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什么才是水泥行业真正的节能减排?

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什么才是水泥行业真正的节能减排?

发布日期:2017-07-13 作者:蒙嵩水泥 点击:

  当前的水泥行业节能减排压力主要来自于两个方面。其一、国内水泥工业体量巨大,建2016年产量就达24.03亿吨,使得资源消耗量和污染物排放总量甚巨;其二、水泥行业正面临严重的产能过剩问题,根据“国办34号”文等政策要求,节能环保指标将成为淘汰过剩产能的重要手段。

  

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    根据今年初公布的“十三五”节能减排目标,到2020年,全国万元GDP能耗需较2015年下降15%,能源总量控制在50亿吨标准煤以内。减排方面,全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2001万吨、207万吨、1580万吨、1574万吨以内,比2015年分别下降10%、10%、15%和15%。

  

    另外,根据工信部去年7月发布的《工业绿色发展规划(2016-2020年)》,到2020年,水泥熟料综合能耗需要从2015年的112kg降至105kg。

  

    当前的水泥行业节能减排压力主要来自于两个方面。其一、国内水泥工业体量巨大,建2016年产量就达24.03亿吨,使得资源消耗量和污染物排放总量甚巨;其二、水泥行业正面临严重的产能过剩问题,根据“国办34号”文等政策要求,节能环保指标将成为淘汰过剩产能的重要手段。

  

    关于水泥行业的节能减排,近年来一直为业内所关注,为实现节能减排目标,行业以及政策各个层面也提出过不少措施,但并不是所有措施都能起到根本性作用。

  

  水泥节能减排

  

    水泥行业节能减排的两个误区

  

    误区一:取消低标号水泥利于水泥行业绿色发展

  

    为缓解产能过剩压力,近年来取消P.C32.5水泥的呼声不绝于耳。根据2014年12月发布的GB175-2007《通用硅酸盐水泥》国家标准第2号修改单2015年12月1日起取消32.5复合硅酸盐水泥。

  

    如今一年多时间已经过去,即便P.C32.5标号水泥已经由P.C32.5R标号水泥取代,但是国内对取消P.C32.5水泥的争论依旧没有停止,特别是近段时间业内传出欲全面取消32.5等级水泥之后,反对之声更胜以往。

  

    部分业者呼吁取消32.5级水泥的初衷并不难理解。一方面,认为高标号水泥有利于提高混凝土强度,改善建筑质量;另一方面,取消低标号水泥可以增加熟料用量,缓解产能过剩压力。

  

    然而,上述设想并不一定能实现。其一,混凝土性能受多方面因素制约,水泥只是一方面,且高强度混凝土并不等同于高性能混凝土;其二,水泥产能过剩归根到底是熟料产能的过剩,若不能限制熟料产量,无论是化解产能过剩还是节能减排都极为困难。

  

    取消32.5级水泥对于水泥节能减排不一定有利。首先,水泥生产是消化各种工业废渣的主力军,承担了国内70%以上的废渣综合利用的重任。在各水泥品种中,32.5水泥,是消化工业废渣能力最强的品种。取消32.5级水泥,将对各地工业废渣消化处理带来严重的影响。其次,水泥作为一种半成品,最终目的是服务于混凝土产业,取消32.5级水泥之后,混凝土制备过程中,搅拌站自行添加混合材的情况可能有增无减,由于粉磨混合控制技术不及水泥企业,有可能导致建筑施工质量下滑,影响建筑使用寿命,对于社会资源而言无疑是极大的浪费。

  

    事实上,为提升实现水泥行业的绿色发展,国际上反而在减少熟料的用量。

  

    据媒体报道,去年底欧盟水泥标准EN197-1中再增加了两个新的低熟料含量水泥品种。另外,早在2011年德国的一些水泥工业研究机构就提出,波特兰水泥中的熟料含量可以降低至50%,并开展持续的试验研究。

  

    报道指出,水泥工业面临节省优质化石类燃料和降低CO2排放的巨大压力。在还没有一种能够完全替代波特兰水泥的新胶凝材料出现的前提下,开发低熟料多组分水泥无疑是一项重要的节能减排措施。

  

    另外,水泥强度与混凝土性能高低并不存在必然联系。混凝土的制备受多方面因素制约,例如骨料级配及粒型、矿物掺合料、外加剂、施工和后期养护等等,高强度水泥的使用可能不但起不到提升混凝土性能的作用,甚至会导致混凝土开裂现象增多。

  

    著名混凝土专家清华大学教授廉慧珍曾指出,在一部分人看来,水泥强度越高,用得越多混凝土质量越好,其实不然,真正的高性能混凝土是用最少的水泥制备出最适合施工要求的混凝土。

  

    当前水泥业内有人声称,因为国内一吨熟料生产的水泥量大于国际水平,所以应该增加熟料用量。且不论国际上一吨熟料生产的水泥是否低于国内,而即便如此,该数据也不具备可比性。

