循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈模式下廢渣的協(xié)同利用

馬進(jìn)平，丁 頂

（安徽華塑股份有限公司，安徽 定遠(yuǎn) 233290）

安徽華塑股份有限公司地處皖江經(jīng)濟(jì)帶，主廠區(qū)占地390公頃，按照"節(jié)能減排、集約利用、一體化建設(shè)，多元化投資，循環(huán)式鏈接"的模式，依托華東地區(qū)最大的定遠(yuǎn)東興鹽礦，利用巢湖楊家?guī)X礦區(qū)的石灰石資源，借助“兩淮”地區(qū)豐富的煤炭資源，已建成電石法聚氯乙烯生產(chǎn)裝置及其配套設(shè)施。一期建成46萬(wàn)t/a聚氯乙烯、56萬(wàn)t/a電石、32萬(wàn)t/a離子膜燒堿、115萬(wàn)t/a電石渣水泥、60萬(wàn)t/a真空制鹽、2×300 MW熱電站和采輸鹵、石灰石礦山、鐵路專用線等配套工程。該公司履行“發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，改善生態(tài)環(huán)境，共建和諧社會(huì)”的發(fā)展理念，立志打造"國(guó)內(nèi)一流、世界領(lǐng)先"的循環(huán)經(jīng)濟(jì)化工產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)。隨著國(guó)家對(duì)安全、環(huán)保工作要求和標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，以及企業(yè)自身經(jīng)營(yíng)管理發(fā)展的內(nèi)在需要，“吃干榨凈”已成解決固體“廢物”綜合治理的必由之路。華塑公司一期工程循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈見(jiàn)圖1。

1 廢渣的主要種類

圖1 華塑公司一期工程循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

該公司電石的生產(chǎn)采用焦炭和蘭炭按比例混合，安徽中部的區(qū)位使得炭材供應(yīng)距離主廠區(qū)較遠(yuǎn)。石灰石采區(qū)距電石裝置約200 km，品質(zhì)尚可但機(jī)械強(qiáng)度不足，使得運(yùn)輸和倒運(yùn)過(guò)程中的破損率較高。因此，該公司產(chǎn)生的各類固體物料較多，在行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累和不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，走出了“吃干榨凈”、綜合處置的協(xié)同利用之路。

主要固廢分類如下：

（1）因大宗原材料長(zhǎng)途運(yùn)輸、短倒轉(zhuǎn)載而產(chǎn)生的石灰石篩下物、石灰粉和焦粉；

（2）原料輸送線除塵設(shè)備收集的焦灰和除塵灰；

（3）電石出爐除塵收集的電石灰；

（4）電石爐氣凈化系統(tǒng)收集的爐氣凈化灰；

（5）氯堿裝置乙炔清凈產(chǎn)生的廢硫酸；

（6）熱電廠煙氣采用電石渣脫硫后的石膏固渣；

（7）園區(qū)水系統(tǒng)綜合處理后的鹽泥。

固體物料循環(huán)利用示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 固體物料循環(huán)利用示意圖

2 廢渣的精準(zhǔn)利用

2.1 石灰粉的利用

（1）石灰粉的主要成分為CaO和MgO（少量），石灰粉循環(huán)利用流程框圖見(jiàn)圖3。

圖3 石灰粉循環(huán)利用流程框圖

（2）解決方案

a.為了減少石灰粉成球輸送過(guò)程中產(chǎn)生的二次破碎，石灰球上料點(diǎn)建在入爐配料處，壓制成型的石灰球通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸至配料站石灰球上料點(diǎn)，經(jīng)稱量后通過(guò)皮帶輸送至料倉(cāng)；

b.由于空氣潮濕，石灰球極易吸潮后粉化，石灰球需及時(shí)入倉(cāng)，同時(shí)增加電極的活動(dòng)，減少塌料頻次。實(shí)施定期停爐處理料面，人為改變料面、料層結(jié)構(gòu)，有效釋放電石爐內(nèi)的壓力。

（3）效益評(píng)估

石灰球直接用石灰粉通過(guò)壓球機(jī)直接壓制成球。該公司的石灰球于2016年10月開(kāi)始穩(wěn)定生產(chǎn)并投入使用至今。按外購(gòu)石灰價(jià)格約560元/t，石灰球加工成本為120元/t，每使用1 t石灰球比外購(gòu)石灰可節(jié)約成本約140元，按目前每天使用100 t石灰球計(jì)算，全年可節(jié)約的成本十分可觀。同時(shí)，對(duì)提高自有石灰石礦山資源的利用率也起到了一定的促進(jìn)作用。石灰球的理化分析表見(jiàn)表1。

