
與天然石膏相比，煙氣脫硫石膏具有純度高、成分穩(wěn)定、粒度小、有害雜質(zhì)少等特點(diǎn)，是一種品質(zhì)較好的石膏（見表1[2]）。世界各國的應(yīng)用實(shí)踐證明，煙氣脫硫石膏能較好替代天然石膏。
表1 某廠脫硫石膏與天然石膏的組成成分比較
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在國外，煙氣脫硫石膏的工業(yè)化生產(chǎn)和使用已超過20年之久。在歐洲各國、日本和美國得到高度重視和發(fā)展[3-5]。其中日本和德國是世界上煙氣脫硫石膏主要生產(chǎn)國和利用國，其利用率達(dá)到80%～90％；其次為美國、英國、奧地利和荷蘭。從用途上看，煙氣脫硫石膏主要用于生產(chǎn)建材制品和水泥緩凝劑。此外，日本開發(fā)了以煙氣脫硫石膏制作路基材料的技術(shù)，美國的煙氣脫硫石膏中有少部分用于酸性土壤的改良。
1 脫硫石膏優(yōu)點(diǎn)
近年來，國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)開展了一系列煙氣脫硫石膏制品與天然石膏制品的對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，煙氣脫硫石膏的品位較高，便于利用，是建材工業(yè)的寶貴資源。主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）煙氣脫硫石膏的品位平均在90％以上，達(dá)到天然優(yōu)質(zhì)二水石膏品位；（2）煙氣脫硫石膏炒制后所得的半水石膏性能超過國家《建筑石膏》（GB/T 9776一88）標(biāo)準(zhǔn) [6]；（3） 煙氣脫硫石膏應(yīng)用在石膏板生產(chǎn)過程中可以降低料漿液固比，增大料漿流動性，降低石膏板重量，改善石膏板質(zhì)量，提高石膏板機(jī)械強(qiáng)度，降低石膏板的成品破損率，并能減少對設(shè)備的磨損[7]；（4）煙氣脫硫石膏制成的粉刷石膏具有凝結(jié)快、質(zhì)輕、微膨脹、粘結(jié)性好、保溫隔熱、施工方便且省工期等優(yōu)點(diǎn)，可解決抹灰工程中空鼓、開裂、脫落等質(zhì)量通病，是水泥砂漿類粉刷材料理想的替代品[8]；（5）由于微觀和力學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，煙氣脫硫石膏制成的建筑石膏或水泥在抗壓、抗折強(qiáng)度性能上優(yōu)于天然建筑石膏 [9，10]；（6）與使用天然石膏相比，使用煙氣脫硫石膏省去了破碎工藝；（7）脫硫石膏出廠價(jià)一般低于天然石膏，對企業(yè)來說購買附近電廠的脫硫石膏可降低原材料成本（見表2）。
表2 上海某外企購買天然石膏與煙氣脫硫石膏價(jià)格對比 元/t
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2 煙氣脫硫石膏應(yīng)用中存在的問題
煙氣脫硫石膏應(yīng)用中存在的問題主要有：（1）煙氣脫硫石膏的性質(zhì)會受到電廠煙氣除塵系統(tǒng)效率及吸收劑品質(zhì)的影響，有可能出現(xiàn)飛灰等雜質(zhì)含量較高、顏色偏深的情況，從而可能影響到下游工業(yè)產(chǎn)品的外觀、品質(zhì)，因此有必要制定相應(yīng)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保證電廠煙氣脫硫石膏的品質(zhì)；（2）在技術(shù)和設(shè)備方面，由于脫硫石膏有10%的含水量，因此需要在傳統(tǒng)的石膏板制造工藝中添加一套烘干處理、煅燒系統(tǒng)，這需要企業(yè)增加一定的設(shè)備投入；（3）煙氣脫硫石膏含水率比天然石膏高，具有一定的黏結(jié)性，在水泥生產(chǎn)過程中容易引起拌料倉結(jié)倉、結(jié)壁、下料堵塞問題，因此需要開發(fā)解決該問題的技術(shù)，如采取造粒成球（成本平均增加20元/t）、拌料倉改進(jìn)等；（4）粉刷石膏對加水量比較敏感，在施工過程中對其材料配比和每次拌合量有嚴(yán)格要求；（5）目前，我國脫硫石膏的供求狀況存在明顯的地區(qū)差異，在中西部天然石膏資源豐富的地區(qū)，煙氣脫硫石膏大量拋棄未得到充分利用；而在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，脫硫石膏則呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。