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石膏材料与低碳经济
发布时间:2018.08.01 10:48  浏览次数:  作者:yobo体育全站app下载

摘自:石膏材料与低碳经济(宁夏石膏设计研究院,银川 750001)段庆奎

前言

最近我国政府公布,到2020年在2005年的基础上,减排CO240-45%,即减少排放CO220.4-27.45亿吨(2005年中国CO2排放量为61亿吨)。这一承诺震惊世界,为全世界CO2减排做出了榜样。但中国同样承受了巨大的压力,实现这一目标绝非易事,要付出沉重的代价,尤其我国经济还处于上升发展时期。一方面要大力发展经济,一方面要减排,二者如何处理好,是我国今后经济发展面临的困难之一。本文就石膏材料领域,如何做好减排工作,提出自己的一点看法,仅供参考。


三种胶凝材料的能耗比较

众所周知,石膏是中国传统的五大胶凝材料之一,有非常优良特殊的性能,广泛应用于水泥,石膏建材制品,陶瓷模具、精密铸造、工艺美术、医疗卫生等行业。截止2008年 我国天然石膏产量已达到4000多万吨,工业副产石膏产量也已达到4000余万吨。2008年中国水泥产量达到12亿吨。

石膏与水泥石灰同属胶凝材料,在生产过程中它们排放的CO2量和能耗相差很大,从理论上讲,石膏、石灰、水泥三种胶凝材料都是吸热反应,在生产过程中都会消耗大量煤、电等能源,同时不同程度排放出CO2,在大力推进节能减排的今天,将三种胶凝材料进行一番对比,很有意义。

1.1水泥胶凝材料

水泥的物理化学反应比较复杂,原料是由3种以上配比组成,产品不是单一矿物组成,有些矿物(例如粘土的结晶放热,冷却放热等)在高温锻炼状态下会放热,根据“胶凝物质工学”一书介绍,生产1公斤水泥熟料,共需热量为1030千卡,减去矿物结晶等放热量610千卡,1030—610=420千卡/公斤熟料,即生成一公斤熟料,理论热耗为420千卡,不同成分熟料煅烧时理论热耗也有所不同,但一般波动于400—430千卡/公斤熟料之间,换算成标煤为60公斤/每吨熟料。

以上是水泥的理论热耗,但在实际生产中,水泥熟料的烧成温度高达 1400 0C还有其他的一些热损失,据中国水泥协会提供的数据表明,中国的新型干法窑(日产2500吨以上)煤耗为115kg吨熟料。综合电耗为105度/吨熟料,由此看来,水泥的确是一种高耗能产品。

1.2石灰胶凝材料

石灰胶凝材料也是一种用途很广泛的材料,它的原料单一,产品也单一,煅烧时的化学反应式如下:

640.jpg

石灰石(CaCO3)在高温分解时,每100分重量的CaCO3可得到56份的CaO和释放出44份的CO2,即用1吨的CaCO3煅烧,只能得到560公斤的CaO,其余440公斤的CO2被排到大气中去了。CaCO3的分解作用完全是吸热反应,分解1公斤的CaCO3需要理论热量425.2千卡。但实际上石灰的煅烧温度高达800-1000℃,热耗在840-1050千卡。标准煤耗在120-150kg表煤,耗能也是相当高的。

1.3石膏胶凝材料

石膏,化学成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)还有半水石膏和无水石膏,我国石膏储量为660亿吨,为世界第一,天然石膏年产量为4000多亿吨,随着我国工业化进程,我国还有大量的工业副产石膏产生,如脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等。总产量约6000万吨/年,随着经济的加速发展,这个数字会逐步上升,再加上历年的堆积,数字更巨大。

二水石膏经过煅烧脱去1.5个分子结晶水,变成半水石膏(CaSO4·½H2O)后,才具有利用价值,脱水时也需要能量,其反应式如下:


640.jpg

它的脱水温度在60 0C时就已经开始,到140-180 0C时剧烈脱水形成半水石膏,它的理论热耗仅为27千卡/每公斤,但在实际生产过程中,为提高石膏的脱水速度,往往将炉温提高到300-600 0C,根据不同窑型直按实际煤耗在45-70公斤标煤/每吨半水石膏粉。据统计 ,年产10万吨规模的石膏粉生产线,吨电耗只有25度左右。


CO2的排出

以上三种胶凝材料。在CO2排放中各不相同,差距也是很大。

2.1 石灰胶凝材料

石灰石在煅烧过程中CO2排出量最为直接,每1吨石灰可排CO2440kg。根据国家能源部提供的数据,每1000g标煤完全碳烧可产生CO2为2.59kg,每吨标煤排放CO2为2.66-2.72吨。石灰的煤耗130公斤,即产生CO2为2.66×0.13=0.35吨。

