宋衛(wèi)杰

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京，102413)

受資源條件的影響，我國(guó)形成了“以煤為主”的能源結(jié)構(gòu)，電力的76%由煤炭產(chǎn)生，對(duì)煤炭資源的依賴(lài)程度非常高。2010年，我國(guó)煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量分別達(dá)22.7億t和22.1t標(biāo)準(zhǔn)煤［1］，火電占全國(guó)全口徑發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量的73.43%。其中，6000千瓦及以上火電裝機(jī)容量中，燃煤火電占94.3%［2］，全國(guó)每年有上億噸的粉煤灰、煤渣等工業(yè)廢料需要處置［3］。

在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，煤灰渣的綜合利用率不斷提高，由1985年的21%上升到2012年的82%;其在主體墻材中的利用也逐年升高，由1980年的349萬(wàn)t上升到2012年的17480萬(wàn)t［4-9］。本文從煤灰渣主要來(lái)源調(diào)研分析，較全面系統(tǒng)的總結(jié)了近20年間煤灰渣的產(chǎn)量及綜合利用數(shù)據(jù)。

1 1980～2012年我國(guó)燃煤火電灰渣產(chǎn)量

1.1 1980～2012年燃煤火電發(fā)電量

(1)調(diào)研數(shù)據(jù)

通過(guò)中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒及國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)獲得 1980 ～2012 年燃煤火電發(fā)電量見(jiàn)表 1［10，11］。

表1 1980～2012年燃煤火電發(fā)電量/108kWh

(2)缺失的年度燃煤火電發(fā)電量估算

通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，未得到1980-1988及1990年火電發(fā)電量，而火電發(fā)電量和裝機(jī)容量存在如下關(guān)系:

通過(guò)調(diào)研獲得了1980-1988及1990年份的火電裝機(jī)容量，見(jiàn)表 2［12］。

表2 1980-1991年燃煤火電裝機(jī)容量/MW

將1989和1991年火電發(fā)電量和火電裝機(jī)容量代入式(1)，得出兩年的年負(fù)荷效率為0.77和0.75。采取“相近取同”的原則，利用二者均值對(duì)1979～1988年和1990年火電發(fā)電量進(jìn)行了粗略估算，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 1980～1988及1990燃煤火電發(fā)電總量 /108kWh

1.2 1980～2012年燃煤火電耗煤量

由中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒得1980～2012期間部分年份燃煤火電供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗(下文稱(chēng)標(biāo)煤)見(jiàn)表4［10］。

表4 1980～2012年間部分年份火電廠(chǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗 /g/kWh

根據(jù)表1、表3和表4數(shù)據(jù)估算歷年火電發(fā)電耗煤量，其中沒(méi)有發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的年份近似取前一年的對(duì)應(yīng)值。整理得出歷年火電耗煤量，見(jiàn)表5。

表5 1980-2012年燃煤火電發(fā)電煤耗總量 /104t

1.3 1980～2012年燃煤火電灰渣產(chǎn)量

(1)調(diào)研數(shù)據(jù)

通過(guò)國(guó)家電力部環(huán)保辦、國(guó)電集團(tuán)和中國(guó)環(huán)境公報(bào)等發(fā)布數(shù)據(jù)獲得1980-2012年燃煤火電灰渣產(chǎn)量見(jiàn)表6。

表6 1980-2012燃煤火電灰渣產(chǎn)量 /104t

(2)缺失年度的火電灰渣產(chǎn)量估算

經(jīng)大量調(diào)研，仍未獲得1980-1984，2002-2004及2006等年火電灰渣產(chǎn)量的數(shù)據(jù)。根據(jù)表5和表6中已有數(shù)據(jù)作X-Y散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 年耗煤量和年產(chǎn)灰渣量變化曲線(xiàn)

根據(jù)圖1，可看出年產(chǎn)灰渣量和年煤耗量變化曲線(xiàn)一致，二者均隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)，2005年后上升趨勢(shì)明顯。忽略其它影響因素，將煤耗量作為自變量，摻灰渣量作為因變量，并刨去較離散的2005年和2012年數(shù)據(jù)進(jìn)一步做X-Y散點(diǎn)圖2。

圖2年煤灰渣產(chǎn)量隨年耗煤量的變化曲線(xiàn)

為了定量分析灰渣產(chǎn)量和耗煤量之間的關(guān)系，進(jìn)行了回歸分析，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)3次回歸與實(shí)際值偏差較小，回歸方程如下:

用回歸方程式(2)計(jì)算1980-2012灰渣量和實(shí)際產(chǎn)量列入表7。

表7 1985-2012灰渣估算產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量 /104t

對(duì)回歸模型進(jìn)行t檢驗(yàn)和F檢驗(yàn):

(1)t檢驗(yàn)，選擇95%的置信度，即α=0.05的顯著性水平時(shí)，計(jì)算得 t=4.61。查表得 tα/2=1.68，即t＞tα/2，說(shuō)明灰渣的實(shí)際產(chǎn)量與耗用煤量之間存在著非常顯著的相關(guān)性。基于耗煤量，可用該模型估算灰渣產(chǎn)量。

