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陕煤新材李刚:关于砂石混凝土产业链低碳协同发展的深度思考

发布日期:2022-06-15   浏览次数:

陕煤新材李刚:关于砂石混凝土产业链低碳协同发展的深度思考

 

编者按:

今天(6月15日)是全国低碳日。随着国家“碳达峰、碳中和”目标的提出,低碳发展成为砂石行业的发展方向之一。中国砂石协会响应相关政策号召,发布《推进砂石行业碳达峰、碳中和行动倡议书》提出在2023年前砂石行业率先实现碳达峰。

关于砂石与混凝土产业低碳发展方面,陕西煤化新材料集团有限责任公司李刚专家撰写了《关于砂石混凝土产业链低碳协同发展的深度思考》,本文运用系统工程学原理,按砂石混凝土产业链工艺流程,分析了产业链低碳协同发展的痛点和难点,首次提出了“低碳砂石”概念,对砂石及上下游产业的协同发展提供了深度思考。(本文收录于中国砂石协会“第八届中国国际砂石骨料大会”《论文集》,大会同期举办中国砂石协会40周年纪念活动。)

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原文如下:

关于砂石混凝土产业链低碳协同发展的深度思考

(陕西煤化新材料集团有限责任公司 李刚)

摘要随“碳达峰”及“碳中和”目标的提出,低碳发展正逐渐成为中国经济重要的发展方向和主线,砂石与混凝土协同发展成为低碳产业生态链的发展目标。为实现该目标,本文运用了系统工程学原理,按砂石混凝土产业链工艺流程,分析了产业链低碳协同发展的痛点和难点,提出了“低碳砂石”概念,并用例证方式阐述了产业链低碳发展的关键环节和低碳砂石前沿成果,为实现砂石混凝土产业链低碳运营提供了解决方案,并对产业的协同发展提供了深度思考。

关键词关键词: 低碳砂石;砂石混凝土产业链;低碳运营;解决方案;价值创造

英文摘要及关键词(略)

1.引言

砂石骨料是混凝土重要的原材料,广泛应用于国民基础建设领域,作为开采和消耗最大的自然资源产品之一,其刚性需求至今尚未被其他产品所替代。众所周知,低碳发展正逐渐成为中国经济最重要的主线,随2021年10月26日,国务院发布了《2030年前碳达峰行动方案》并在此方案中的“推动建材行业碳达峰”章节中明确指出要“加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用”,“低碳混凝土”的概念首次出现在了国务院颁发的重磅文件中。建筑行业作为与工业耗能、交通耗能并列的三大“耗能大户”之一,在“双碳”目标提出后,砂石产业低碳发展与混凝土低碳发展的协调同效应的构建形成以及低碳生态产业链的实现将成为未来建材行业高质量健康可持续发展的关键路径。

2.低碳砂石概念的引入

为区分低碳运行砂石矿山同传统粗犷型砂石矿山,我们引入了低碳砂石和低碳砂石产业的概念。

低碳砂石产业是指在国家绿色可持续发展理念引领下,践行矿产资源综合利用方针,依靠科技进步,通过制度和管理创新,将砂石产业进行转型升级,减碳工艺革新,从而建立砂石矿山生产工艺流程减碳模式,减少传统能源消耗,降低温室气体排放,达到社会经济发展同生态环境保护相统一的砂石矿山运营新模式;矿山企业按照低碳标准运行模式生产的砂石产品,我们称之为低碳砂石。同传统砂石粗矿型生产不同的是低碳砂石更加注重节能环保,更加注重科技创新,更加注重节能减排。全面推行低碳砂石管理理念是砂石行业企业践行习近平总书记“两山理论”,实现“碳达峰、碳中和”目标的重要基础保证。

3.低碳砂石产业发展关键环节及前沿成果

低碳砂石的低碳从规划开始,其一:需从经济效益、社会效益、生态效益,国家政策导向、行业发展趋势等方面综合考量并统筹布局;其二:砂石企业规划要有适度的前瞻思维;其三:低碳砂石不仅代表着未来砂石行业、企业的发展方向,也必将成为未来砂石企业核心竞争力的重要组成部分。砂石企业培育构建面向未来的核心竞争力,需要更加重视低碳发展的内涵,将矿业科技发展成果同生态环境建设紧密融合,从而更好实现企业高质量低碳发展的目标。

在国内砂石矿山企业高质量发展的今天,结合两化融合经验,一些企业通过物联网、5G技术、移动互联、自动化控制等的应用,将企业资源、能源、大数据、精益化管理等相结合,从而构建数字化、信息化、自动化的砂石骨料企业管理体系。大量科技创新成果的应用为企业节能、降耗、减排、增效工作做出了有益的尝试:如穿孔设备油改电远程送风工艺、山坡露天开采竖井平硐开拓替代公路开拓运输、矿用重卡油改电、露天深孔台阶微差挤压爆破、砂石生产线短流程工艺革新等。

