低碳水泥生产的关键技术分析

李亚男

(潍坊职业学院,261031)

低碳水泥生产的关键技术分析

李亚男

(潍坊职业学院,261031)

本文概况了水泥工业低碳发展的指导思路和技术方案，提出了技术升级、技术创新、绿色新型胶凝材料等涵盖水泥生产道应用的低碳经济发展建议。

低碳水泥；生产；关键技术

我国是水泥生产大国，每年水泥熟料产量占世界总产量的 50%以上。水泥熟料生产过程中不仅要消耗大量的标准煤，而且还会排放大量的二氧化碳排。据统计，水泥行业排放的二氧化碳占总体社会生产生活排放二氧化碳的 10%左右。有专家提出，在水泥生产过程中排放出大量的氮氧化物气体，是形成阴霾天气的主要原因之一。以生产每吨熟料释放3～5kg氮氧化物计算，每年释放氮氧化物47～78亿kg。建筑业的可持续发展需要开发绿色建筑，绿色建筑需要绿色建材，绿色建材需要低碳水泥。因此，低碳水泥是建筑业真正迈向可持续发展道路的关键。研究水泥企业业如何能更多地减排CO2，适应“低碳经济”下的社会要求成为当前建筑行业迫切解决的难题。

1、发展低碳水泥的指导思路

为了解决水泥行业带来的高能源消耗和严重环境污染等问题，科研人员主要采取掺加矿物掺和料、改进生产设备及工艺、利用低碳燃料和废弃燃料、二氧化碳(CO2)回收技术及可替代硅酸盐水泥的胶凝材料等措施来缓解水泥行业给环境和气候变化带来的挑战。前 4项措施的作用是极为有限的，局限性是由硅酸盐水泥的矿物组成决定的。硅酸盐水泥的矿物组成要求熟料的石灰饱和因子为O.9～1.02。高石灰饱和系数导致二氧化碳排放和烧成温度的显着提高。同时，烧成温度的提高导致熟料颗粒形成致密的微结构，使熟料易磨性降低，从而提高了粉磨能耗。具体地说，在硅酸盐水泥生产过程中，石灰石发生化学分解反应释放的二氧化碳约占总二氧化碳排放量的52%，燃料燃烧释放的二氧化碳约占38%。因此，降低石灰石用量和降低熟料烧成温度才是降低二氧化碳排放的有效途径。

2、水泥工业减缓碳排放的关键技术

2.1 提高水泥烧成系统的效率

煅烧是水泥生产的心脏，该流程的能耗是水泥工业节能减排的关键。我国水泥工业在产业调整、干法工艺以及干法熟料比重方面有了很大的创新，这些技术的综合应用使全国吨水泥平均能耗逐年下降。然而，有些关键技术，如新型干法工艺，缩短回转窑过渡带的长度可以提高物料的利用率和系统对原料的适用性；改变燃烧器气流、煤粉的比例和气流的旋转方式，有利于熟料的烧成，便于节能。

2.2 需找合适的替代原料和燃料

低碳经济时期水泥行业节能减排的重点更多的要转向可替代原、燃料的利用，这是水泥生产的大势所趋，替代原料和燃料，主要采用低化石燃料替代传统燃料，用非碳酸盐钙质原料替代石灰石。一是，利用粉煤灰、煤矸石、赤泥、电石渣、各种尾矿渣等替代部分石灰石原料；二是，利用废轮胎、废油、废塑料等可燃废弃物作替代燃料。我国水泥制造业在利用工业废渣作混合材方面，无论是理论研究还是实际应用已经处于世界领先水平，粉煤灰、矿渣已广泛应用于水泥和混凝土中，近年来通过物理和热态的化学活化等技术途径提升了钢渣的活性，磨细钢渣在水泥和混凝土中的应用得以实现。但我国目前利用废弃物作替代燃料还没有进行系统研究。