(2)F檢驗(yàn)，選擇95%的置信度，即α=0.05的顯著性水平時(shí)，計(jì)算得 F=5.11。因 Fα/2=1.90，則F＞Fα/2。再次說(shuō)明灰渣的實(shí)際產(chǎn)量與耗用煤量之間相關(guān)關(guān)系非常顯著，可用該模型估算灰渣產(chǎn)量。

綜上分析獲得1980-2012年間灰渣產(chǎn)量見(jiàn)表8。

表8 1980-2012年燃煤火電灰渣產(chǎn)量 /104t

2 摻煤灰渣主體墻材產(chǎn)量

灰渣是一種人工火山灰質(zhì)材料，自身極少具有水硬膠凝性，但若以粉狀和有水存在時(shí)，能與氫氧化鈣或其它堿土金屬氫氧化物在常溫下，特別是水熱處理(蒸汽)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性的化合物，是生產(chǎn)建筑材料的優(yōu)質(zhì)原料。

2.1 1980-2012年燃煤火電煤灰渣在主體墻材中的利用量

為鼓勵(lì)煤灰渣綜合利用，國(guó)家先后出臺(tái)了一系列優(yōu)惠政策，在政策的引導(dǎo)下，煤灰渣綜合利用率不斷提高，見(jiàn)圖3;在主體墻材(下文統(tǒng)稱(chēng)墻材)中利用占總利用量的比例變化見(jiàn)圖4。

圖3 1985-2012年間火電廠(chǎng)灰渣利用率(橫坐標(biāo)為年份;縱坐標(biāo)為煤灰渣綜合利用率，/%)

圖4 新型墻材利用灰渣量占總利用量的比例變化曲線(xiàn)(橫坐標(biāo)為年份;縱坐標(biāo)為新型墻材利用灰渣量占總利用量的比例/%)

圖3中，煤灰渣的利用率逐年增高。圖4中，新型墻材利用灰渣量占總利用量的比例在1983-1985年出現(xiàn)上升趨勢(shì)，1985-1995呈下降趨勢(shì)，1995年后陡然上升。調(diào)研分析得出1980-2012年間煤灰渣在墻材上的利用量見(jiàn)表9。

表9 1980-2012年間灰渣在墻材中的利用量 /104t

2.2 1980-2012年間摻煤灰渣主體墻材產(chǎn)量

主體墻材是用來(lái)砌筑、拼裝或用其它方法構(gòu)成承重墻、非承重墻的材料。在能源缺乏的現(xiàn)狀和環(huán)境保護(hù)政策下，我國(guó)新型墻材發(fā)展較快，利廢率也逐年提高。自1984年生產(chǎn)各種灰渣開(kāi)始，摻煤灰渣墻材在墻體中的比例也逐漸提高，品種也來(lái)越多，主要包括磚、塊、板三大類(lèi)，其中板材使用量現(xiàn)階段還較少，主要廣泛使用的磚和砌塊類(lèi)新型墻材。為了方便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，下文中數(shù)據(jù)利用表10中表述的折算方法換算為標(biāo)磚［14］。

表10 新型墻材折算標(biāo)磚換算表

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研總結(jié)得出1980-2012年間新型墻材產(chǎn)量［15-25］，隨年煤灰渣利用量變化趨勢(shì)如圖5。

圖5 新型墻材產(chǎn)量隨年利用灰渣量變化趨勢(shì)(橫坐標(biāo):年利用灰渣量，104t;縱坐標(biāo):年新型墻材產(chǎn)量，108塊)

圖5中，曲線(xiàn)1為墻材產(chǎn)量隨灰渣利用量的變化趨勢(shì)，線(xiàn)性相關(guān)度為0.83。對(duì)二者關(guān)系進(jìn)行t檢驗(yàn)和F檢驗(yàn)，選擇95%的置信度，得出t=2.63＞tα/2=1.68，F(xiàn)=9.44 ＞ Fα/2=1.80，表明煤灰渣產(chǎn)量及墻材利用量之間存在非常顯著的相關(guān)性，可利用二者強(qiáng)相關(guān)性估算缺失年份的新型墻材產(chǎn)量。本著減小偏差原則，多次分析估算偏差，最后采取分段擬合，以使誤差減小到20%以下。1980-1996年使用曲線(xiàn)2擬合關(guān)系式，1997-2012年使用曲線(xiàn)3擬合關(guān)系式，得出1980-2012年間新型墻材產(chǎn)量見(jiàn)表11。

表11 1980-2012年新型墻材產(chǎn)量 /108塊

3 結(jié)論

基于對(duì)我國(guó)1980-2012年間燃煤火電發(fā)電及耗煤量的調(diào)研，分析得出了1980-2012年間的燃煤火電灰渣產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);并結(jié)合我國(guó)煤灰渣綜合利用及主體墻材特點(diǎn)的調(diào)研結(jié)果，得出了1980-2012年間摻煤灰渣主體墻材的大致產(chǎn)量。本研究所得數(shù)據(jù)可為我國(guó)能源政策制定以及煤的綜合利用對(duì)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持，具有重要實(shí)用意義。

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