3.1砂石行业、企业向低碳发展方向转型升级

构建与面向未来的砂石行业和企业,其一:要依靠科技创新,突出矿业科技成果在砂石矿山和砂石行业的研究及应用落地,如5G技术、数字化、矿业无人化前沿成果等;其二:充分挖掘现有资源潜力,践行资源综合利用原则,最大限度挖掘资源价值;其三:深刻理解面向未来砂石矿山的发展方向,低碳绿色可持续、自动化、数字化和无人化。

3.2砂石矿山油改电实现穿孔工艺革新实例

河南某砂石企业年产400万吨石灰石砂石骨料,采用某品牌潜孔钻机 “油改电”远程送风湿法穿孔工艺,经过一年的实例分析,对比形成如下数据,如表1、表2所示。其中电耗所产生的二氧化碳以燃煤生产1度电至少要排放960克二氧化碳作为计算依据;柴油消耗所产生的二氧化碳以1吨柴油(按1190升换算)燃烧后所产生的二氧化碳排放3.115吨(2617.511g/升)作为计算依据。

表1 传统燃油钻机穿孔柴油消耗、米道及碳排放统计表

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表2 “油改电”远程送风湿法穿孔米道、碳排放统计表

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通过上述两表对比分析,采用“油改电”远程送风湿法穿孔工艺同使用传统能源相比,二氧化碳排放量降低89.07%;以年产规模按照500万吨砂石骨料矿山规模计算,仅穿孔一项可降低二氧化碳排放420.85吨/年。

3.3砂石矿山运输车辆油改电

砂石骨料矿山的工况各自不同,存在一定的特殊性。根据矿产资源的划定面积、落差、距离及道路坡比不同,采矿运矿的方式不同,大多采用矿山专用车辆运输,近年矿用车辆逐步由柴油车辆更换为纯电动专用矿卡,以某矿山柴油汽车运输同电动汽车运输碳排放指标如下表3所示:

表3 某矿山燃油矿车同电动矿车碳排放数据对比

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综上分析,柴油与电动两种不同的车型进行对比,年产规模按照500万吨规模,矿山矿石运距按照1.5km,车辆按照60吨级纯电动矿车同60吨级柴油矿山专用车辆对比,二氧化碳排放降低73.84%。以年产能500万吨砂石矿山为例,综合运距1.5km,采用电动汽车同传统柴油汽车相比,可降低碳排放量8455.76吨/年。

3.4胶带机势能发电技术的应用

以西安瑞德宝尔建材有限公司黄柏峪建筑砂石骨料矿山项目为例,应用下行胶带机四象限中压变频器势能回收发电技术达到了很好的效果。四象限中压变频器下行胶带机势能发电节能技术是利用皮带空载时,电机是耗电状态,消耗电能;带料运行时,物料重力势能的作用下,皮带及负载由于重力作用向下沿胶带机惯性运行,电机处于制动发电状态,电能通过四象限变频器回馈到矿山用电设备中,从而实现了下行重载胶带带发电功能。

该企业在胶带机下行的约2km隧洞内安装1930米下行胶带机,运送骨料产品,根据下行皮带特性,在胶带机上安装两台四象限中压变频器,可将制动势能回收利用,转换成电能回馈电网。该项目每小时下运骨料3000吨,可以发电1800千瓦时;每天最少工作20小时,每年工作300天,每年节约电费540万元。

经上述分析,单纯以势能发电技术来计算,年可发电1080万度,转换的电能直接可降低碳排放量10368吨。胶带机下行势能发电技术减少了矿区内车辆运行所带来的负面影响,在节能降耗和碳减排方面成效显著。

3.5 砂石生产线低碳运行

砂石生产线电耗成本在大多数企业的变动成本比重较大,影响电耗的客观因素主要有原矿属性不同,所选择的破碎工艺流程不同,厂址地形利用效率不同等因素导致生产电耗变化较大。砂石生产线常见的节能减排低碳运行模式可概括为:短流程、高效率、低电耗、低磨耗、高品质。

下面我们以两家砂石企业电单耗统计情况为例,进行分析:图1为河南某家年产400万吨的石灰石砂石矿2019、2020两年月度电单耗折线统计,平均电单耗为3.33度/吨。

