燃煤電廠煙氣脫硫石膏循環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保政策推動，實施煙氣脫硫的市場需求呈井噴狀擴大，龐大的脫硫產業應運而生。至2005年底，我國建成投產的煙氣脫硫機組約5 300萬 kW，約占火電裝機容量的14%，正在建設的煙氣脫硫機組容量超過1億 kW。目前，已有石灰石-石膏濕法、旋轉噴霧干燥法、常壓循環流化床法、海水脫硫法、爐內噴鈣尾部煙氣增濕活化法、電子束法、煙氣循環流化床法等10多種脫硫工藝技術在我國得到了應用。
在諸多脫硫工藝中，石灰石-石膏濕法脫硫由于脫硫效率高、技術成熟且脫硫副產物具有較高利用價值，成為目前世界各國火電廠采用的主流工藝技術。據統計，目前我國投運、在建和已簽訂合同的火電廠煙氣脫硫工藝技術中，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，經強制氧化及脫水后所得的副產品稱為煙氣脫硫石膏（FGD gypsum或DSG）。煙氣脫硫石膏顆粒較細，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[1，2]。
與天然石膏相比，煙氣脫硫石膏具有純度高、成分穩定、粒度小、有害雜質少等特點，是一種品質較好的石膏（見表1[2]）。世界各國的應用實踐證明，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化生產和使用已超過20年之久。在歐洲各國、日本和美國得到高度重視和發展[3-5]。其中日本和德國是世界上煙氣脫硫石膏主要生產國和利用國，其利用率達到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建材制品和水泥緩凝劑。此外，日本開發了以煙氣脫硫石膏制作路基材料的技術，美國的煙氣脫硫石膏中有少部分用于酸性土壤的改良。
1 脫硫石膏優點
近年來，國內各研究機構、企業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，結果表明，煙氣脫硫石膏的品位較高，便于利用，是建材工業的寶貴資源。主要優點有：（1）煙氣脫硫石膏的品位平均在90％以上，達到天然優質二水石膏品位；（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）標準 [6]；（3） 煙氣脫硫石膏應用在石膏板生產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，改善石膏板質量，提高石膏板機械強度，降低石膏板的成品破損率，并能減少對設備的磨損[7]；（4）煙氣脫硫石膏制成的粉刷石膏具有凝結快、質輕、微膨脹、粘結性好、保溫隔熱、施工方便且省工期等優點，可解決抹灰工程中空鼓、開裂、脫落等質量通病，是水泥砂漿類粉刷材料理想的替代品[8]；（5）由于微觀和力學結構的優勢，煙氣脫硫石膏制成的建筑石膏或水泥在抗壓、抗折強度性能上優于天然建筑石膏 [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）脫硫石膏出廠價一般低于天然石膏，對企業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格對比 元/t
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2 煙氣脫硫石膏應用中存在的問題
煙氣脫硫石膏應用中存在的問題主要有：（1）煙氣脫硫石膏的性質會受到電廠煙氣除塵系統效率及吸收劑品質的影響，有可能出現飛灰等雜質含量較高、顏色偏深的情況，從而可能影響到下游工業產品的外觀、品質，因此有必要制定相應的行業技術標準保證電廠煙氣脫硫石膏的品質；（2）在技術和設備方面，由于脫硫石膏有10%的含水量，因此需要在傳統的石膏板制造工藝中添加一套烘干處理、煅燒系統，這需要企業增加一定的設備投入；（3）煙氣脫硫石膏含水率比天然石膏高，具有一定的黏結性，在水泥生產過程中容易引起拌料倉結倉、結壁、下料堵塞問題，因此需要開發解決該問題的技術，如采取造粒成球（成本平均增加20元/t）、拌料倉改進等；（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格要求；（5）目前，我國脫硫石膏的供求狀況存在明顯的地區差異，在中西部天然石膏資源豐富的地區，煙氣脫硫石膏大量拋棄未得到充分利用；而在經濟發達的東部沿海地區，脫硫石膏則呈現出供不應求的局面。企業為了自身經濟利益，主動將生產線建造在電廠附近實現資源利用最優化。然而，企業同時面臨著電廠煙氣脫硫石膏品質不能滿足生產技術要求的問題，必須投資改造設備對煙氣脫硫石膏進行加工處理使其符合生產要求，這在一定程度上影響了經濟效益。
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量將隨著燃煤電廠脫硫工程的穩步推進而逐漸增長。據國家發展和改革委員會、國家環保總局頒布的《現有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規劃》，至2010年，約1.37億 kW現有燃煤機組實施煙氣脫硫，按濕法脫硫工藝占90％，煤含硫量1％，單位發電標準煤耗0.350 kg/（kW·h），燃煤電廠年運行6 000 h，處理1 t二氧化硫產生近2.7 t純煙氣脫硫石膏（雜質按10%計）。S轉換成二氧化硫按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用的主要領域有紙面石膏板、石膏空心砌塊（條板）、水泥緩凝劑、粉刷石膏、膩子等；此外，在農業、路基回填材料、礦業充填膠結劑和鋼結構防火涂料等[11-13]方面的應用也有報道。但除了石膏板行業外，總體來說發展比較緩慢，尚未形成工業化、規模化和專業化生產。未來5年中，電廠煙氣脫硫石膏產出將不斷增大，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，農業應用也具有很大潛力。
各地對煙氣脫硫石膏的需求量與當地的自然資源、地理環境、經濟水平等因素有密切關系。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，是煙氣脫硫石膏應用的重要區域。
