APP下載

分享

[獨家]關于當代水泥工業與水泥品種科技發展方向問題的最新國際動態

2019/11/13 中國水泥網高級顧問 高長明

近年來,因全球氣候變暖的趨勢日益嚴峻,歐洲全社會積極推行環保低碳的進程中,對水泥工業的壓力較大。在歐盟各國政府、大批環保低碳主義人士和思想前衛的水泥專家,三方協同呼吁和推動下,傳統的水泥工業領域出現了一些新理念、新嘗試、新創造和新動態,打破了原先比較平靜的按部就班發展的局面。......

  一.前言

  聯合國所屬的國際能源署IEA、國際水泥可持續發展倡議組織CSI和世界可持續發展工商理事會WBCSD,三家國際咨詢研究機構,2018年3月發布了《國際水泥工業低碳轉型路線圖》。這是IEA、CSI、WBCSD邀請9位世界級水泥專家及其團隊(約60人),歷時近兩年,采訪調研了世界60多個國,80多家知名水泥研究設計機構、水泥生產集團和水泥機械裝備制造廠商,近300位各國水泥專家、教授、學者、科研、工程技術人員和企業家,經過科學的綜合研究分析后,撰寫而成的。該《路線圖》對全球水泥工業的技術進步和節能減排,提出了4項重大的技術途徑和相應的技術措施,主要為:

  1.降低水泥單位能耗,即對預分解窯(PreCalciner)--- PC窯水泥熟料生產系統(我國稱之謂新型干法窯系統)進行更全面深入的研究創新,進一步降低熟料單位熱耗:對全廠整個生產系統,尤其是生料和水泥粉磨系統,進行更深入的研究創新,進一步降低水泥單位電耗。

  2.在保持OPC(我國普通硅酸鹽水泥與之相當)性能不變或有所改善的條件下,推廣采用熟料含量少的低熟料系數水泥,挖掘混合材的膠凝潛力,盡量多用混合材,使之部分替代熟料的膠凝功能,混合材品種要向多元化發展。

  3.將各種可燃廢棄物用作水泥窯系統的替代燃料,大幅削減化石燃料的消耗,既能利廢環保,還能節省煤炭資源,減少二氧化碳排放,削減水泥工業的碳足跡。

  4.,研究推廣從水泥窯廢氣中回收儲存與利用二氧化碳的技術CCSU,大幅降低水泥生產中的碳排放,回收的二氧化碳還可用于其他工業領域。

  其實,以上4大技術措施,該三家國際機構,在2009年首次發布的《2050年水泥可持續發展技術路線圖》中已有詳實論述,因為預計這些技術措施的有效期,至少還有30年。所以這次修訂補充后再次重新發布。

  然而近年來,因全球氣候變暖的趨勢日益嚴峻,歐洲全社會積極推行環保低碳的進程中,對水泥工業的壓力較大。在歐盟各國政府、大批環保低碳主義人士和思想前衛的水泥專家,三方協同呼吁和推動下,傳統的水泥工業領域出現了一些新理念、新嘗試、新創造和新動態,打破了原先比較平靜的按部就班發展的局面。茲分述之。

  二.關于熟料生產工藝系統

  最近一兩年,許多國際水泥專家和科研機構相繼對已經沿用了近70年的 PC窯水泥熟料生產系統,提出了若干新的認知和觀點。其主要內容是,過去10年的實踐證明,按國際先進水平的水泥單位能耗(熱耗+電耗)測算,實際上其進展和收效并不如人意,而且正日益艱難,頗有陷于“瓶頸”之感。究其原因,主要是因為PC窯水泥熟料工藝應用發展60多年以來,現今其單位能耗指標的先逬值已經相當接近其理論值了,再改進提高的空間有限,難度大。

  例如,熟料熱耗理論值450kcal/kg,加上PC窯系統的各項熱損失約150 kcal/kg,合計實際所需熱耗至少為600kcal/kg左右。而現今PC窯的熟料單位熱耗已經下降到700 kcal/kg以下,滿打滿算最多還有10%左右的改進余地。的確已經相當接近其“頂點”了。又如分解爐、預熱器、回轉窯、窯傳動、窯密封、耐火磚、澆注料、篦冷機、三次風管、拉鏈機、燃燒器、計量喂料(煤)機、主排風機;、收塵器、脫硫脫硝裝置等一系列裝備也都更新了三~五代之多。與其還要花費大量人力、物力、財力、時間等各方面的代價來進行“沖頂”攻關,還不如將這些資源轉移到水泥生產工藝顛覆性的創新研發方面,擺脫PC窯工藝的羈絆,加強對例如,熟料懸浮流態化煅燒、管道化反應煅燒、電磁震蕩煅燒、太陽能聚焦煅燒或分子沖擊直接煅燒等嶄新工藝的研發。因為這些新工藝的研究實驗,目前已稍顯不同程度的“曙光”,如果我們及時的轉移戰略目標,這對促進水泥工業的顛覆性更新換代新發展,可能是一項事半功倍的上策。

