建筑材料作为建设领域的上游行业，其碳排放情况将直接影响下游领域的碳中和进程。水泥作为现代最常见的一种建筑材料，其产量长年来居高不下，行业整体碳排放也在逐年上升。2019年，水泥行业碳排放约占全国总量的13%，是仅次于电力、钢铁行业的二氧化碳“排气筒”，2020年更是达到历史最高值13.84亿吨，成为了建材行业中碳排放量最大的子行业，因此控制水泥行业的碳排放成为了我国实现“双碳”目标的重点工作。在此背景下，2021年10月24日，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，明确指出鼓励建材企业使用粉煤灰、工业废渣、尾矿渣等作为原料或水泥混合材。2022年2月11日，为进一步推动各有关方面科学做好重点领域节能降碳改造升级，国家发展和改革委员会发布了《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，针对水泥行业提出要合理降低单位水泥熟料用量，提高水泥粉磨过程中固废资源替代熟料比重，降低水泥产品中熟料系数，减少水泥熟料消耗量，提升固废利用水平。

一、CFB灰渣制备生态水泥技术

循环流化床（Circulating Fluidized Bed，缩写CFB）燃烧技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染燃烧技术，由于其高效的固硫效率已成为当今燃煤锅炉的主流。然而，CFB燃烧技术为了减少大气污染排放，锅炉内会加入大量的脱硫剂（一般是石灰石），从而形成脱硫灰渣（也称固硫灰渣），其中从烟道收集得到的是脱硫灰，从炉底排出的是脱硫渣。据相关数据统计，全国循环流化床锅炉发电厂每年排出CFB飞灰、炉渣（以下简称CFB灰渣）约1.2亿吨，山西省每年排放CFB灰渣约3000万吨。当前，CFB灰渣主要采用填埋、堆存等方式处置，CFB灰渣大量堆存，不仅占用大量土地，而且会对环境造成污染，导致生态破坏、影响人体健康。相关研究表明脱硫灰渣化学成分中含有大量的硅铝氧化物、游离氧化钙和三氧化硫，具有良好的火山灰活性、一定的自硬性和膨胀性，具备作为水泥混合材料或混凝土掺合料使用的物质基础。如果能利用CFB灰渣制备生态水泥用于公路工程建设中，不仅能解决CFB灰渣不易处置的难题，而且符合国家推广新型胶凝材料、低碳混凝土等低碳建材产品的发展理念。基于此，本文围绕CFB灰渣制备生态水泥技术，就其制备流程、优点以及经济、社会和生态环保效益阐述如下。

图1 CFB灰渣制备生态水泥流程图

CFB灰渣生态水泥与常规水泥相比，制备过程中使用了大量不易使用的CFB灰渣工业固废，可达到水泥企业实现降低单位水泥熟料用量，提高水泥粉磨过程中固废资源替代熟料比重，降低水泥产品中熟料系数，减少水泥熟料消耗量，提升固废利用水平的目的，是工程建设行业实现国家“双碳”战略目标和节约土地资源的有效途径。而且CFB灰渣生态水泥具备微膨胀性和可碾压性等优点，既提高了路面基层的抗裂性且凝结时间，也满足路面基层施工要求，被广泛作为公路路面水泥稳定材料应用于路面基层（底基层）、采空区注浆及路基改良土等领域（如图2所示）。

(1)用于高速公路路面基层                (2) 用于国道路面底基层

(3)用于国道采空区注浆                  (4)用于高速公路改良土

图2 生态水泥的应用

二、利用CFB灰渣制备生态水泥的效益

2018年3月，山西路桥集团将CFB灰渣作为公路路面基层、底基层的结合料，成功应用于在建公路工程项目。2020年4月，以CFB灰渣（以煤矸石燃料为例）作为水泥混合材，利用如图1所示的流程，通过采用“CFB飞灰、炉底渣+水泥熟料+其它混合材+脱硫石膏+适量助磨剂”的方法，将CFB灰渣制备成了生态水泥，所得产品性能指标满足《道路基层用缓凝硅酸盐水泥》（GB/T 35162-2017）、《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）等标准要求。

利用CFB灰渣制备生态水泥具有重要的经济效益、社会效益和生态环保效益。具体价值有：

（一）经济效益：

与同类产品相比，CFB灰渣水泥充分发挥了CFB灰渣的技术特性，具有一定的技术优势；与普通水泥稳定碎石路面基层相比，采用CFB灰渣水泥稳定碎石铺筑路面基层，在满足强度要求的同时，能够充分发挥CFB灰渣凝结硬化较慢的特性，更有利于基层摊铺、碾压，保证施工质量；能够充分发挥CFB灰渣的膨胀性，避免开裂。

CFB灰渣水泥生产成本低，且性能好，可以产生良好的经济效益。以生产100万吨CFB灰渣水泥产品计，可消耗脱硫灰渣约30万吨、脱硫石膏约5万吨，为固废排放企业节约环保税约900万元；可节约水泥熟料约30万吨，节约成本约1.2亿元。

（二）社会效益

目前我国固废利用率普遍不高，特别是CFB灰渣的利用率很低，不足10%。若将CFB灰渣大量堆存不及时处理，则会对大气环境、地表水、地下水等产生污染，影响人体健康，而将其制备成生态水泥则可拓展脱硫灰渣等工业固废资源化、规模化的利用途径，有效促进固废资源化利用、提高利用率。

（三）生态环保效益（减碳效应）

根据相关资料，水泥熟料中CaO含量的波动范围为62%-67%，取CaO含量为64%计算可得，生产1吨水泥熟料需要1.14吨CaCO3，同时释放0.5吨CO2。每吨水泥熟料生产总能耗按108公斤标煤计算，每吨标煤燃烧按排放2620公斤CO2计算，则生产1吨水泥熟料所燃烧的标煤排放的CO2量为0.28吨。因此，每生产1吨水泥熟料，排放CO2约0.78吨。按照水泥熟料80%比例掺配，生产1吨水泥排放CO2约0.624吨。以用煤矸石作为燃料为例，1吨煤矸石经循环流化床锅炉燃烧后产生约0.5吨CFB灰渣，用CFB灰渣作为水泥混合材，按照50%代替水泥熟料，生产1吨水泥排放CO2约0.234吨。用CFB灰渣作为水泥混合材制备1吨水泥，可减少0.39吨CO2排放。以路面基层施工中每年使用生态水泥100万吨计算，可利用约200万吨煤矸石，减少约40万吨CO2排放，节约耕地约5万平方米。如果在全国推广，可减少约上千万吨CO2排放量，节约上千亩土地。

供稿人：李冬生  山西路桥再生资源开发有限公司 正高级工程师/副总经理