表1 石灰球的理化分析表

2.2 焦粉的利用

（1）焦粉的主要成分為固定碳（82%）、揮發(fā)分（8%）、灰分（10%），焦球的物性分析表見(jiàn)表2。

表2 焦球的物性分析表

（2）焦粉循環(huán)利用流程框圖見(jiàn)圖4。

圖4 焦粉循環(huán)利用流程框圖

（3）解決方案

焦球的生產(chǎn)是焦灰、焦粉及粘和劑三種物質(zhì)通過(guò)合適的比例加水混合，壓制成球后通過(guò)熱風(fēng)爐（用電石爐氣做熱源）進(jìn)行烘干而得。選擇合適的粘結(jié)劑可以有效的保持焦球強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，使用時(shí)均勻的投加到入爐的配料環(huán)節(jié)，保證焦球與入爐炭材均勻混合。該公司使用的焦粉成球于2016年12月份開(kāi)始生產(chǎn)并投入使用，歷經(jīng)18個(gè)月的不斷總結(jié)和完善，目前投加量已穩(wěn)定占到入爐碳素比例的30%，基本實(shí)現(xiàn)了進(jìn)廠炭材的全部利用。

（4）效益評(píng)估

目前該公司電石生產(chǎn)使用的炭材比例約為焦粒：蘭炭1∶1，回轉(zhuǎn)窯的烘干和輸送轉(zhuǎn)載過(guò)程中產(chǎn)生的粉末率（＜5 mm）約20%左右，1 t焦球的加工費(fèi)約300元。按照采購(gòu)價(jià)格減去焦粉銷(xiāo)售價(jià)格再加300元測(cè)算，每噸焦球的利用可以為企業(yè)產(chǎn)生近850元的增值。按照每天使用焦粉成球300 t計(jì)，全年可節(jié)約成本八千多萬(wàn)元。焦球的使用在該公司是十分成功的。這在國(guó)內(nèi)同類型企業(yè)中也屬首例較為成功的應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)的焦粉外銷(xiāo)或充當(dāng)燃料，成球入爐無(wú)疑對(duì)電石行業(yè)的節(jié)能、降本、增效有著巨大的示范引領(lǐng)作用。

2.3 凈化灰的利用

（1）凈化灰主要成分見(jiàn)表3。

表3 凈化灰的主要成分

凈化灰的發(fā)熱值經(jīng)過(guò)幾次分析檢測(cè)，平均值約900 kcal/kg。

（2）循環(huán)利用流程

電石爐爐氣經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的凈化灰通過(guò)氣力輸送至水泥裝置，噴入水泥回轉(zhuǎn)窯分解爐內(nèi)燃燒。

（3）解決方案

電石爐氣凈化灰顆粒度極細(xì)，具有一定的熱容遇空氣自燃粘附性較強(qiáng)，是當(dāng)前電石行業(yè)較難解決的環(huán)保治理難題。該公司與北京某企業(yè)合作，利用管道氣力輸送實(shí)現(xiàn)了凈化灰的密閉排卸，充當(dāng)水泥煅燒的燃料加以利用。產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得以極大的提升，從根本上解決了固體污染物的環(huán)保問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng)了行業(yè)內(nèi)較為成功利用的先河。

電石凈化灰存在自燃風(fēng)險(xiǎn)，輸送過(guò)程中和儲(chǔ)存過(guò)程中如果有空氣混入可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，所以在輸送過(guò)程中需采用氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，并且在凈化灰接收儲(chǔ)倉(cāng)底部采用氮?dú)膺M(jìn)行流化，使整個(gè)系統(tǒng)處于氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)，避免空氣混入。為了減少系統(tǒng)工作能耗，爐氣凈化灰采用氮?dú)忾]環(huán)輸送。

（4）效益評(píng)估

電石廠每天產(chǎn)生約150 t的凈化灰量，改為管道輸送后每年可節(jié)省因周轉(zhuǎn)凈化灰而發(fā)生的車(chē)輛費(fèi)用約340萬(wàn)元（年度實(shí)際發(fā)生費(fèi)用），充當(dāng)燃料后可節(jié)約標(biāo)煤約30 t，燃燒后的灰渣還可用作水泥原料。綜合測(cè)算，每年可產(chǎn)生近一千多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)保效益尤為顯著。

2.4 廢硫酸制成副產(chǎn)石膏的利用

（1）副產(chǎn)石膏主要成分見(jiàn)表4。

表4 副產(chǎn)石膏主要成分

（2）循環(huán)利用流程

濃硫酸在乙炔清凈后的濃度為78%～80%。該酸的組分復(fù)雜，處理難度較大，已有企業(yè)采用處理后提濃的方式進(jìn)行回用，但系統(tǒng)投資上億元且運(yùn)行成本高昂。該公司將其與電石廠產(chǎn)生的爐前除塵灰混合反應(yīng)后生成副產(chǎn)石膏，作為電石渣制水泥的原料添加使用。

