張喜榮，饒金濤，周子毓

(東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林 吉林 132012)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和保護(hù)地球環(huán)境的呼聲越來(lái)越高，我國(guó)水泥工業(yè)的節(jié)能環(huán)保和減排二氧化碳的任務(wù)日趨嚴(yán)峻，低碳經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排已成為我國(guó)水泥工業(yè)當(dāng)前的重要課題。低碳發(fā)展是水泥工業(yè)發(fā)展的必由之路。

1 我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

1.1 水泥工業(yè)低碳發(fā)展現(xiàn)狀

“十一五”期間，水泥工業(yè)持續(xù)發(fā)展，滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要?？梢愿爬橐韵氯c(diǎn):

(1)產(chǎn)量效益同步增長(zhǎng)。2010年全國(guó)水泥產(chǎn)量18.8億噸，是2005年的1.7倍，年均增長(zhǎng)11.9%。規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)完成銷(xiāo)售收入7100億元，利潤(rùn)總額650億元，年均分別增長(zhǎng)22%和58%[1]。

(2)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進(jìn)展。2010年新型干法水泥熟料產(chǎn)能為12.6億噸，是2005年的2.6倍。新型干法水泥熟料產(chǎn)能占總產(chǎn)能的81%，比2005年提高41%。五年淘汰落后產(chǎn)能3.4億噸。2010年新增新型干法水泥熟料產(chǎn)能中，中部地區(qū)占25%，西部地區(qū)占56%，中西部布局進(jìn)一步優(yōu)化。

(3)節(jié)能減排成效顯著。通過(guò)淘汰落后，推廣余熱發(fā)電、廢渣綜合利用等技術(shù)，2010年每噸新型干法水泥熟料綜合能耗降至115千克標(biāo)準(zhǔn)煤，比2005年下降12%[1，2]。

1.2 存在的問(wèn)題

雖然水泥工業(yè)成效顯著，但在低碳發(fā)展方面仍然存在如下問(wèn)題:第一，落后產(chǎn)能規(guī)模依然較大;第二，節(jié)能減排任務(wù)十分艱巨。

圖1 我國(guó)歷年水泥工業(yè)CO2排放統(tǒng)計(jì)

早在2007年我國(guó) CO2排放總量就為59.6億噸，超過(guò)美國(guó)的 58.2億噸，位居世界第一[3]。2010年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量超過(guò)32億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，連續(xù)五年居世界第一，同年我國(guó)CO2排放總量約70多億噸，其中水泥行業(yè)CO2排放量約10億噸，占全國(guó)排放量的15%[4]。圖1是我國(guó)歷年水泥工業(yè)CO2排放統(tǒng)計(jì)。

我國(guó)政府承諾到2020年單位GDP CO2排放相對(duì)2005年減少40%～45%。水泥工業(yè)的碳排放量占人類(lèi)活動(dòng)碳排放量的5% ～10%，在我國(guó)占到15%以上，水泥行業(yè)是溫室氣體排放的一個(gè)主要來(lái)源[5]。在生產(chǎn)和使用1噸水泥所產(chǎn)生的CO2中，因水泥原料排放的CO2約占50%，由燃料燃燒所排放的CO2約占30%。生產(chǎn)水泥時(shí)所產(chǎn)生的污染也同樣是驚人的，每生產(chǎn)1噸水泥會(huì)排放大量溫室氣體、有害氣體以及粉塵[6]，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 1t水泥產(chǎn)生的污染物

低碳經(jīng)濟(jì)是以低排放、低消耗、低污染為特征的發(fā)展模式。而水泥工業(yè)有著顯著的高排放、高能耗、資源依賴型的特性，在低碳經(jīng)濟(jì)的背景下發(fā)展水泥工業(yè)有著十分重要的意義。

1.3 發(fā)展前景

“十二五”期間，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變，預(yù)測(cè)水泥年均增長(zhǎng)3% ～4%，2015年國(guó)內(nèi)水泥需求量約22億～23億噸?！笆濉彼喈a(chǎn)量平均增長(zhǎng)速度為5%～6%，水泥市場(chǎng)容量預(yù)計(jì)達(dá)到24億噸左右[7]。表1列出了水泥工業(yè)十二五發(fā)展目標(biāo):

表1 水泥工業(yè)十二五主要發(fā)展目標(biāo)

再者，我國(guó)在節(jié)能減排工作成效方面還有著很大的上升空間，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在全社會(huì)廢棄物的利用等方面，依然有很多值得學(xué)習(xí)和借鑒的地方。表2是2010年我國(guó)和德日美水泥工業(yè)綜合利用消納社會(huì)廢棄物基本情況的比較，從表中可以看出，和德、日、美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)水泥工業(yè)的替代原料和替代燃料的用量相比較低。因此，有必要更進(jìn)一步提高水泥工業(yè)的利費(fèi)消納量，以達(dá)到水泥工業(yè)節(jié)能減排的目標(biāo)。

表2 2010年我國(guó)和德、日、美水泥工業(yè)綜合利用消納社會(huì)廢棄物基本情況

2 水泥企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中主要CO2排放源

水泥生產(chǎn)過(guò)程中CO2排放主要分為直接排放和間接排放兩方面，而直接排放主要包括以下兩方面:

2.1 碳酸鹽分解

一般石灰石在硅酸鹽水泥原料中的配比占80%～85%，所以生產(chǎn)水泥需要的石灰質(zhì)資源是很大的，石灰石質(zhì)原料分解會(huì)放出大量的CO2。