企業(yè)為了自身經(jīng)濟(jì)利益，主動將生產(chǎn)線建造在電廠附近實(shí)現(xiàn)資源利用最優(yōu)化。然而，企業(yè)同時(shí)面臨著電廠煙氣脫硫石膏品質(zhì)不能滿足生產(chǎn)技術(shù)要求的問題，必須投資改造設(shè)備對煙氣脫硫石膏進(jìn)行加工處理使其符合生產(chǎn)要求，這在一定程度上影響了經(jīng)濟(jì)效益。
3 脫硫石膏的市場需求分析
“十一五”期間，我國的煙氣脫硫石膏產(chǎn)量將隨著燃煤電廠脫硫工程的穩(wěn)步推進(jìn)而逐漸增長。據(jù)國家發(fā)展和改革委員會、國家環(huán)？偩诸C布的《現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規(guī)劃》，至2010年，約1.37億 kW現(xiàn)有燃煤機(jī)組實(shí)施煙氣脫硫，按濕法脫硫工藝占90％，煤含硫量1％，單位發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗0.350 kg/（kW·h），燃煤電廠年運(yùn)行6 000 h，處理1 t二氧化硫產(chǎn)生近2.7 t純煙氣脫硫石膏（雜質(zhì)按10%計(jì)）。S轉(zhuǎn)換成二氧化硫按90％，脫硫效率按95％估算，未來我國的煙氣脫硫石膏年產(chǎn)量將由2005年底的416.24萬 t增加至2010年的近1 489.06萬 t。
目前，我國煙氣脫硫石膏綜合處理應(yīng)用的主要領(lǐng)域有紙面石膏板、石膏空心砌塊（條板）、水泥緩凝劑、粉刷石膏、膩?zhàn)拥；此外，在農(nóng)業(yè)、路基回填材料、礦業(yè)充填膠結(jié)劑和鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等[11-13]方面的應(yīng)用也有報(bào)道。但除了石膏板行業(yè)外，總體來說發(fā)展比較緩慢，尚未形成工業(yè)化、規(guī)；蛯I(yè)化生產(chǎn)。未來5年中，電廠煙氣脫硫石膏產(chǎn)出將不斷增大，而市場需求的潛力也非常巨大。水泥、石膏板、粉刷石膏在未來將成為煙氣脫硫石膏最重要的三大消納行業(yè)，農(nóng)業(yè)應(yīng)用也具有很大潛力。
各地對煙氣脫硫石膏的需求量與當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平等因素有密切關(guān)系。如江蘇、浙江、廣東、上海等天然石膏匱乏而能源需求量大的地區(qū)，是煙氣脫硫石膏應(yīng)用的重要區(qū)域。
3.1 建筑建材行業(yè)——生產(chǎn)紙面石膏板
紙面石膏板是一個蓬勃發(fā)展的行業(yè)，是消納煙氣脫硫石膏的重要方向。與發(fā)達(dá)國家相比，我國人均紙面石膏板消耗量還很低（人均紙面石膏板消耗量我國為0.5 m2，美國和加拿大為10 m2左右），市場發(fā)展空間巨大。按照紙面石膏板市場以每年10%速度增長，2010年，我國紙面石膏板產(chǎn)量將達(dá)到13億 m2。從行業(yè)特點(diǎn)看，該行業(yè)適合發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)自動化流水生產(chǎn)線，運(yùn)輸半徑大，能耗低，產(chǎn)值和附加值高，是一條變廢為寶的切實(shí)有效途徑。