（3）解決方案

使用過(guò)程中主要存在的問(wèn)題是水分含量和pH值的控制，這兩個(gè)指標(biāo)會(huì)對(duì)水泥裝置的設(shè)備和生產(chǎn)帶來(lái)較大影響。由于副產(chǎn)石膏主要利用除塵灰中的有效鈣成分與硫酸反應(yīng)，而除塵灰中的有效鈣含量會(huì)隨著生產(chǎn)、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生波動(dòng)，最終造成硫酸與除塵灰比例的失調(diào)，水份和pH值失控。另一方面硫酸與除塵灰的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短、充分混合程度也是變動(dòng)的控制因素。企業(yè)對(duì)此進(jìn)行了反復(fù)嘗試和技術(shù)改造，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廢硫酸的全部回收，副產(chǎn)石膏全部利用的較好工況。

（4）效益評(píng)估

副產(chǎn)石膏項(xiàng)目每年可處理廢硫酸12 000 t，生產(chǎn)副產(chǎn)石膏約20 000 t。目前的副產(chǎn)石膏生產(chǎn)成本比之前濃硫酸外銷(xiāo)的費(fèi)用可降低約200元/t，年節(jié)省廢酸處置費(fèi)用200余萬(wàn)元。該項(xiàng)目很好的處置了電石生產(chǎn)產(chǎn)生的爐前除塵灰，廢硫酸也得以妥善的利用，極大的緩解了公司的安全環(huán)保壓力。

2.5 副產(chǎn)鹽酸制成氯化鈣的利用

（1）液體氯化鈣主要成分見(jiàn)表5。

表5 液體氯化鈣主要成分

（2）循環(huán)利用流程

利用石灰石篩下物與副產(chǎn)鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣溶液，氯化鈣溶液送入中和罐用石灰水進(jìn)行pH值調(diào)控，將pH值控制在8～10后，送至壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，精制后產(chǎn)出合格的氯化鈣溶液。

（3）解決方案

a.在運(yùn)行過(guò)程中，固體物料會(huì)沉積反應(yīng)容器底部，造成多渣、堵塞。因此，需要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，并對(duì)反應(yīng)容器進(jìn)行定期的清理；

b.實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中由于原料中含有粉末，粉末反應(yīng)較為劇烈，造成反應(yīng)過(guò)程中有物料溢出，投料量需及時(shí)調(diào)整；

c.濾渣中含有的氯離子高達(dá)29%，濾渣的處置產(chǎn)生了新的環(huán)保問(wèn)題。該公司擬將濾渣會(huì)同采鹵鹽泥等其他固體物料混合水洗，達(dá)到水泥生產(chǎn)的用料標(biāo)準(zhǔn)。此項(xiàng)工作已經(jīng)開(kāi)始試驗(yàn)，結(jié)果符合預(yù)期，各項(xiàng)指標(biāo)合格，將盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

（4）效益評(píng)估

該項(xiàng)目的實(shí)施一方面解決了過(guò)去副產(chǎn)鹽酸銷(xiāo)售的補(bǔ)貼倒掛問(wèn)題，另一方面將固液廢物進(jìn)行了綜合利用和深加工，解決環(huán)保問(wèn)題的同時(shí)提高產(chǎn)品的附加值，創(chuàng)造效益。該裝置可生產(chǎn)液體氯化鈣16 000 t/a，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)鹽酸的全部回收利用。僅副產(chǎn)鹽酸銷(xiāo)售倒掛補(bǔ)貼一項(xiàng)即可節(jié)省200萬(wàn)元/a，氯化鈣創(chuàng)效增收全年可達(dá)150多萬(wàn)元。公司環(huán)保處置能力得以大幅提升，節(jié)支增收效果也較為顯著。

2.6 其他固體物料制水泥的綜合利用

水泥分公司目前固體廢料使用情況見(jiàn)表6。

表6 水泥分公司固體廢料使用情況

其中：其他固體物料包含循環(huán)水壓濾污泥，干法乙炔板框壓濾濾渣，采鹵鹽泥等。

2.6.1 電石渣風(fēng)選項(xiàng)目

（1）電石渣風(fēng)選后使電石渣庫(kù)規(guī)避了安全風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)選下來(lái)的電石和矽鐵顆粒回到乙炔車(chē)間；（2）減少浪費(fèi)，節(jié)省了電石消耗。