  

    一方面,国内水泥市场和国外市场构成不同,低标号水泥拥有更大的应用空间;另一方面,熟料生产不是为了增加或减少水泥产量,而是利用熟料产生的合理强度保证建筑质量,不能混淆其中的因果联系。在满足实际施工要求的背景下,更少的熟料配制出更多的水泥,其实是一件减少资源消耗的好事,并没有什么不妥。

  

    误区二:错峰生产能起到节能减排的作用

  

    水泥行业错峰生产最早明确提出是在2014年两会,当时是为了缓解冬季大气污染和水泥产能过剩。经过几年的推广,到2016-2017年,水泥行业冬季错峰生产规模和时间都已经创造了历史最高纪录。

  

    据中国水泥网的统计数据,2016-2017年,除北方十五省以外,两湖、四川、重庆、江苏也加入错峰生产行列,加上福建、广东、广西、浙江等南方各省的冬季停窑计划,该轮冬季错峰生产基本涵盖了国内主要水泥生产区域。

  

    错峰生产之所以被大规模推广,其中一个重要原因是,部分业内人士认为该政策有利于水泥工业节能减排,同时缓解产能过剩难题。

  

    从2015年4月召开的“2015-2016年水泥错峰生产座谈会”上得到的数据来看。据称“实行错峰生产的七省一区两市,有效压减了熟料产能,减少水泥熟料产能8556万吨;水泥错峰生产试点地区共减少煤炭消耗1075万吨,减少二氧化碳排放6330万吨,减少氮氧化物排放9.2万吨,减少粉尘排放3.3万吨。”

  

    然而,笔者认为这一数据说法并不准确,或许数据前加上“集中排放量”更为恰当。水泥作为一种刚性需求产品,并且没有替代品,全年产量基本反映全年实际需求量。简而言之,水泥全年产量不受人为因素制约。

  

    冬季错峰生产虽然能够减少冬季污染物的集中排放以及限制冬季熟料产能发挥,但是真正影响水泥产量的是全年需求量,在没有替代产品的背景下,全年水泥生产量一定,即便冬季减少生产,也不能改变全年产量。既然产量无法以人的意志为转移,那么全年污染物排放总量减少也就无从谈起。

  

    另外,由于错峰生产,水泥企业全年停窑开窑次数相对增加,反而会带来更多的资源和能源浪费。

  

    水泥工业节能减排方向其实很明朗

  

    我国水泥工业基础量巨大,仅2016年全年水泥产量就达到24.03亿吨。因此,即便环保标准已经基本实现与国际接轨,但污染物排放总量仍然巨大,同理能源和资源消耗亦是天文数字。

  

    另外,根据专家预测,在经济转型完成之后,未来国内水泥需求量仍将高达18亿吨左右,为此国内水泥工业的节能减排将是一项长期艰巨的任务。那么水泥行业应该如何推进节能减排呢?

  

    1、技术装备升级

  

    早在数年前,中国建筑材料联合会就提出了“二代新型干法”水泥的概念。提出符合现代水泥工业发展趋势的8大技术要求:1、高能效低氮预热预分解及烧成技术;2、高效节能料床粉磨技术;3、原料、燃料均化配置技术;4、数字化智能型控制技术;5、废弃物安全无害化处置和资源化利用技术;6、新型低碳高标号水泥熟料生产技术;7、高性能高效率滤膜袋收尘技术;8、高性能无毒害氮氧化物还原催化剂技术。

  

    具体技术经济数据指标为:(1)熟料烧成可比热耗<2680kJ/kg.cl(640kcal/kg.cl);(2)可比水泥综合电耗<75kWh/t(PO42.5);(3)替代燃料率>40%;(4)新型熟料水泥可比CO2排放量降低25%以上;(5)主要生产设备粉尘排放量<20mg/Nm3;(6)劳动生产率提高1.5-2倍;(7)生产线定员5000t/d生产线60-80人;(8)可比管理成本降低30%;(9)可比生产成本降低15%-20%。

  

    “二代新型干法水泥”基本囊括了现代新型干法水泥装备技术升级的主要方面。目前来看,技术指标是极为靠前的,达到世界领先水平,目前研发攻关总体进度也已经达70%以上。“二代新型干法水泥”的提出也证明了当前国内水泥技术装备升级空间仍然很大。

  

    事实上,近年来由于市场需求下滑,企业间竞争加剧,出于降低生产成本的需要,水泥企业也在加强生产线改造步伐,相应的装备制造企业也推出了众多新技术。小到每一台风机、电机的改造,大到烧成系统优化以及企业信息化管理系统升级,新技术的应用也为水泥企业带来了切实的实惠。

  