2.3 调整材料组成技术

水泥生产，包括高贝利特水泥、硫铝酸盐水泥、地聚水泥等，都是通过调整熟料矿物组成、引入少量其他矿物组成等手段达到降低熟料烧成热耗、减少 CO2排放的。如传统水泥熟料以 C3S为主要矿物组成，含量至少占 60%，对应57.8%CaCO3。贝利特水泥，可以减少约 16%的 CO2，但水泥凝结时间长，难以应用。硫铝酸盐仅排放22% 的CO2，已广泛用在预制混凝土、自应力混凝土等，但由于硫铝酸盐水泥的主要原料是铝矾土，因而使其发展受限。在传统熟料的矿物组成中，引入少量CSA调整其它矿物组成，可以降低10%的CO2，同时可以复合大量混合材料。

2.4 促进水泥窑炉综合利用和废弃物的协同处置

一方面要充分利用废弃物的残余热值，另一方面协同处置大宗、难以处置、环境危害较大的工农业和生活废弃物。截止到2009年，我国已经配套建成余热发电生产线近500条，到2020年，还有1000条新型干法水泥生产线需要配套建余热发电装置，每套余热发电装置需投资6000万元。废弃物的协同处置，主要是研发和应用NOX、粉尘和SO2以及CO2高效分离、捕获及转化技术。通过催化转化将 CO2转化为高附加值的化工产品，将是最具市场潜力、应用前景看好的一个途径。此外，碳捕获与碳储存（CCS）技术；气化合成气提取氢气为水泥窑燃料；用于捕集 CO2的后燃烧技术等，这些都体现了绿色建材在社会大循环中的作用和价值。

3、低碳水泥工业发展的几点建议

3.1 淘汰落后的水泥生产技术

新型水泥生产技术的发展，大量节约了资源、能源，减少了 CO2排放量；同时，也基本解决了粉尘、SO2和 NOX的排放及噪声污染问题；减轻了社会环境负荷，推动了水泥工业的可持续发展。淘汰各种规格的干法中空窑、湿法窑等落后工艺技术装备，并关停规模小、环保或水泥质量不达标的企业。尽量彻底淘汰落后水泥产能是实现水泥产业结构调整的需要，也是水泥工业走低碳之路的前提条件。

3.2 发展循环经济

对工业生产过程中产生的“废物”进行减量化、资源化、再利用，利用水泥窑协同处置工业废弃物、有毒有害废弃物、城市污泥等，可以做到增产不增污、增产减污，实现水泥产业绿色发展，如利用余热，建设低温余热电站，可减少购电，节省电费，相当于每年节约燃煤，减排二氧化硫，烟尘和二氧化碳。全国有660座城市，若在每一城市周边选择一家新型干法水泥企业，利用现有水泥生产线协同处置工业废弃物、生活垃圾、污泥、有毒有害废弃物，则每套装置需投资1～1.5亿元，可见循环经济的发展还是很有潜力的。

3.3 通过技术创新减少碳排放

水泥工业发展低碳经济，首先要明确技术路线，规范好节能减排目标和标准。然后对每项技术的投资、减排空间进行逐一分析，要以节能增效为原则，谋求高效率与可持续发展。如研发新的窑炉煅烧和分解技术，提高工艺流程的效率；通过回收水泥生产过程中产生的CO2，使其生产其它化学品的原料；通过调整水泥品种结构，减少CO2排放等。

4、结束语

优化工艺，改良装备，余热高效利用，粉尘、NOx、CO2减排这些成熟技术的应用必将为水泥工业的节能减排做出巨大贡献，但是长久来说，必须创新低碳水泥的工程科学技术，譬如烧成技术、粉磨技术、胶凝材料的创新等，这些材料的配套组合使用必将在降低从水泥生产到应用过程中的 CO2排放，提升我国在建材制造业领域自主和持续创新能力，实现我国建材制造技术领域的跨越式发展。

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1007-6344（2015）07-0004-01