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用外加剂技术实现水泥低碳生产

发表时间:2022-06-18 14:22

--水泥工业节能降碳、绿色发展之路探讨

赵洪义

  2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。这是中国向全世界发出的庄严承诺,也是我国的国家发展战略。碳排放量占世界碳排放量7%、占我国工业碳排放量12%的中国水泥工业,实现水泥低碳生产是未来发展的必由之路。2021年1月16日,中国建筑材料联合会发布《推进建筑材料行业碳达峰、碳中和行动倡议书》,提出我国建筑材料行业要在2025年前全面实现碳达峰,水泥等行业要在2023年前率先实现碳达峰。然而,实现2060年“碳中和”之目标,水泥工业依然面临严峻挑战。

  我国水泥产量自85年以来连续多年世界第一,2021年产量23.63亿吨,占世界水泥总产量的59.3%。在水泥熟料生产中,C02排放约60%来自石灰石的碳酸盐分解,30%来自燃料的燃烧排放,10%来自电力消耗的间接排放。全世界各国对节能减排低环境负荷的水泥做了大量的研究,我国在该领域的研究更加活跃,实现低碳水泥生产的技术与途径很多,可以说是一项复杂、庞大的系统工程。如原燃材料替代技术、节煤节电技术、水泥工艺外加剂技术、碳捕捉技术等。

  水泥生产原燃材料替代方面,水泥窑协同处置城市生活垃圾技术在许多企业成功应用,如海螺公司首创的CKK(水泥窑协同处置生活垃圾)技术,垃圾焚烧高温烟气加热生料,焚烧飞灰和灰渣用做建筑材料或作为水泥工业中生料的部分替代原料,这一技术已在铜陵、平凉、贵阳等多地海螺分公司建成及运行。碳捕捉技术方面,海螺集团水泥窑烟气CO2捕集纯化示范项目开创了世界水泥工业回收利用CO2的先河,白马山水泥厂5000 t/d预分解窑熟料生产线年产5万tCO2捕集项目已建成并连续运转。该项目将CCS技术同水泥传统产业相结合,通过利用技术手段把窑尾废气中CO2进行“捕捉”,提纯达到工业级和食品级CO2要求后转化为产品,满足生产、生活需要,既减少了CO2排入大气产生温室效应,又减少了传统CO2开采和生产过程中对资源的浪费和对环境的破坏。

  考虑水泥工业的降碳成本及可持续发展,应根据水泥生产实际,多管齐下、综合利用多种技术,降低C02排放,实现环境保护、效益提升双赢目的。实践经验证明,在不增加固定资产投入、不改变生产工艺的提前下,利用各种外加剂技术是实现水泥工业节能降碳、降本增效的有效途径。例如:在水泥制备过程中,利用水泥助磨剂技术,同等情况下,减少水泥熟料用量,多用工业固体废弃物,可节约电耗、降低C02的排放。在熟料制备中,利用多功能外加剂技术,可提高熟料产量10%以上、降低电耗10%以上,提高熟料质量3天、28天强度10%以上,降低煤耗10%以上,进而降低C02的排放;在水泥粉磨时,利用更少的熟料,进一步降低C02排放;在熟料制备中,通过熟料矿物组合设计,少用石灰石,制备特种水泥熟料,如高贝利特水泥、硫铝酸盐水泥、高贝利特硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等熟料,降低石灰石用量,节约能耗,降低C02排放;同时应用多功能复合外加剂技术,进一步提高熟料产量、降低电耗,提高熟料强度,降低煤耗,进而降低C02排放。在水泥粉磨中利用外加剂技术进一步少用熟料,降低电耗,大幅度降低C02排放。利用高细粉磨技术、工业废渣优化组合技术、水泥外加剂技术等生产少熟料或无熟料水泥,如砌筑水泥、无熟料装饰水泥、石膏矿渣水泥、碱-矿渣水泥、地聚物水泥、聚合物水泥等,可大大降低C02排放。

  近年来,助磨剂技术在水泥粉磨系统中得到广泛推广应用,但进一步提升的空间有限。水泥熟料制备中的外加剂技术研究也有多年,但鉴于前些年技术不成熟、能源价格低等原因,熟料制备外加剂未能得到应用推广。据在某干法回转窑生产中应用复合矿化催化剂实验表明,用复合矿化剂技术可实现熟料增产5-15%、节煤5-12%以及提高熟料强度等优点,且回转窑操作方便,“低温煅烧”熟料矿物组成优于普硅熟料,除主要矿物外还有少量早强矿物。每吨水泥可降低生产成本5-10元。在能源价格暴涨、企业面临降本与降碳双重压力的情况下,研究开发与推广应用熟料制备催化矿化技术与产品,对于进一步推动水泥生产节能降碳、降本增效将具有十分重要的意义。

  以安徽海螺新材料科技有限公司为例,所生产的系列外加剂应用于海螺水泥生产,年可节约熟料700万吨、降低C02排放700万吨以上。应用于水泥行业,每年可为水泥行业减排C021000万吨以上。随着烧成系统、粉磨系统其他外加剂的应用,降碳力度更大。所以外加剂技术是一项重大节能降碳增效技术!

  建材行业是国之基石,亦是碳排大户,实现“双碳”目标特别是2060年实现“碳中和”,水泥工业任重道远。相信,随着我国水泥工业技术装备的进步与科技的创新发展,水泥工业的明天会更好。


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