2.6.2 水泥原料烘干

（1）經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

a.降低砂巖采購(gòu)成本：砂巖按10萬(wàn)t/a，目前砂巖采購(gòu)價(jià)118元/t，石英砂尾泥采購(gòu)價(jià)約80元/t，烘干線投入使用后按1∶1搭配使用石英砂尾泥，則每年可節(jié)約采購(gòu)成本 50 000×（118-80）=190（萬(wàn)元）；

b.新建烘干線運(yùn)行費(fèi)用估算：烘干系統(tǒng)電耗一年約60萬(wàn)元，年維修費(fèi)用約10萬(wàn)元，人工成本8人×7.5萬(wàn)元/a，每年人工成本60萬(wàn)元，新建烘干線每年運(yùn)行費(fèi)用約130萬(wàn)元；

c.余熱鍋爐蒸汽損失暫無(wú)法計(jì)算，需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況測(cè)算；

d.投資成本約750萬(wàn)元。

（2）環(huán)保效益評(píng)估

原料烘干項(xiàng)目投運(yùn)后，可徹底將公司原凈化灰堆場(chǎng)的含水凈化灰、壓濾污泥及氯堿廠壓濾電石渣等固體副產(chǎn)物吃干榨盡，充分發(fā)揮水泥分公司固廢處理的中心作用，進(jìn)一步延伸循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，解決固廢排放問(wèn)題，環(huán)保效益突出。

a.烘干線是將全公司范圍內(nèi)的濾餅全部處理使用掉，將來(lái)還可以通過(guò)外協(xié)的方式處理其他單位的廢渣；b.礦巖資源緊張，變更為礦巖泥來(lái)生產(chǎn)水泥（35%含水），全年可以節(jié)省成本約400萬(wàn)元。

目前該公司水泥質(zhì)量穩(wěn)定，水泥品質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為此，企業(yè)一是嚴(yán)格廢渣的接收：按照原料生產(chǎn)工藝質(zhì)量要求，對(duì)到廠的副產(chǎn)石膏、凈化灰水分、結(jié)塊情況進(jìn)行驗(yàn)收，不合格的返回處理，直到符合使用質(zhì)量要求。二是加強(qiáng)使用搭配過(guò)程的監(jiān)控：為保證原料的穩(wěn)定，減少因搭配不均產(chǎn)生的生熟料成份波動(dòng)，對(duì)各類固體物料的摻入實(shí)行定時(shí)、定制和定量化管理，確保搭配的穩(wěn)定。三是加強(qiáng)預(yù)熱器的清理和過(guò)程控制，如副產(chǎn)石膏、凈化灰使用會(huì)造成預(yù)熱器系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)皮，窯系統(tǒng)通風(fēng)變差，煅燒能力下降等問(wèn)題，因此，加強(qiáng)過(guò)程控制和設(shè)備計(jì)劃性檢修維護(hù)至關(guān)重要。四是嚴(yán)格把控水泥的質(zhì)量：水泥生產(chǎn)過(guò)程中，熟料出庫(kù)、發(fā)運(yùn)等多道工序采用多個(gè)下料口輪換搭配出料等方式加強(qiáng)對(duì)物料的均化，從而確保出廠水泥質(zhì)量穩(wěn)定受控。五是加大檢測(cè)頻次，適時(shí)增加檢測(cè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)對(duì)熟料和水泥質(zhì)量運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面跟蹤和過(guò)程監(jiān)控，確保質(zhì)量受控。使用凈化灰前后水泥強(qiáng)度變化見(jiàn)表7。

表7 使用凈化灰前后水泥的強(qiáng)度變化

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家環(huán)境法律法規(guī)要求和指標(biāo)的不斷提高，對(duì)該公司的生產(chǎn)和環(huán)境治理提出了更高的要求。唯有責(zé)無(wú)旁貸的面對(duì)當(dāng)前和過(guò)去企業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題并加以改善和提高，對(duì)新工藝新技術(shù)不斷地去探索、嘗試，以更好地適應(yīng)當(dāng)前全面從嚴(yán)、持續(xù)收緊的安全、環(huán)保剛性要求。作為傳統(tǒng)的資源型耗能工業(yè)，環(huán)保達(dá)標(biāo)已成為企業(yè)生存發(fā)展的基本條件，把廢渣綜合利用、吃干榨凈、創(chuàng)效增收更是企業(yè)謀求突破，創(chuàng)新發(fā)展的必然選擇，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有不少企業(yè)為此做了艱辛付出，取得了創(chuàng)新發(fā)展的示范成果。希望能為行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈模式下廢渣的協(xié)同利用新路徑供行參考。