  在這一新思維新動態的影響之下,最近兩年,歐洲一些著名的水泥研究機構在非PC窯水泥生產工藝研究領域方面的科研投入加大,研發進展加快。有人預言,2030年到2040年間,世界第1套非PC窯水泥熟料生產工藝系統或將誕生,從而宣告歷時近百年的水泥工業PC窯工藝時代的結束。當然,這只是一個國際上最新的動態,最終結果如何尚難以確定。我國水泥界了解并關注這一動向,對科學正確的規劃我國水泥工業的發展方向是有借鑒價值的。

  三..關于水泥品種和混凝土的性能

  長期以來,準確的說2009年以前,國際水泥界普遍認為,OPC水泥是性能適宜,廉價實用的最大宗膠凝材料。由OPC制備的混凝土,則是最經濟實用的大宗建筑材料,其消費(需求)量是僅次于水的世界排名第2位的必須材料。在人們可以預見的將來,至少30年甚至50年內,不大可能出現OPC 水泥被其他膠凝材料大量取代的情況。

  在我國則更是,一般人都以為,水泥的性能和質量完全取決于熟料,水泥中熟料含量越多,熟料標號越高,水泥的性能和質量就越高,用高標號水泥制備的混凝土才會是高性能混凝土;等等。

  事實上,隨著近10多年國際科技進步的發展,人們發現,影響水泥性能的主要因素,除了熟料以外,混合材的深加工程度及其品種多元化,對水泥性能同樣具有較大的影響。挖掘混合材的潛在膠凝活性,可以發揮其部分替代熟料的作用。等量的熟料含量較少的低標號32.5水泥,同樣可以制備出C30以上的混凝土。傳統的高標號52.5水泥,因其單位能耗高,生產中的單位碳排放量高;雖然早期強度較高,但其抗裂性、耐久性和后期、長期強度都較差,利少弊多。面對現在低標號32.5復合水泥的推廣應用趨勢下,高標號OPC水泥已顯頹勢。32.5復合水泥的占比正在逐步提高,所謂水泥品種要向OPC高標號化發展的觀點已經不合時宜了。

  與我國不久前實施的全部取消PC 32.5復合水泥的做法相反,德國和歐盟經過多年的試驗研究后,2016年決定修訂其水泥標準 EN 197-1,增添了兩個新的32.5復合水泥的品種 CEM II/C-M和CEM VI,熟料系數可分別減少到0.50和0.35。反思檢討我國和德國兩種截然不同思維和決策方式的全過程,足以告誡訓導我們,首先應該認真做好必要的實際市場需求調研工作,以及科學試驗研究論證工作,之后再集思廣益三思而行,以免冒失地犯下方向性的錯誤。所幸我國水泥標準中仍保留有PS、PF和PP 32.5水泥。最近市場上出現了用M 32.5水泥部分替代PC 32.5水泥之勢,說明科學發展規律和市場供需法則是不會隨著某些權利的意志而轉移的。我國現在改正補救,亡羊補牢猶未晚矣。

  此外人們還注意到,影響混凝土性能的因素,除了水泥和骨料沙石以外,各種外加劑的選擇和摻用技術也具有一定的作用。因而加強外加劑的研發,同樣是改善提升混凝土性能的一個重要環節。過去那種單純依靠高標號水泥制備高性能混凝土的教條也應修正,須要改進提升科學認知水平。

  根據目前已經達到的技術水平,可以預測,在今后15-20年之內,水泥品種科技進步提升發展的趨勢,將會從根本上扭轉OPC一家獨大的局面,逐漸形成以1)貝利特水泥、2)硫鋁(鐵)酸鹽水泥、3)熟料系數0.35~0.55的低標號32.5復合水泥,以及4)熟料系數0.75~0.9的中、高標號(42.5+少量52.5)OPC水泥為主的四分天下的局面。或者還有少量的熟料系數0~0.20的地礦水泥(Geopolymers),即所謂的無熟料或少熟料水泥。因為前三者,在基礎理論與實際應用方面已經完全成熟可靠,今后只是在消費總量中它們三者的占比逐步提升,傳統OPC的逐漸下降而已。屆時,它們三者雖然還不能完全取代傳統OPC水泥,但是至少已經取代了一半以上。延續到2050年,OPC高標號水泥基本上被取代或許就是大概率事件了。這與人們2009年以前的認知和預測相比就發生了重大的變化,這種可能發生的變化同樣也值得我國關注研判借鑒。

