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

(中國建筑材料工業規劃研究院，北京 100000)

1 我國粉煤灰產生現狀

我國“富煤、缺油、少氣”的資源現狀導致煤電長期以來一直占據我國電源結構的核心地位。據統計分析，2020年全國全口徑發電量7.42萬億kW·h，其中火力發電量5.28萬億kW·h，煤電發電量4.61萬億kW·h。經過測算，2020年粉煤灰產生量約6.5億t，圖1為2015～2020年全國燃煤電廠粉煤灰產生情況，近幾年我國燃煤電廠粉煤灰產生量持續增加。

圖1 2015～2020年我國燃煤電廠粉煤灰產生情況

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

2 我國粉煤灰綜合利用現狀

隨著我國大宗固廢綜合利用產業技術的發展，粉煤灰綜合利用成熟技術已有百余項，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用、建材深加工產品方面應用，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用

水泥和混凝土是世界上應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、調節水泥標號，而且還能改善混凝土性能、節約用水、調節混凝土強度等級、降低生產成本，因此深受建材行業的青睞。

2.2 粉煤灰用于建材深加工產品方面的應用

用粉煤灰代替粘土生產燒結磚、空心磚、蒸壓加氣混凝土、蒸壓磚、陶粒等技術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品方面應用摻入量大，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，緩解當地環境污染問題，同時摻加粉煤灰可以節約建材深加工產品生產過程中的能耗。粉煤灰用于建材深加工產品方面的應用前景可觀。

2.3 粉煤灰用于膠結充填、筑路回填和水利工程等方面應用

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 粉煤灰用于農業領域應用

粉煤灰可以制作土壤改良劑用于土壤改良，制作微生物復合肥、農藥等。粉煤灰在農業領域的應用具有投資少、用量大、需求平穩、潛力大等優點，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CO2排放估算方法

根據《建筑材料工業CO2排放核算方法》，建材工業的CO2直接排放分為燃料燃燒過程排放和生產過程(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。

計算建筑材料工業燃料燃燒過程CO2排放，應采用燃料的實際發熱值計算。

生產過程CO2排放(Q過)估算

Q過=Σ(Mi×Ci)

Q過——工業生產過程中CO2排放量。

Mi——碳酸鹽原料使用量。

Ci——碳酸鹽原料CO2排放系數。

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——各環節電力使用量。

Ci——電力消耗CO2排放系數。

3.2 粉煤灰用于水泥混合材和混凝土摻合料方面應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，且已應用較為成熟。根據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011中規定水泥和礦物摻合料均為膠凝材料，本文暫假設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《建筑材料工業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品方面應用對減排降碳的影響

在建材深加工產品方面應用，加氣混凝土作為非燒結墻體材料中應用量最大的產品，2020年全國加氣混凝土總產量約1.6億m3。加氣混凝土主要原材料除石英砂外，廣泛應用粉煤灰、石粉、陶瓷拋光粉等固體廢棄物，其中以粉煤灰應用最多。據相關統計，我國灰加氣產品占比高達80%左右，按照占比最大的B06產品計算，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。考慮到在灰加氣產品生產過程中無論使用天然原料還是固體廢棄物，其生產過程和能源消耗相差較小，假設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品生產能夠減少天然砂使用量約5 400萬t，根據《建筑材料工業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

我國粉煤灰應用途徑十分廣泛，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，隨著我國進入新發展階段、貫徹新發展理念、全面構建綠色低碳循環經濟體系，粉煤灰綜合利用技術不斷創新發展，應用領域不斷擴大，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。