2.2 燃料燃燒排放CO2

熟料煅燒是水泥工業(yè)的核心工藝，由生料煅燒成熟料需要大量的熱量，熱量來(lái)源于燃料燃燒，我國(guó)水泥廠幾乎均采用煤炭為主要燃料，煤炭燃燒產(chǎn)生大量的CO2。直接CO2排放的構(gòu)成和參數(shù)見(jiàn)表3[8]。

水泥生產(chǎn)間接CO2排放有不同的來(lái)源，主要有以下兩個(gè)方面:(1)電力消耗折算的CO2排放，水泥廠所用的電力就能折算出因火力發(fā)電而排放的CO2;(2)從其他制造單位購(gòu)買(mǎi)的熟料的生產(chǎn)。

表3 直接CO2排放的構(gòu)成和參數(shù)表

3 構(gòu)建水泥產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展路徑

(1)徹底淘汰落后水泥產(chǎn)能

我國(guó)落后工藝水泥產(chǎn)量占總產(chǎn)量的30%以上，表現(xiàn)出整體能源效率低、能耗高、資源消耗大、CO2排放量大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。我國(guó)水泥單位產(chǎn)品平均綜合能耗目前比國(guó)際先進(jìn)水平高約40%，電耗比國(guó)外高10(kW·h)/t，一次能源的利用效率比國(guó)外先進(jìn)水平差近7%。因此，盡快徹底淘汰落后水泥產(chǎn)能是實(shí)現(xiàn)水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，也是水泥產(chǎn)業(yè)走低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路的必要。

(2)通過(guò)水泥工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新減少二氧化碳排放。首先，通過(guò)自主創(chuàng)新與國(guó)際合作相結(jié)合，研發(fā)新的窯爐煅燒和分解技術(shù)、新的破碎和粉磨技術(shù)，采用先進(jìn)適用技術(shù)，提高各工藝環(huán)節(jié)能效。其次，回收利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳。通過(guò)回收和利用獲得不同純度CO2氣體產(chǎn)品，再進(jìn)行各項(xiàng)工業(yè)應(yīng)用，包括化工合成、金屬冶煉等。再次，可以通過(guò)優(yōu)化控制參數(shù)，適當(dāng)降低水泥熟料飽和系數(shù)來(lái)調(diào)整水泥品種結(jié)構(gòu)。飽和系數(shù)降低，水泥熟料中CaO的含量就會(huì)降低，生產(chǎn)每噸水泥熟料產(chǎn)生的過(guò)程CO2排放也會(huì)減少。還可以在保證水泥性能的前提下減少水泥中熟料的含量，這就會(huì)顯著地減少CO2排放。最后，可以利用藻類(lèi)與水泥工業(yè)產(chǎn)生的煙道廢氣進(jìn)行光合作用，建立藻類(lèi)養(yǎng)殖生物反應(yīng)器，藻類(lèi)成熟后可成為生物燃料，從而控制了CO2的排放。另外，利用電石渣和窯尾廢氣合成輕質(zhì)碳酸鈣，也被認(rèn)為是一種低碳技術(shù)。

(3)建設(shè)余熱發(fā)電生產(chǎn)線。余熱發(fā)電可以回收廢氣余熱，發(fā)的電可以用于水泥的生產(chǎn)，這樣能夠降低間接CO2排放。在余熱利用方面，截止2010年底，全國(guó)上余熱電站的水泥生產(chǎn)線692條，總裝機(jī)容量4657 MW(三峽32臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)2240萬(wàn)千瓦)，涉及熟料產(chǎn)能85453萬(wàn)噸?；厩闆r如圖3(圖中產(chǎn)能、生產(chǎn)線及裝機(jī)容量的單位分別為:百萬(wàn)噸、條、百萬(wàn)千瓦)。

(4)提高替代原料、燃料比例，減少石灰石和燃料的消耗。首先，一些大宗工業(yè)廢棄物，包括電石渣、鋼渣、粉煤灰等，含有一定量的氧化鈣，作為替代原料，也可以獲得一定量CO2減排。其次，降低水泥熟料形成溫度、加速水泥熟料礦物形成可以減少燃煤用量及CO2排放量。助熔劑和礦化劑可以顯著改善水泥熟料的易燃性，實(shí)現(xiàn)水泥熟料的低溫煅燒。最后，調(diào)整水泥窯燒不同燃料的比例，從而達(dá)到減排的目的。表4列出了水泥窯燒不同燃料時(shí)的CO2排放量。

圖3 我國(guó)水泥工業(yè)近年余熱電站情況

表4 水泥窯燒不同燃料時(shí)的CO2排放量

4 結(jié) 論

(1)低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是提高能源利用效率和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題和保護(hù)地球美好的環(huán)境，必需加強(qiáng)科技創(chuàng)新。

(2)在水泥生產(chǎn)過(guò)程中CO2的主要排放源有:燃料的碳燃燒、CaCO3分解和電耗折算的CO2排放量，同時(shí)具有許多不確定因素，因此制定一部CO2排放量計(jì)算法很重要。

(3)我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展環(huán)保型低碳經(jīng)濟(jì)勢(shì)在必行，水泥工業(yè)正在努力實(shí)現(xiàn)與資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，即從不可持續(xù)發(fā)展的傳統(tǒng)工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工業(yè)過(guò)渡。

[1]工業(yè)和信息化部.水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[Z].2011:1－5.

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