  四.關于替代燃料。

  由于各國水泥工業發展歷史、進程和現實生產水平的差異,不同國家水泥工業采用各種可燃廢棄物用作替代燃料的程度——對熟料生產所須熱能的替代率TSR(Thermal Substitution Rate)相差十分懸殊。例如,挪威TSR已達90%以上,德國近70%。歐盟50%,美國和日本約20-25%。許多發展中國家都剛起步,或尚未啟動。我國則很低,僅2%還不到。

  顯然,采用替代燃料這項環保低碳措施,對于德國和歐盟來說,其減碳功效已經享用了不少,所剩也不多了。但是對中國來說,卻是潛力很大,其環保低碳功效尚有待大大發揮。筆者估算,按2019年初,我國水泥工業協同燃燒廢料的實際生產數據為基準,如果我國TSR達100%,則水泥窯每年協同處置的可燃廢棄物數量為,生活垃圾0.8~1.0億噸,污泥4000萬噸,危廢3000萬噸,其他廢物3000萬噸。采用協同處置的水泥窯總臺數為1600臺。也就是象德國一樣,每一臺水泥回轉窯都是協同處置釆用替代燃料的。這樣,總計1年將可節省近1.6億噸標煤,減排二氧化碳約2億噸.。這是一項功效不小的環保減碳措施。

  當然更實在更重要的是,今后我國真正能做到怎樣的程度?什么時候TSR才能達到100%?這就主要有賴于政府的政策和水泥行業自身的努力了。對各方面的情況綜合研究分析后,筆者預測2050年,我國水泥工業TSR將達70%,全世界的總平均值為30%。

  五, 關于二氧化碳回收儲存利用技術CCSU

  對水泥工業來說,這是一項全新的技術。按照上述三大國際機構《路線圖》的預計,以及歐洲水泥統計局Cembureau《水泥工業中性碳排放(二氧化碳排放為0)報告2019版》的測算,對全球水泥工業來說。2050年CCSU在整個削減碳排放量中將承擔32~%45%的份額,因不同國家而異。總之CCSU將成水泥工業減碳的主力軍。

  約1~2年前,丹麥FLSmidth和德囩THYSSENKRUPP-Polysuis、KHD等公司均制定了2030-2050年的減碳計劃,宣稱2050年以前將全面實現二氧化碳零排放,即碳中性排放。瑞士Lafarge-Holcim和德國Heidelberg等水泥集團已聯合歐洲多家著名科研機構制定了《中性碳排放計劃》,各項試驗研究已進行了多年。其中值得一提的是,正在比利時Lixhe水泥廠進行的LEILAC (Low Emission Intensity Lime and Cement)工藝生產試驗,采用非接觸式煅燒熱交換塔替代分解爐和旋風預熱器。從水泥生料中先將其中的碳酸鈣分解,獲取高純度的二氧化碳,進一步加工成食品級的液態或固態二氧化碳供應市場銷售。分解后的生料進入回轉窯,煆燒成熟料。這樣可以削減水泥窯二氧化碳排放量65%。這種非PC窯的工藝技術值得關注。

  海螺白馬山水泥廠2019年5月投產了我國水泥工業第1條CCSU生產線,所采用的是比較傳統的CCSU技術,單位電耗和成本較高。最近我國天津威澤節能環保公司公布了“外燃式旋窯煅燒碳酸鹽礦物生產工藝報告”,和LEILAC工藝的構思有些相似,也是采用非接觸煅燒碳酸鹽分解方式,獲取高純度二氧化碳,兩者似為不謀而合。

  水泥工業的CCSU技術,我國雖然比歐洲稍晚了兩三年,鑒于我國現有的各種優勢,欲在該領域后來居上,還是很有可能的。筆者預測,2050年,我國水泥工業CCSU的二氧化碳捕集量將達到總排放量的43%,全球的平均數則為30%。

