我国火电煤灰渣及掺渣主体墙材产量调研分析

宋卫杰

(中国原子能科学研究院，北京，102413)

受资源条件的影响，我国形成了“以煤为主”的能源结构，电力的76%由煤炭产生，对煤炭资源的依赖程度非常高。2010年，我国煤炭产量和消费量分别达22.7亿t和22.1t标准煤［1］，火电占全国全口径发电设备总装机容量的73.43%。其中，6000千瓦及以上火电装机容量中，燃煤火电占94.3%［2］，全国每年有上亿吨的粉煤灰、煤渣等工业废料需要处置［3］。

在国家政策的引导下，煤灰渣的综合利用率不断提高，由1985年的21%上升到2012年的82%;其在主体墙材中的利用也逐年升高，由1980年的349万t上升到2012年的17480万t［4-9］。本文从煤灰渣主要来源调研分析，较全面系统的总结了近20年间煤灰渣的产量及综合利用数据。

1 1980～2012年我国燃煤火电灰渣产量

1.1 1980～2012年燃煤火电发电量

(1)调研数据

通过中国能源统计年鉴及国家统计局发布数据获得 1980 ～2012 年燃煤火电发电量见表 1［10，11］。

表1 1980～2012年燃煤火电发电量/108kWh

(2)缺失的年度燃煤火电发电量估算

通过大量文献调研，未得到1980-1988及1990年火电发电量，而火电发电量和装机容量存在如下关系:

通过调研获得了1980-1988及1990年份的火电装机容量，见表 2［12］。

表2 1980-1991年燃煤火电装机容量/MW

将1989和1991年火电发电量和火电装机容量代入式(1)，得出两年的年负荷效率为0.77和0.75。采取“相近取同”的原则，利用二者均值对1979～1988年和1990年火电发电量进行了粗略估算，结果见表3。

表3 1980～1988及1990燃煤火电发电总量 /108kWh

1.2 1980～2012年燃煤火电耗煤量

由中国能源统计年鉴得1980～2012期间部分年份燃煤火电供电标准煤耗(下文称标煤)见表4［10］。

表4 1980～2012年间部分年份火电厂发电标准煤耗 /g/kWh

根据表1、表3和表4数据估算历年火电发电耗煤量，其中没有发电标准煤耗的年份近似取前一年的对应值。整理得出历年火电耗煤量，见表5。

表5 1980-2012年燃煤火电发电煤耗总量 /104t

1.3 1980～2012年燃煤火电灰渣产量

(1)调研数据

通过国家电力部环保办、国电集团和中国环境公报等发布数据获得1980-2012年燃煤火电灰渣产量见表6。

表6 1980-2012燃煤火电灰渣产量 /104t

(2)缺失年度的火电灰渣产量估算

经大量调研，仍未获得1980-1984，2002-2004及2006等年火电灰渣产量的数据。根据表5和表6中已有数据作X-Y散点图，见图1。

图1 年耗煤量和年产灰渣量变化曲线

根据图1，可看出年产灰渣量和年煤耗量变化曲线一致，二者均随时间呈上升趋势，2005年后上升趋势明显。忽略其它影响因素，将煤耗量作为自变量，掺灰渣量作为因变量，并刨去较离散的2005年和2012年数据进一步做X-Y散点图2。

图2年煤灰渣产量随年耗煤量的变化曲线

为了定量分析灰渣产量和耗煤量之间的关系，进行了回归分析，经计算发现3次回归与实际值偏差较小，回归方程如下:

用回归方程式(2)计算1980-2012灰渣量和实际产量列入表7。

表7 1985-2012灰渣估算产量和实际产量 /104t

对回归模型进行t检验和F检验:

(1)t检验，选择95%的置信度，即α=0.05的显著性水平时，计算得 t=4.61。查表得 tα/2=1.68，即t＞tα/2，说明灰渣的实际产量与耗用煤量之间存在着非常显著的相关性。基于耗煤量，可用该模型估算灰渣产量。