據(jù)統(tǒng)計(jì)（2007年1月25日《中國建材報(bào)》“2006年建材主要產(chǎn)品產(chǎn)量”），2006年全國紙面石膏板累計(jì)產(chǎn)量9.2億 m2，其中，中高檔紙面石膏板產(chǎn)量約占全國總量的43.29%。該類產(chǎn)品生產(chǎn)商大多以≥85％的添加比例使用煙氣脫硫石膏作為生產(chǎn)原料，并且積極籌建100％使用電廠煙氣脫硫石膏的大型生產(chǎn)線。如：山東泰和集團(tuán)在江蘇江陰、湖北荊門、山東濰坊、重慶江津等地陸續(xù)建設(shè)年產(chǎn)量在3 000萬 m2的紙面石膏板生產(chǎn)線共6條。外資企業(yè)上海拉法基、上海杰科等也在上海本地和江浙一帶籌建年產(chǎn)約3 000萬 m2的新生產(chǎn)線。中小紙面石膏板廠亦使用煙氣脫硫石膏，但添加比例較小。根據(jù)行業(yè)發(fā)展趨勢，穩(wěn)定使用煙氣脫硫石膏的中高檔產(chǎn)品市場將不斷增長，因而煙氣脫硫石膏的需求勢必隨之增高。
若生產(chǎn)原料100%使用煙氣脫硫石膏，每平方米紙面石膏板的經(jīng)驗(yàn)用量約需8 kg煙氣脫硫石膏。按2006年的紙面石膏板產(chǎn)量，假設(shè)有50％的紙面石膏板產(chǎn)品全部使用煙氣脫硫石膏，則全國每年能消納368萬 t的煙氣脫硫石膏。假設(shè)50%～60%紙面石膏板產(chǎn)品全部使用煙氣脫硫石膏，預(yù)計(jì)2010年全國將能消耗520～624萬 t煙氣脫硫石膏。
3.2 建筑建材行業(yè)——制作粉刷石膏
粉刷石膏也是煙氣脫硫石膏應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。粉刷石膏是預(yù)拌干粉砂漿的一種，它是以半水石膏為基材，摻入適量外加劑制成的粉狀抹灰材料，具有保溫隔熱、呼吸功能、粘結(jié)性好、防火等優(yōu)點(diǎn)，是一種符合國家產(chǎn)業(yè)政策和建筑節(jié)能要求的新型綠色建材，具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，我國粉刷石膏的年使用量在10萬t左右。尚未在全國推廣使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年全國新增住宅商品房約為3.71億 m2，依此規(guī)模，按每10 000 m2建筑需用1 400 m3(合2 700 t)水泥砂漿，內(nèi)墻墻面加天花板面占整個建筑需粉刷表面加砌筑所用砂漿量的近70％計(jì)算[11]，約需7 011.9萬 t抹面砂漿，按照石膏粉刷材料占抹灰材料的30％～50%[8]，純粉刷石膏占石膏粉刷材料（石膏+水+其他輔料）的1/4計(jì)算，粉刷石膏的年用量可達(dá)525.89萬～876.49 萬 t。
3.3 建筑建材行業(yè)——用于水泥生產(chǎn)
水泥行業(yè)也是煙氣脫硫石膏應(yīng)用的重要領(lǐng)域。2006年全國水泥產(chǎn)量12.4億 t，根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會《水泥工業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》（發(fā)改工業(yè)[2006]2222號），在今后較長一段時(shí)間內(nèi)，我國的水泥生產(chǎn)將在控制總量、優(yōu)化地區(qū)布局、調(diào)整結(jié)構(gòu)的前提下持續(xù)增長，預(yù)計(jì)2010年國內(nèi)水泥需求量將為12億 t左右。國家積極鼓勵水泥生產(chǎn)企業(yè)走資源綜合利用發(fā)展道路。目前，國內(nèi)許多水泥企業(yè)都在積極研發(fā)利用煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑，已經(jīng)成熟應(yīng)用的實(shí)例有重慶拉法基水泥公司、四川騰輝水泥公司、小郎海水泥公司等，他們的煙氣脫硫石膏主要來自于珞磺電廠和重慶電廠，煙氣脫硫石膏年用量在9萬 t左右。
按2010年國內(nèi)水泥需求量，水泥生產(chǎn)過程中添加熟料重量3%～5%的二水石膏作緩凝劑，取平均值4%計(jì)算，屆時(shí)，水泥行業(yè)年消耗煙氣脫硫石膏將能達(dá)4 800萬 t，成為消納煙氣脫硫石膏的首要大戶。
目前，煙氣脫硫石膏應(yīng)用于水泥行業(yè)的瓶頸主要在于其含水率高，易粘球磨機(jī)、引起拌料倉堵塞，應(yīng)積極開發(fā)解決此類問題的技術(shù)。
