我國粉煤灰綜合利用途徑及對減排降碳的影響分析

李 恒 劉 偉 梁 曼 陳蛟龍 張彥林 石存蘭 杜 程

(中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100000)

1 我國粉煤灰產(chǎn)生現(xiàn)狀

我國“富煤、缺油、少氣”的資源現(xiàn)狀導(dǎo)致煤電長期以來一直占據(jù)我國電源結(jié)構(gòu)的核心地位。據(jù)統(tǒng)計分析，2020年全國全口徑發(fā)電量7.42萬億kW·h，其中火力發(fā)電量5.28萬億kW·h，煤電發(fā)電量4.61萬億kW·h。經(jīng)過測算，2020年粉煤灰產(chǎn)生量約6.5億t，圖1為2015～2020年全國燃煤電廠粉煤灰產(chǎn)生情況，近幾年我國燃煤電廠粉煤灰產(chǎn)生量持續(xù)增加。

圖1 2015～2020年我國燃煤電廠粉煤灰產(chǎn)生情況

分區(qū)域看，2020年我國粉煤灰產(chǎn)生集中在華北、長江三角洲和西部等電力大省，其中山東、內(nèi)蒙古、江蘇、廣東、山西五省的粉煤灰產(chǎn)生量占全國總產(chǎn)生量的41%左右。

2 我國粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀

隨著我國大宗固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰綜合利用成熟技術(shù)已有百余項，2020年，我國粉煤灰綜合利用量約5.07億t，綜合利用率為78%，主要利用方向為粉煤灰用于水泥混合材和混凝土摻合料方面應(yīng)用、建材深加工產(chǎn)品方面應(yīng)用，粉煤灰綜合利用量分別約占56%、26%。圖2為2015～2020年我國粉煤灰綜合利用情況。

圖2 2015～2020年我國粉煤灰綜合利用情況

2.1 粉煤灰在水泥混合材和混凝土摻合料中的應(yīng)用

水泥和混凝土是世界上應(yīng)用較為廣泛的工程材料，在水泥混合材和混凝土中摻加一定量的粉煤灰，不僅能夠改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標號，而且還能改善混凝土性能、節(jié)約用水、調(diào)節(jié)混凝土強度等級、降低生產(chǎn)成本，因此深受建材行業(yè)的青睞。

2.2 粉煤灰用于建材深加工產(chǎn)品方面的應(yīng)用

用粉煤灰代替粘土生產(chǎn)燒結(jié)磚、空心磚、蒸壓加氣混凝土、蒸壓磚、陶粒等技術(shù)是粉煤灰綜合利用有效途徑之一。由于粉煤灰在建材深加工產(chǎn)品方面應(yīng)用摻入量大，因此不僅可以大量消耗粉煤灰，減少黏土的使用，而且減少因粉煤灰堆存占用的土地，緩解當?shù)丨h(huán)境污染問題，同時摻加粉煤灰可以節(jié)約建材深加工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的能耗。粉煤灰用于建材深加工產(chǎn)品方面的應(yīng)用前景可觀。

2.3 粉煤灰用于膠結(jié)充填、筑路回填和水利工程等方面應(yīng)用

粉煤灰以一定摻量制成的混合材料用于粉煤灰綜合回填、礦井充填、護坡護堤工程等。

2.4 粉煤灰用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用

粉煤灰可以制作土壤改良劑用于土壤改良，制作微生物復(fù)合肥、農(nóng)藥等。粉煤灰在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有投資少、用量大、需求平穩(wěn)、潛力大等優(yōu)點，是我國粉煤灰綜合利用有效途徑之一。

3 粉煤灰綜合利用對減排降碳的影響

3.1 建材工業(yè)CO2排放估算方法

根據(jù)《建筑材料工業(yè)CO2排放核算方法》，建材工業(yè)的CO2直接排放分為燃料燃燒過程排放和生產(chǎn)過程(碳酸鹽原料分解)排放兩部分。

Q直放=Σ(Q燃+Q過)

Q直放——直接CO2排放量。

Q燃——燃料燃燒過程的CO2排放量。

Q過——生產(chǎn)過程的CO2排放量。

燃料燃燒過程直接CO2排放(Q燃)估算

Q燃=Σ(Fi×Ci)

Q燃——燃料燃燒過程直接CO2排放量。

Fi——各燃料品種消耗量。

Ci——各燃料品種燃燒CO2排放系數(shù)。

計算建筑材料工業(yè)燃料燃燒過程CO2排放，應(yīng)采用燃料的實際發(fā)熱值計算。

生產(chǎn)過程CO2排放(Q過)估算

Q過=Σ(Mi×Ci)

Q過——工業(yè)生產(chǎn)過程中CO2排放量。

Mi——碳酸鹽原料使用量。

Ci——碳酸鹽原料CO2排放系數(shù)。

同時建筑材料外購用電等造成的間接CO2排放估算

Q間放=Σ(Ei×Ci)

Q間放——由于外購用電等造成的間接CO2排放量。

Ei——各環(huán)節(jié)電力使用量。

Ci——電力消耗CO2排放系數(shù)。

3.2 粉煤灰用于水泥混合材和混凝土摻合料方面應(yīng)用對減排降碳的影響

在水泥混合材和混凝土摻合料利用方面，常用粉煤灰作為水泥混合材和混凝土摻合料主要原料，且已應(yīng)用較為成熟。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011中規(guī)定水泥和礦物摻合料均為膠凝材料，本文暫假設(shè)水泥混合材和混凝土摻合料中固廢利用減少水泥熟料的使用。則粉煤灰用于水泥混合材和混凝土摻合料利用能夠減少使用水泥熟料量約2.84億t，根據(jù)《建筑材料工業(yè)CO2排放核算方法》《建筑碳排放計算標準》計算可得，減少CO2排放約2.41億t。

3.3 粉煤灰用于建材深加工產(chǎn)品方面應(yīng)用對減排降碳的影響

在建材深加工產(chǎn)品方面應(yīng)用，加氣混凝土作為非燒結(jié)墻體材料中應(yīng)用量最大的產(chǎn)品，2020年全國加氣混凝土總產(chǎn)量約1.6億m3。加氣混凝土主要原材料除石英砂外，廣泛應(yīng)用粉煤灰、石粉、陶瓷拋光粉等固體廢棄物，其中以粉煤灰應(yīng)用最多。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國灰加氣產(chǎn)品占比高達80%左右，按照占比最大的B06產(chǎn)品計算，需要原材料7 700萬t，若粉煤灰摻量按照70%計算，利用量約5 400萬t。考慮到在灰加氣產(chǎn)品生產(chǎn)過程中無論使用天然原料還是固體廢棄物，其生產(chǎn)過程和能源消耗相差較小，假設(shè)摻加粉煤灰能夠減少天然砂的使用量，則粉煤灰用于灰加氣產(chǎn)品生產(chǎn)能夠減少天然砂使用量約5 400萬t，根據(jù)《建筑材料工業(yè)CO2排放核算方法》《建筑碳排放計算標準》計算可得，減少CO2排放約13.6萬t。

4 總 結(jié)

我國粉煤灰應(yīng)用途徑十分廣泛，特別是在水泥混合材、混凝土摻合料以及建材深加工產(chǎn)品方面得到了諸多的資源化利用，在減排降碳方面共計減少CO2排放約2.42億t/年，具有一定的碳減排效益。“十四五”期間，隨著我國進入新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、全面構(gòu)建綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟體系，粉煤灰綜合利用技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，同時在減排降碳方面的貢獻不斷增加，助力國家碳達峰、碳中和目標建設(shè)。