日本水泥行业替代原燃料的发展

文摘   2024-12-27 09:28   广东  

在全球资源与环境问题日益严峻的背景下,日本水泥行业在替代原燃料的应用方面走在了前列,为行业可持续发展提供了宝贵经验。

图一: 日本水泥产能变化

日本水泥行业早期便开启了对可燃废物作为替代燃料的探索之旅。在水泥行业,基于现有的水泥生产设施和燃烧技术开发了广泛的废物和副产品回收技术,日本每年能够接收来自其他行业的 20 多种废物和副产品中的 25,000 多吨进行回收。 当换算成体积时,这相当于大约 16 杯东京巨蛋。

图二: 有效地利用来自各个行业和城市的废物和副产品作为水泥和替代能源的原材料

在替代原料方面,基于熟料生产原理,即混合氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁等成分原料在 1450°C 高温下烧成,水泥行业发现许多废弃物成分与天然原料相似。如煤灰,其氧化钙含量在 5 - 20%、二氧化硅 40 - 65%、氧化铝 10 - 30%、氧化铁 3 - 10%,与天然黏土成分相近,可作为黏土替代品用于水泥生产。此外,焚烧灰、污水污泥等废弃物也因其成分特性在水泥生产中找到了用武之地。

图三: 日本的物料流向(2020 财年)

近年来,日本水泥行业的替代燃料使用率呈现出显著的增长态势。根据日本水泥协会的数据,日本水泥行业使用废弃物及副产品的具体量从 1990 财年的每吨水泥 251 千克增加到了 2020 财年的每吨水泥 468 千克,且在 2020 财年使用总量达到了 2620 万吨。在过去几年里,替代率已经达到 20.3%。日本水泥行业的替代燃料主要为废轮胎、市政垃圾、骨肉粉等,热能利用效率约 70%。这些材料的使用不仅有助于减少对煤炭等传统化石燃料的依赖,而且通过有效减少二氧化碳排放以及妥善管理废弃物,为环境可持续性发展做出了贡献。

图四: 燃烧过程中替代热能所占的比例, 在过去几年里,这一比例已达到约 20.3%。

从使用数据来看,日本水泥行业废弃物和副产品使用量在过去几十年间呈现出多样变化。1990 财年至 2022 财年期间,煤灰使用量从 2,031 千吨波动至 6,839 千吨;高炉炉渣从 12,213 千吨降至 6,519 千吨;污泥类从 341 千吨增长至 2,864 千吨等。整体上,水泥产量在 1996 财年达峰值后持续下降,但每吨水泥使用的废弃物和副产品量却呈上升趋势,2022 财年达到 485kg/t。这反映出行业对废弃物利用效率的不断提升。

图五 水泥生产、废弃物、副产品使用和消费量的变化

在环境与资源效益上,日本水泥行业的替代原燃料应用成效显著。一方面,废弃物和副产品的大量使用有效延长了工业废弃物最终处置场所寿命。截至 2022 年 4 月 1 日,若水泥厂不接收废物,工业废弃物最终处置场剩余寿命仅 6.2 年,而实际因水泥厂接收处理,剩余寿命达 19.7 年,延长了 13.5 年。另一方面,在减少二氧化碳排放上作用突出。许多替代原料含有的脱羧氧化钙可减少石灰石使用量,从而降低因石灰石脱羧产生的二氧化碳排放。2021 财年,从废物中提取的 CaO 和 MgO 就减少了 729,000 吨二氧化碳排放量(使用 95% 纯度石灰石时可减少 767,000 吨)。

图六: 最终处置场(工业废弃物)的新许可证数量

日本水泥行业在替代原燃料应用上的成功,得益于其基于现有生产设施和技术不断开发回收技术,能够接纳并处理来自多行业的 20 多种废弃物和副产品,年接收量超 25000 吨。其经验为全球水泥行业提供了重要启示,在追求可持续发展进程中,合理利用替代原燃料不仅能缓解环境压力,还能优化资源配置,实现经济效益与环境效益的协同共进,是行业发展的重要方向。


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