  六. 結語

  本文旨在給我國水泥界廣大同仁通報國際上的最新重大變化動態,例如,基本理念的修正提升,水泥生產工藝與水泥品種技術進步的發展方向,各項更新換代技術科研開發的進展概況,以及對2050年世界水泥工業發展水平的補充預測等。謹供我國水泥界參考借鑒。這是一個扼要的總體概括,詳細的依據,請參見文末的參考文獻,茲不贅述。

  參考文獻

  1.IEA, CSI ,WBCSD:《Technology Roadmap for Low-Carbon Transition in the Cement     Industry》.       March 2018

  2.高長明:2050年世界及中國水泥工業發展預測與展望 新世紀水泥導報 2019 NO.2       p.1~3

  3.Calix,Australia:  Testing Innovation.  ICR Feb.2019 p.35~39

  4.高長明: 我國對混合材的研發工作須要全盤部署和推進 新世紀水泥導報2019 NO.3 p.1-2

  5.Joachim Harder:  Development of clinker substitutes.  ZKG April 2019 p,40-49

  6.高長明: 世界兩大水泥(混凝土)協會WCA和GCCA須要合作交流共同應對全球氣侯變,化  中國水泥 2019 NO.10(預)

  7.VDZ Conference on Cement Chemistry 2019:  CO2  reduction is top of the agenda in the industry.  ZKG June 2019 p.22-23

  8.ICR Research:  Creating a new vision.  ICR Sep.2019 p.19-22

  9.高長明: 我國水泥工業低碳轉型的技術途徑分析——兼評聯合國新發布的《水泥工業低碳轉型技術路線圖》 2019.01.14

  10.IEA, CSI ,WBCSD:《2050 Technology Roadmap for Sustainable Development of Cement Industry》March 2009

  11.高長明:對《2050世界水泥工業可持續發展技術路線圖》的分析評議 中國建材報 2010.03.31 第3版

  12.CSI/ECRA: State-of-Art 52 Papers of Low-Carbon Cement Projects.  Jan.2017

  歐洲水泥研究院精選:: 有關低碳水泥項目優秀論文52篇詳摘  2017.01.

  13.高長明: 我國水泥窯協同處置廢棄物(生活垃圾)工程實踐的回顧反思與展望 水泥技術2018 NO.1 p.17-21

  14.于 海等: 利用”外燃式高溫煅燒碳酸鹽礦物質旋窯”實現窯尾廢氣CO2減排及脫硫的技術

  水泥技術2019 NO.4 p.8-14

  15.高長明: 關于水泥混凝土產業科技發展方向的若干思考 水泥2017年增刊 p.1-3

  16.高長明: 水泥混凝土工業是全社會循環經濟的重要樞紐 中國建材報。2017.06.14 第3版

  17.Bernard Mathieu: The global cement industry says yes to climate protection.

  ZKG Jan./Feb.2019 p.22-25

  18.ICR Research: Stepping up to climate change.  ICR Jan. 2019 p.28-29

  19.HeidelbergCement: Strong builder of carbon neutrality.  ICR July 2019 p.54-57

  20.Taiheiyo Cement: CO2 capture trialled and tested.  ICR July p.58-61

  21.Arthur Harrisson: Belite in Portland clinker.  ICR July p.48-51

  22.王燕謀; 當代中國水泥工業的重要使命(硫鋁酸鹽水泥) 中國建材報 2019.08.26 第1版。

  23.Joachim Harder: Carbon capture, utilization and storage in the cement industry. ZKG Dec.2018 p.36-43

  24.LOESCHE GMBH: An integrated approach to alternative fuel use in cement making.

  ZKG Jan./Feb.2018 p.48-53

  25.高長明:論水泥工業可持續發展戰略  水泥技術 1997 NO.1 p.1-5

  26.高長明:水泥工業”四零一負”理念及展望 水泥技術 2016 NO.1 p.17-19

  27. ICR Research: Driving sustainable change.  ICR May 2019 p.40-42

  28. THYSSENKRUPP;: Polysius fuel substitution -improving the climate footprint of cement production.  ZKG July/Aug. 2019 p.52-55

  29. 高長明:水泥與混凝土環境友好特性概論 中國建材報2003.02.24 第1版

  30. KIT, GEFAK MBH: Towards a low-carbon post OPC ear---external framing condition. ZKG Sep.2019 p,46-60

  31 .Cembureau: Cembureau Low Carbon Roadmap, Progress towards the 20C target.  8th of Oct.,2018  European Parliament