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图1 某砂石矿山生产线工艺革新前后月度电单耗折线对比图

以陕西某年产800万吨的砂石企业为例,设计理念超前,设备工艺选择合理,生产管理效率高,高性价比磨耗件的应用,通过以上方案措施低电耗生产运行月度统计如下表所示。

表4 陕西某砂石企业低碳运行电耗统计表

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上述两企业产品相同,经对比分析,电单耗相差约1.24度/吨,后者相较于前者生产1吨产品降低能耗37.24%;以前者企业年产400万吨砂石产品计算,年可降低二氧化碳排放量4761.6吨。

综上所述及案例分析,在砂石矿山采选工艺一体化运营中,不断借鉴和吸收国内外先进矿山企业的科技成果,转换为企业自身的生产力,不断增强企业核心竞争力必将是未来砂石矿山企业发展的必由之路。

4.低碳砂石、低碳混凝土产业链一体化运营发展方向

由于行业的商业模式及上下游主体不同,低碳混凝土产业目前在产品应用方面成为制约产业低碳发展的瓶颈,随着国家和地方政府对砂石资源的整合开发,特别是大型国企、央企等进入砂石行业,低碳砂石、低碳混凝土产业链将逐步过渡到规模化、精益化、协同一体化运营发展的新阶段。

4.1构建建材产业园模式规范砂石及下游产业链是未来低碳混凝土产业链发展的方向

以年产500万吨砂石骨料矿山为例,在皮带廊的前端出口建设一座商砼、装配式建筑建材产业园,用集约化、现代化的低碳运营与传统运营方式相比,碳排放量对比如下表所示:

表5 传统工艺与低碳工艺运行碳排放量对比

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4.2构建砂石骨料产品低碳运输模式是打造低碳物流的关键

砂石骨料是世界上体量最大的矿产品,砂石骨料的物流交通运输已成为社会能耗重要组成部分。水路运输优势明显,运输体量大,运输半径大、成本低,污染小;在无法实现水路运输的地区,仍然以公路运输为主要物流方式。以常见矿山开采+生产加工+商砼建材产业一体化设计为例,设定矿山生产加工区距离产业园15km,采用胶带长廊和汽车运输对比二氧化碳的排放量如表6所示。

表6 胶带运输与公路运输能耗​对照表

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综上所述,以500万吨砂石骨料产业链为例,采用胶带长廊同汽车运输相比,可降低排放36.93%,减少二氧化碳排放量4215吨/年。

4.3低碳砂石与低碳混凝土的协同发展

众所周知,砂石质量在很大程度上影响混凝土质量。而所谓低碳发展模式的实质即是提升能源的高效利用,促进产品的低碳开发和维持全球的生态平衡,这也是高碳能时代向低碳能时代演进的一种经济发展模式。以C40混凝土为例,低碳和普通混凝土对比,节能效果为:一方混凝土节约水泥159kg,按照生产1吨水泥熟料要排放0.6吨二氧化碳计算,低碳混凝土和普通混凝土单方减少二氧化碳排放0.0954吨。砂石骨料是混凝土的主要组成材料,占到混凝土总体积的3/4以上,按照年产500万吨的精品砂石骨料应用在低碳混凝土中可降低水泥用量约40万吨,年可减少二氧化碳排放24万吨。

从砂石与混凝土产业链综合分析,通过产业链“政产学研用”的科技研发,构建并实现低碳砂石与低碳混凝土一体化协同发展,必将是未来砂石混凝土行业和企业碳减排工作的一项重要内容。

5.低碳砂石混凝土产业链发展的价值创造

低碳砂石与低碳混凝土协同发展已成为建材产业走向低碳产业生态的一个重要引擎和推手,从低碳砂石到低碳混凝土形成基建产业低碳生态圈,围绕“十四五”规划总目标——能耗降低13.5%,实现以能源消耗强度(“单位GDP能耗”)和能源消费总量(“能源消费上限”)为组合的能源“双控”目标,已成为“双碳”目标的关键动力,亦是实现碳达峰、碳中和,全面贯彻低碳新发展理念,推动行业企业高质量发展的重要组成部分。

在低碳砂石混凝土产业链发展中,我们需要更多运用价值管理理念,将矿山开采、生产线建设、物料、仓储、营销、运输、消费乃至到废弃物的处理及二次利用全生命周期的生产经营过程转变为参与者一系列的价值创造活动,从而不断提升产业的工艺水平和产品科技含量。

6.结束语

从低碳原材料到低碳砂石,从低碳水泥到低碳混凝土,从低碳施工到低碳建筑。站在价值创造和低碳经济的高度,践行低碳发展理念,依靠科技进步和行业企业管理上的创新,构建纵贯矿山、物流、土建全产业链发展的低碳运行解决方案,亦必将是砂石行业、企业不断提升核心竞争力,实现行业和企业健康和高质量发展的必由之路。

参考文献

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来源:中国砂石协会

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中国砂石协会

2022年06月15日



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