砖瓦行业碳达峰碳减排的主要技术途径

1.产品结构

要实现碳达峰碳减排的目标，首先要注意产品结构的调整，产品结构的调整要注意三个方面。一是限制和减少实心砖的生产。同体积墙体烧结产品，实心砖体积密度大，不仅原料消耗大，而且热量大得多。与实心砖相比，30%的多孔烧结砖能耗降低1/4以上，窑炉产量也有较大提高。目前，我国实心砖超过2000亿块。如果将1000亿块实心砖调整为承重多孔砖，每万块产品的能耗将从840万kcal下降到630万kcal，每年节约热量21万亿kcal，折标煤300万t。根据建筑材料工业二氧化碳排放计算方法，主要是指燃料燃烧过程和生产过程中二氧化碳排放，实现实心砖转化为多孔砖，实际热值和碳排放相当可观，不再详细计算。二是扩大非承重空心产品的生产，特别是高孔洞率的轻质空心砖和保温砌块。目前国内空心砖或砌块的平均孔洞率在40%左右，而一些欧洲国家已经达到50%～65%（见图2）。若孔洞率从40%提高到50%以上，热能耗也可降低10%以上。数据显示[4]1960年，瑞士烧结空心砖占砖总产量的97%，联邦德国占80%以上，意大利占90%，芬兰占100%。1965年，西安墙体材料研究设计院（原西安砖研究所）建成3000多所㎡砖混办公楼、墙体砌筑均为240mm×115mm×多孔承重清水墙砖115mm。实心砖向多品种、多孔、大块、薄壁空心方向发展，已成为行业共识，也是碳达峰的需要。三是鼓励低密度保温砖或砌块的生产，提高产品的热工性能。一般来说，密度越小，导热系数越低。为了减轻产品的重量，除了提高孔洞率外，还可以通过造粒生产低密度保温砖或保温砌块。欧洲一些砖生产线加废塑料球或粉碎秸秆，燃烧后形成孔内孔，不仅降低了产品密度，而且提高了产品的热性能（见图3）。第四，注意产品的热工设计。根据原法国砖瓦技术中心的研究[5]，有四个设计因素可以提高空心砖或空心砖的保温性能。一是增加孔的行列，一排宽大于20mm的孔热阻为0.14m2•K/W，如果增加到6排孔，增加热阻值约为0.14×6＝0.84m2•K/W；第二，降低砖孔壁的厚度。孔壁越薄越好。大部分热量通过孔壁传递；第三，减少水平连接孔的数量，使孔尽可能长。如果每行孔中减少一个6mm厚的水平连接孔壁，热阻值可增加0.05m2•K/W；四是加长热传导路线，交错排列水平孔，使热阻值增加10%～20%(见图4)。通过上述途经，每年可减少热耗600多万t，减少二氧化碳排放1560万t。

2.工艺装备

烧结砖工艺设备的功耗转化为燃料化石能源。二氧化碳年排放量约为612万t当量，约占总量的31.64%。工艺设备的碳减排达到峰值尤为重要。从设备的角度来看，首先要注意动力的优化设计。比如70/60双级硬塑真空挤出机，双鸭山引进线为250＋90＝340(kW)，而且很多厂家的动力配制都是315＋132＝447(kW)。也可能需要提高产量增加转速，但是否需要增加31.47%的动力值得商榷。众所周知，原材料的塑性与挤出成型过程中挤出机的压力有关。低塑性原料颗粒结合能力差，挤出压力较高，配合动力自然较大。相反，高塑性原料颗粒的结合能力较强，挤出压力较低，配合动力自然较小。问题是许多企业追求高真空、高压，不询问原材料和成型水，导致电力配置过高，实际使用空载大，利用系数低，不仅浪费电力消耗，而且影响企业生产成本和实际经济效益。据介绍，欧洲荷兰利用含砂量在40%左右的河湖淤泥，采用独特的脱模技术生产各种道路砖、装饰砖和透水砖。室式干燥隧道窑烘烤[6]，动力消耗较低。

3.热工设备

热设备主要是指干燥和焙烧窑，是实现碳减排和碳峰值的关键。干燥和焙烧窑的设计和施工应注意以下几点：一是干燥和焙烧窑的保温密封，选用保温性能好的材料，确保窑墙、窑顶、窑车满足设计要求，然后密封窑车和窑两侧的墙，尽量在进出两端设置双门，防止热量暴露或窑外冷空气进入，影响空气污染物的氧含量和碳排放；其次，合理选择风扇也非常重要。为了提高火速，一些不专业的窑炉公司盲目增加风扇型号，导致风量和风压过大，必然会消耗不必要的动力。在设计送风和排风管道时，应尽量减少弯道，消除阻力系数过大的管道传输形式，实现风量和风压的顺利传输。也就是说，风量和风压通过输送降低很少，窑炉产量不受影响。

4.能源结构

内燃烧砖是我国的一大特点，但内燃过多会导致产品质量下降，增加成品砖自动包装的难度和设备成本。如果内燃过低，就得外投煤补充。近年来，西安墙体材料研究设计院等单位采用内燃外喷清洁能源方案，以内燃为主，外喷天然气很少。虽然煤炭和天然气的价格差别很大，但影响成本，为了环保和碳减排，企业在可接受的范围内。近年来，发达国家也非常重视生物质原料的利用。例如，法国赛力克公司利用生物质燃料推出了许多新技术。木屑、秸秆、稻壳等生物质加工后，用喷射装置送至隧道室直接燃烧。燃烧的产品质量与天然气完全相同，值得借鉴[5]。生物质燃料固定碳含量小于煤炭，燃烧形成的二氧化碳较少[7]，热值相对较低。传统砖面临资源和环境问题，提出用废弃资源如锯末、秸秆等生物质燃料代替传统煤炭燃料，用河流淤泥代替粘土原料燃烧河流淤泥多孔砖，实现资源综合利用，发展循环经济模式，实现绿色生产提供了可选的解决方案。