3.4 建筑建材行業(yè)——用于制造石膏砌塊
我國外墻建設(shè)中大力推薦以石膏砌塊代替實(shí)心粘土磚，但石膏砌塊產(chǎn)品受制于市場和經(jīng)濟(jì)性制約，產(chǎn)值低、能耗高，運(yùn)輸半徑較小，應(yīng)用煙氣脫硫石膏的技術(shù)阻力大。北京熱電廠、濟(jì)南黃臺電廠、太原第一熱電廠在應(yīng)用中都遇到過類似問題，難以形成規(guī)；纳a(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用。目前，國內(nèi)較大規(guī)模的生產(chǎn)線為北京熱電廠年產(chǎn)量30萬 m2石膏砌塊生產(chǎn)線，每年約利用煙氣脫硫石膏2萬 t（濕基），其余大部分生產(chǎn)線都是10萬 m2以下的小生產(chǎn)線。
3.5 農(nóng)業(yè)——用于改良鹽堿地和生產(chǎn)肥料
農(nóng)業(yè)應(yīng)用是煙氣脫硫石膏利用的一個新興領(lǐng)域。我國是世界上鹽堿土分布最多的國家之一，鹽堿土面積達(dá)366.58萬 hm2,主要分布在西北內(nèi)陸、黃河中游、黃淮海平原洼地、東北、華東和華南等沿海地區(qū)[14]。
煙氣脫硫石膏中的鈣離子可以加速置換鹽堿土壤中的可代換性鈉，降低土壤pH，從而達(dá)到改良堿土的作用。目前，我國北方開展了不少煙氣脫硫石膏改良內(nèi)陸鹽堿地的實(shí)驗(yàn)性研究[15-17]，也建立了示范性工程。如沈陽市康平縣、內(nèi)蒙古托克托縣均進(jìn)行了煙氣脫硫石膏改良蘇打堿化土壤的玉米大田試驗(yàn)，改良效果明顯。沿海地區(qū)灘涂及鹽堿地改良較少，寧波太極環(huán)保公司曾利用金屬銅礦冶煉爐渣作吸收劑進(jìn)行煙氣脫硫，將脫硫副產(chǎn)物改良寧波慈溪庵東鎮(zhèn)江南村鹽堿地，獲得良好效果[18]。
按照每畝添加0.5%土層重量（土壤耕作層20 cm，容重1.2 g/cm3）的煙氣脫硫石膏[19]計(jì)算，改良全國的50%的鹽堿土地，理論上可以消納近2.2億t的脫硫石膏？梢，脫硫石膏農(nóng)業(yè)應(yīng)用潛力巨大。然而應(yīng)用實(shí)踐中還存在一些問題，尚無法大規(guī)模應(yīng)用。
此外，煙氣脫硫石膏可以制成化肥硫酸銨施加到土壤中，提高土壤肥力。但是，由于成本問題，目前還未受到相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。
3.6 出口需求
在亞洲，我國鄰近的日本、新加坡、韓國和馬來西亞等國沒有或缺乏天然石膏。因此，這些地區(qū)以石膏為生產(chǎn)原料的企業(yè)對煙氣脫硫石膏具有一定的需求量，若我國燃煤電廠的煙氣脫硫石膏無法完全在本地消納，可以發(fā)展石膏貿(mào)易，向這些國家和地區(qū)出口煙氣脫硫石膏，以緩解環(huán)境壓力。
4 結(jié) 語
煙氣脫硫石膏是天然石膏良好的替代材料，在我國有著廣闊的市場需求前景，脫硫石膏在建筑建材業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的有效利用將能切實(shí)保證煙氣脫硫工程的順利推進(jìn)，不僅能實(shí)現(xiàn)廢物資源化，而且能相應(yīng)帶動土地資源、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等重大問題的解決，帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)發(fā)展觀理念。因此，應(yīng)積極采取措施，加快煙氣脫硫石膏應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，加大對煙氣脫硫石膏利用政策的支持力度，完善并落實(shí)資源綜合利用稅收優(yōu)惠政策，制定統(tǒng)一的石灰石-石膏法煙氣脫硫石膏質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，有效推動煙氣脫硫石膏的綜合利用。
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