石灰电耗为30度/吨,根据中国电力联合会环境资源部提供的数据,2008年度,我国每发一度电煤耗为345克/kwh,以此计算并折成CO2排放量应为:0.345kg×2.66=27.5kg,三者合计为440+350+27.5=817.5kg,而每生产一吨石灰排出790公斤CO2,即每生产一吨石灰排出817.5公斤CO2。

2.2 水泥

按三组份原料来计算,生产一吨熟料需80.81%的石灰石,粘土12-15铁粉5-6,每生产一吨熟料的生料料耗为1.55.即生产一吨水泥熟料需80.81%×1.55=1.25吨石灰石。某厂的石灰石化学成分如下(%)

640.jpg



每生产一吨水泥熟料即需的煤耗产生的CO2量为:上表中烧失量即为石灰石中的CO2含量,那么每生产1吨水泥熟料就要生产1.25×42.78%×1000=534.75公斤CO2。

110kg标煤×2.66=292.6公斤。

电耗折标煤产生CO2:105×0.345×2.66=96.35kg。

三项合计:292.6+534.75+96.35=923.75公斤。

2.3 石膏胶凝材料

众所周知,生产一吨半水石膏粉(熟石膏粉)不会产生CO2,只有所需燃煤燃烧时才产生CO2,生产一吨半水石膏粉的煤耗为40-70公斤,按最先进的年产10-15万吨石膏混烧窑煤耗40公斤标煤计算,每生产一吨半水石膏粉CO2产生量为:

40公斤标煤×2.66=106.4公斤

电耗折标煤产生CO2为:25×0.345×2.66=22.94kg,

两项合计为:106.4+22.94=129.34kg。

通过以上分析计算,3种不同的胶凝材料的煤耗和CO2排放量汇总如下:

640.jpg



从上表汇总中可以看出,煤耗和电耗最大的是石灰和水泥,石灰煤耗最高,但全国总产量很少,最大煤耗和电耗产品仍是水泥。在电耗上,石膏材料是水泥熟料的¼,石灰大部分不粉磨,生产工艺简单,故电耗也较低,因此可以断定石膏胶凝材料是最节能的一种材料。

CO2的排放量方面,石膏材料是最低,只有燃煤排放的一半CO2气体,是水泥的12.8%,是石灰的13.46%。


小结

通过对石灰、石膏、水泥三种胶凝材料能耗,CO2排放的分析石膏是能耗和CO2排放最低的,石膏是一种绿色环保的胶凝材料,是一种低碳经济的产品。

在今后我国的经济活动中,在节能减排40-45%的压力下,减排任务非常艰巨,低碳经济产品将会很有发展的前景和竞争力。国内外已经盯上水泥产业;2009年预计水泥产量达到13亿吨,而且全国各地水泥项目还在大规模扩展,产能还将进一步提高,到2015年全国产量可能达到15亿吨,排放CO2量可能达到10亿吨,将成为节能减排的首要目标。

水泥在基本建设中是非常重要的,是不可替代的,但又是一种高耗能,高排放的产品,在这样的状态下,更好的发挥石膏胶凝材料的优势和特点,在建筑过程中,能用石膏胶凝材料替代的地方,尽量不用水泥材料,大力发展石膏建筑材料,如石膏砌块,石膏条板等,替代掺有水泥的GRC板,和其他水泥胶结材料等。

提出以下几条建议:

(1)大力发展粉刷材料,内墙粉刷最好全部使用粉刷石膏或干混砂浆,石膏腻子,粘贴石膏;

(2)大力发展自流平石膏,替代水泥砂浆找平层面层等;

(3)大力推广砌筑粘结石膏,用于非承重墙体材料之间的粘接等;

(4)在石膏生产企业中,大力推行节电、节煤措施,进一步降低能耗,扩大产量规模,选用低煤耗、低电耗的工艺设备。

国家实施低碳经济,符合国际节能减排保护环境的大趋势,同时也给石膏材料工业带来发展的机会和商机,希望从事石膏研究开发生产的单位和企业重视低碳经济进展,关注国家实行低碳经济政策,研究开发低碳的石膏产品,做好应对措施,抓住机遇,推动石膏产业的更大更快发展。



文章来源:2010中国建筑材料联合会石膏建材分会第五届年会暨第九届全国石膏技术交流大会及展览会


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