(2)F检验，选择95%的置信度，即α=0.05的显著性水平时，计算得 F=5.11。因 Fα/2=1.90，则F＞Fα/2。再次说明灰渣的实际产量与耗用煤量之间相关关系非常显著，可用该模型估算灰渣产量。

综上分析获得1980-2012年间灰渣产量见表8。

表8 1980-2012年燃煤火电灰渣产量 /104t

2 掺煤灰渣主体墙材产量

灰渣是一种人工火山灰质材料，自身极少具有水硬胶凝性，但若以粉状和有水存在时，能与氢氧化钙或其它碱土金属氢氧化物在常温下，特别是水热处理(蒸汽)条件下发生化学反应，生成具有水硬胶凝性的化合物，是生产建筑材料的优质原料。

2.1 1980-2012年燃煤火电煤灰渣在主体墙材中的利用量

为鼓励煤灰渣综合利用，国家先后出台了一系列优惠政策，在政策的引导下，煤灰渣综合利用率不断提高，见图3;在主体墙材(下文统称墙材)中利用占总利用量的比例变化见图4。

图3 1985-2012年间火电厂灰渣利用率(横坐标为年份;纵坐标为煤灰渣综合利用率，/%)

图4 新型墙材利用灰渣量占总利用量的比例变化曲线(横坐标为年份;纵坐标为新型墙材利用灰渣量占总利用量的比例/%)

图3中，煤灰渣的利用率逐年增高。图4中，新型墙材利用灰渣量占总利用量的比例在1983-1985年出现上升趋势，1985-1995呈下降趋势，1995年后陡然上升。调研分析得出1980-2012年间煤灰渣在墙材上的利用量见表9。

表9 1980-2012年间灰渣在墙材中的利用量 /104t

2.2 1980-2012年间掺煤灰渣主体墙材产量

主体墙材是用来砌筑、拼装或用其它方法构成承重墙、非承重墙的材料。在能源缺乏的现状和环境保护政策下，我国新型墙材发展较快，利废率也逐年提高。自1984年生产各种灰渣开始，掺煤灰渣墙材在墙体中的比例也逐渐提高，品种也来越多，主要包括砖、块、板三大类，其中板材使用量现阶段还较少，主要广泛使用的砖和砌块类新型墙材。为了方便统计产量，下文中数据利用表10中表述的折算方法换算为标砖［14］。

表10 新型墙材折算标砖换算表

根据文献调研总结得出1980-2012年间新型墙材产量［15-25］，随年煤灰渣利用量变化趋势如图5。

图5 新型墙材产量随年利用灰渣量变化趋势(横坐标:年利用灰渣量，104t;纵坐标:年新型墙材产量，108块)

图5中，曲线1为墙材产量随灰渣利用量的变化趋势，线性相关度为0.83。对二者关系进行t检验和F检验，选择95%的置信度，得出t=2.63＞tα/2=1.68，F=9.44 ＞ Fα/2=1.80，表明煤灰渣产量及墙材利用量之间存在非常显著的相关性，可利用二者强相关性估算缺失年份的新型墙材产量。本着减小偏差原则，多次分析估算偏差，最后采取分段拟合，以使误差减小到20%以下。1980-1996年使用曲线2拟合关系式，1997-2012年使用曲线3拟合关系式，得出1980-2012年间新型墙材产量见表11。

表11 1980-2012年新型墙材产量 /108块

3 结论

基于对我国1980-2012年间燃煤火电发电及耗煤量的调研，分析得出了1980-2012年间的燃煤火电灰渣产量的统计数据;并结合我国煤灰渣综合利用及主体墙材特点的调研结果，得出了1980-2012年间掺煤灰渣主体墙材的大致产量。本研究所得数据可为我国能源政策制定以及煤的综合利用对环境的影响评价提供数据支持，具有重要实用意义。

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