循环流化床燃烧技术是不同于煤粉炉的新兴发电技术，因循环流化床锅炉具有清洁高效的运行特点，所以受到世界各国越来越多的关注。随着循环流化床发电技术的快速发展，我国循环流化床粉煤灰的排放量逐年增加，年均排放量超过1.15亿吨，但其综合利用率不高于30%。循环流化床粉煤灰大量堆存不仅占用土地资源，而且存在污染空气和地下水的隐患，所以循环流化床粉煤灰的资源化利用问题亟待解决。根据国家统计局和建材行业数据，我国2021全年水泥产量是23.63亿吨，排放二氧化碳约13.60亿吨，约占全国二氧化碳总排放量的12%。2021年11月工信部颁布了《“十四五”工业绿色发展规划》，明确指出“引导使用新型低碳水泥替代传统水泥，开展水泥生产原料替代，利用循环流化床粉煤灰等工业固废制备水泥，可减少水泥生产过程中二氧化碳的排放”。2022年10月党的二十大报告提出，要加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业。

山西省是循环流化床粉煤灰的排放大省，其年排放量已超过0.4亿吨，约占全国总排放量的35%，所以推进循环流化床粉煤灰规模化利用制备水泥是促进山西省低碳建材发展的重要途径之一。这种方式不仅有利于实现循环流化床粉煤灰资源化高效利用，还能大幅度降低水泥的用量，助力国家“双碳”目标的达成。然而，此种技术在应用过程中一般以煤矸石、中煤、煤泥等低热值煤为燃料，在循环流化床锅炉燃烧时需喷入过量固硫剂（一般是石灰石），致使排出的循环流化床粉煤灰会含有一定量的f-CaO和SO3，最终导致制备的水泥硬化体体积稳定性较差，严重制约了此种技术在水泥中的规模化利用。基于此，本文结合自身专业和应用经验，就山西的循环流化床粉煤灰规模化利用制备低碳水泥，提出以下几方面建议：

一、循环流化床粉煤灰中SO3的利用

循环流化床粉煤灰中的硬石膏CaSO4（SO3的载体矿物）与水泥中铝酸三钙反应生成钙矾石会提升水泥早期强度，但是过量的SO3会生成过量的钙矾石，造成水泥硬化体体积膨胀。因此，在保障水泥硬化体体积稳定性的前提下，利用循环流化床粉煤灰中SO3代替水泥中的石膏，可实现循环流化床粉煤灰在水泥中的有效掺加。

二、循环流化床粉煤灰中f-CaO的利用

循环流化床粉煤灰的不安定组分f-CaO直接水化膨胀易造成水泥硬化体胀裂，从而限制了循环流化床粉煤灰在水泥中高掺量使用。基于水泥硬化体在水化后期具有体积收缩开裂的问题，可以利用f-CaO的膨胀特点来补偿水泥的体积收缩，但针对低碳水泥的收缩补偿程度需要多组分协同控制和加强定量分析。

三、经济环境效益

循环流化床粉煤灰制备水泥，通过减少水泥熟料用量，可降低循环流化床粉煤灰基低碳水泥的原材料成本，还能从源头减少水泥生产过程二氧化碳的排放。以生产100吨循环流化床粉煤灰基低碳水泥为例，可节约水泥熟料20~30吨，节省成本1.0~1.5万元；相关学者对循环流化床粉煤灰制备低碳水泥的力学性能、膨胀性和流变特性的研究较多，但缺乏系统的环境安全性评估。循环流化床粉煤灰每替代1吨水泥熟料可减少约0.85吨CO2的排放，同时降低堆存循环流化床粉煤灰对环境的污染。因此，循环流化床粉煤灰制备低碳水泥具有重要的经济环境效益。

四、循环流化床粉煤灰基水泥的耐久性

水泥是一种需要长期服役的建筑材料，设计寿命一般不低于50年，其体积稳定性、抗冻性、抗渗性等应符合相关国家标准。为了应对循环流化床粉煤灰的成分波动，循环流化床粉煤灰基低碳水泥性能应具有充分的富余系数，从而保障其长期稳定服役。

综上所述，利用循环流化床粉煤灰制备绿色、低成本和高耐久水泥，不仅能够促进山西省循环流化床粉煤灰的资源化高效利用，还能从源头降低水泥生产二氧化碳的排放，具有重要的经济环境效益，应用前景广阔。

供稿人：刘晓明 北京科技大学冶金与生态工程学院  教授 

张增起 北京科技大学冶金与生态工程学院 副教授

张  未 北京科技大学冶金与生态工程学院 博士生