  32. Achternbosch, M. et al: Why it is so hard to develop new binder system for mass application?  ZKG Sep..2018 p.68-79

  33. IPCC; Special Report, Global Warming 1.50C. 2018 Geneva, Switzerland

  34. WMO Statement on the State of the Global Climate in 2017.

  35. IEA: IEA global energy and CO2 status report 2017.  March 2018  Paris, France

  36. IEA.: 20 years of Carbon Capture and Storage, Accelerating Future Development. 2016

  Paris,  France

  37. Andrew, R. M.: Global CO2 emissions from cement production. Earth Syst. Sci. Date

  Oct.2018 p.198-217

  38. Rau, G. H. et al: The global potential for converting renewable electricity to negative-CO2-emissions hydrogen  Nature Climate Change.  Aug.2019 p.621-626

  39. Davis, St. J.: Net-zero emissions energy systems.  Science 360,  1419(2018) p.1-9

  40. Lehne, J. et .al.: Making Concrete Change -Innovation in Low-Carbon Cement and Concrete. Chatham House Report. The Royal Institute of International Affairs, 2018, London

(責任編輯:余婷)

您可能感興趣的文章

關于中國水泥網各類價格數據發布延后的公告

中國水泥網行情數據中心暫時無法如期開展價格采集工作,各類價格數據發布日期延后至2月10日。

壟斷混凝土市場!涉黑團伙獲利超40億 背后26把"保護傘"同天獲刑

1月20日,中國紀檢監察報刊發《掃黑打傘除惡務盡》一文披露了浙江26名公職人員充當“黑老大”虞關榮“保護傘”的細節:

2020-01-21 混凝土 壟斷

[混凝土價格指數周評]:臨近春節 淡季回調 華北大幅回落(01.13~01.17)

上周,全國混凝土價格指數報156.54點,環比回落0.20%。與去年同期相比,價格回落1.86%。

2020-01-20 混凝土價格

混凝土六大縫,應該如何預防?

在結構表面出現形狀不規則長短不一,互不連貫,類似干燥的泥漿面。大多在砼澆筑初期(澆筑后4h左右),當砼本身與外界氣溫相差懸殊,或本身溫度長時間過高(400以上)而氣候很干燥的情況下出現。塑性裂縫又稱龜裂,嚴格講屬于干縮裂縫,出現很普遍。

2020-01-20 混凝土 裂縫
微信關注

文章來源:中國水泥網高級顧問 高長明 ,如若轉載,請注明出處:http://www.n9192.com/

  • 550+個水泥品牌
  • 31個省市159個地級市
  • 8000+家建筑施工企業正在使用
  • 15年的數據積累
時間 地區 均價
2020-01-21

新疆維吾爾自治區

¥457.63
2020-01-21

寧夏回族自治區

¥313.27
2020-01-21

青海省

¥361.71
2020-01-21

甘肅省

¥351.61
2020-01-21

陜西省

¥470.15
2020-01-21

西藏自治區

¥649.29
2020-01-21

云南省

¥359.79
2020-01-21

貴州省

¥303.03
2020-01-21

四川省

¥496.63
2020-01-21

重慶市

¥447.83
2020-01-21

海南省

¥512.41
2020-01-21

廣西壯族自治區

¥460.71
2020-01-21

廣東省

¥559.02
2020-01-21

湖南省

¥461.69
2020-01-21

湖北省

¥494.26
2020-01-21

河南省

¥543.86
2020-01-21

山東省

¥521.14
2020-01-21

江西省

¥565.82
2020-01-21

福建省

¥565.29
2020-01-21

安徽省

¥492.59
2020-01-21

浙江省

¥590.83
2020-01-21

江蘇省

¥514.15
2020-01-21

上海市

¥581.00
2020-01-21

黑龍江省

¥369.71
2020-01-21

吉林省

¥385.90
2020-01-21

遼寧省

¥322.59
2020-01-21

內蒙古自治區

¥308.20
2020-01-21

山西省

¥393.17
2020-01-21

河北省

¥452.74
2020-01-21

天津市

¥484
2020-01-21

北京市

¥495.56

聯系我們

會員咨詢:400-8888-870

24小時熱線:0571-85999833

杭州總部:0571-85300321

商務合作:0571-85871612

微信服務

水泥網

水泥觀察

水泥價格

水泥技術

©1997-2020 水泥網版權所有| 法律顧問:哲鼎律師事務所
2020-02-03 07:31:50
caoporn在线视频,caoporn在线视频大全,caoporn在线视频视频