3.1 建筑建材行業——生產紙面石膏板
紙面石膏板是一個蓬勃發展的行業，是消納煙氣脫硫石膏的重要方向。與發達國家相比，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，我國紙面石膏板產量將達到13億 m2。從行業特點看，該行業適合發展高標準自動化流水生產線，運輸半徑大，能耗低，產值和附加值高，是一條變廢為寶的切實有效途徑。
據統計（2007年1月25日《中國建材報》“2006年建材主要產品產量”），2006年全國紙面石膏板累計產量9.2億 m2，其中，中高檔紙面石膏板產量約占全國總量的43.29%。該類產品生產商大多以≥85％的添加比例使用煙氣脫硫石膏作為生產原料，并且積極籌建100％使用電廠煙氣脫硫石膏的大型生產線。如：山東泰和集團在江蘇江陰、湖北荊門、山東濰坊、重慶江津等地陸續建設年產量在3 000萬 m2的紙面石膏板生產線共6條。外資企業上海拉法基、上海杰科等也在上海本地和江浙一帶籌建年產約3 000萬 m2的新生產線。中小紙面石膏板廠亦使用煙氣脫硫石膏，但添加比例較小。根據行業發展趨勢，穩定使用煙氣脫硫石膏的中高檔產品市場將不斷增長，因而煙氣脫硫石膏的需求勢必隨之增高。
若生產原料100%使用煙氣脫硫石膏，每平方米紙面石膏板的經驗用量約需8 kg煙氣脫硫石膏。按2006年的紙面石膏板產量，假設有50％的紙面石膏板產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50%～60%紙面石膏板產品全部使用煙氣脫硫石膏，預計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——制作粉刷石膏
粉刷石膏也是煙氣脫硫石膏應用的一個重要領域。粉刷石膏是預拌干粉砂漿的一種，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、粘結性好、防火等優點，是一種符合國家產業政策和建筑節能要求的新型綠色建材，具有廣闊的應用前景。
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。據統計，2006年全國新增住宅商品房約為3.71億 m2，依此規模，按每10 000 m2建筑需用1 400 m3(合2 700 t)水泥砂漿，內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計算，粉刷石膏的年用量可達525.89萬～876.49 萬 t。
3.3 建筑建材行業——用于水泥生產
水泥行業也是煙氣脫硫石膏應用的重要領域。2006年全國水泥產量12.4億 t，根據國家發展和改革委員會《水泥工業發展專項規劃》（發改工業[2006]2222號），在今后較長一段時間內，我國的水泥生產將在控制總量、優化地區布局、調整結構的前提下持續增長，預計2010年國內水泥需求量將為12億 t左右。國家積極鼓勵水泥生產企業走資源綜合利用發展道路。目前，國內許多水泥企業都在積極研發利用煙氣脫硫石膏生產水泥緩凝劑，已經成熟應用的實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年國內水泥需求量，水泥生產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%計算，屆時，水泥行業年消耗煙氣脫硫石膏將能達4 800萬 t，成為消納煙氣脫硫石膏的首要大戶。
目前，煙氣脫硫石膏應用于水泥行業的瓶頸主要在于其含水率高，易粘球磨機、引起拌料倉堵塞，應積極開發解決此類問題的技術。
3.4 建筑建材行業——用于制造石膏砌塊
我國外墻建設中大力推薦以石膏砌塊代替實心粘土磚，但石膏砌塊產品受制于市場和經濟性制約，產值低、能耗高，運輸半徑較小，應用煙氣脫硫石膏的技術阻力大。北京熱電廠、濟南黃臺電廠、太原第一熱電廠在應用中都遇到過類似問題，難以形成規模化的生產和技術應用。目前，國內較大規模的生產線為北京熱電廠年產量30萬 m2石膏砌塊生產線，每年約利用煙氣脫硫石膏2萬 t（濕基），其余大部分生產線都是10萬 m2以下的小生產線。
3.5 農業——用于改良鹽堿地和生產肥料
農業應用是煙氣脫硫石膏利用的一個新興領域。我國是世界上鹽堿土分布最多的國家之一，鹽堿土面積達366.58萬 hm2,主要分布在西北內陸、黃河中游、黃淮海平原洼地、東北、華東和華南等沿海地區[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陸鹽堿地的實驗性研究[15-17]，也建立了示范性工程。如沈陽市康平縣、內蒙古托克托縣均進行了煙氣脫硫石膏改良蘇打堿化土壤的玉米大田試驗，改良效果明顯。沿海地區灘涂及鹽堿地改良較少，寧波太極環保公司曾利用金屬銅礦冶煉爐渣作吸收劑進行煙氣脫硫，將脫硫副產物改良寧波慈溪庵東鎮江南村鹽堿地，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。可見，脫硫石膏農業應用潛力巨大。然而應用實踐中還存在一些問題，尚無法大規模應用。
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，目前還未受到相關企業的關注。
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，這些地區以石膏為生產原料的企業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，可以發展石膏貿易，向這些國家和地區出口煙氣脫硫石膏，以緩解環境壓力。
4 結 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、農業等方面的有效利用將能切實保證煙氣脫硫工程的順利推進，不僅能實現廢物資源化，而且能相應帶動土地資源、生態環境保護等重大問題的解決，帶來良好的經濟和社會效益，符合循環經濟和科學發展觀理念。因此，應積極采取措施，加快煙氣脫硫石膏應用技術的開發，加大對煙氣脫硫石膏利用政策的支持力度，完善并落實資源綜合利用稅收優惠政策，制定統一的石灰石-石膏法煙氣脫硫石膏質量標準，有效推動煙氣脫硫石膏的綜合利用。
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