    以国内某水泥企业为例,综合当前最先进的原燃材料检测计量系统、在线分析自动控制系统、生产线全线专家优化系统、生产现场无人值守系统以及互联网远程终端管控系统等技术,打造了我国水泥行业首条世界级低能耗新型干法水泥全智能生产线,实现了吨熟料煤耗低于100kg,总用工人数百人以内的生产经营指标。

  

    总体而言,水泥生产线工艺流程极为复杂,从各个环节的技术升级到基于整条生产线的优化改造,依然存在巨大的拓展潜力。随着“智能制造”理念的提出,智能化生产控制技术将成为未来水泥工业的标配,届时水泥工业节能减排则有望达到新的高度。

  

    2、寻找替代能源

  

    水泥生产需要耗费大量能源,2016年国内仅熟料烧成就消耗煤炭1.9亿吨。

  

    我国水泥熟料烧成主要靠煤炭,但煤炭并不是唯一选择。在国外,尤其是欧盟为了减少水泥生产对化石能源的消耗,很早就已经开始寻求替代能源,这其中非常重要的就是垃圾协同处置。

  

    数据显示,到2009年底欧洲水泥工业全部热能需求的约28%使用了合适的替代物质,一些欧盟成员国已经达到超过60%的替代率。欧洲水泥工业当前的形势已经达到每年替代约660万吨煤的程度。通过这些,不可再生资源的开采需求已经大为减少。

  

    水泥厂替代能源有很多,包括:动物尸体,动物油脂和不洁动物饲料;废机油;废汽车轮胎;预处理过的工业垃圾和生活垃圾;水处理厂的污泥;油漆厂涂料厂废物;木器,家具,家电厂垃圾;工业污泥等等。

  

    以拉法基集团为例,当年欧州爆发疯牛病疫情后,很多牛的尸体需要及时处理,拉法基集团接过这个“活儿”,将牛尸体用于生产水泥的燃料。这既帮政府处理了垃圾,又获得了政府数千万欧元的补贴,还为企业节约了能源。而且,若以废旧轮胎作替代能源,其含有的铁,还可以提高水泥质量。

  

    具体到我国,每年产生的生活垃圾、废油、废轮胎以及污泥等可用于水泥替代能源的废弃物同样巨大。以污泥为例,有数据显示,目前我国年污泥产生量达到约7000万吨,其中市政污泥和工业污泥各占一半(含水率80%左右)。

  

    总体来看,我国水泥行业生产并不缺乏替代能源,但是缺乏相关的法律法规支持。国内水泥窑协同处置起步并不算晚,早在本世纪初就已经在国内部分水泥企业应用,但是真正从国家层面加以支持,并大规模推广仅仅是在最近几年。

  

    法律法规和关键技术指标缺失以及垃圾分类管理意识淡薄为国内水泥窑协同处置来造成了不小的困难。然而,基于国外成功经验以及化石能源的不可再生性,未来水泥生产更多采用替代能源将是大势所趋。

  

    3、减少熟料用量

  

    熟料生产是水泥工业主要耗能环节,因此减少熟料消耗就是最为直接的节能减排手段。事实上,出于节能减排的需要,目前欧盟已经将如何在不影响混凝土性能的前提下,降低水泥中熟料含量作为水泥产品研发的重要方向。

  

    就减少熟料用量而言,目前主要存在两条路径。其一,研发新的低熟料水泥品种,例如去年底欧盟水泥标准EN197-1新添加的两项低熟料含量水泥;其二,通过混凝土制备环节的优化,减少水泥熟料用量。

  

    基于水泥产品的单一化特性,第一条路径其实拓展空间有限,目前主要基于混合材的不同特性改善低熟料水泥性能。例如,利用粒化高炉矿渣提高水泥后期强度和混凝土的结构密实性;掺加磨细的石灰石粉提高水泥的早期强度,防止混凝土泌水等等。

  

    第二条在某种程度上是第一条的延续。水泥始终是工业半成品,最终需要服务于混凝土生产。混凝土中的水泥用量直接决定了水泥产量,但是混凝土性能的影响因素不仅仅是水泥,还包括了骨料级配、粒型、外加剂应用、矿物参合料的应用以及后期养护等等。

  

    因此,通过其他环节的优化达到提高混凝土的性能,进而减少水泥用量成为可行之策。

  

    事实上,当前基于对应用技术的深入研究,混凝土制备和养护已经有了大量的技术支撑。据清华大学教授廉慧珍的介绍,通过配比技术的优化,利用32.5级水泥配置C60以上混凝土已经成为可能。

  

    需要指出的是,水泥在混凝土中主要起到粘合提供强度的作用,但是并非所有混凝土都对强度有很高的要求,需要根据实际情况的需要,配置不同类型混凝土,而这也正是多年来业内一直所提到的,何为高性能混凝土。笔者认为,最符合建筑施工实际需求的混凝土就是高性能混凝土。

  

    那么,什么才是水泥行业真正的节能减排呢?用最少的能源和资源消耗,满足建筑施工需求。

  

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