房晶瑞：水泥工業(yè)低碳發(fā)展是必由之路

  低碳儼然已經(jīng)成為水泥行業(yè)的一種“新時尚”，它旨在倡導一種低能耗、低污染、低排放為基礎的經(jīng)濟模式，減少有害氣體排放，發(fā)展綠色經(jīng)濟。水泥行業(yè)是能源、礦石資源耗大的資源密集型產(chǎn)業(yè)，同時又受到資源不足、環(huán)境污染的嚴重制約。而實施結(jié)構調(diào)整、完成產(chǎn)業(yè)升級，走新型工業(yè)化道路，實現(xiàn)水泥工業(yè)低碳發(fā)展將是水泥行業(yè)的必由之路！

  9月25日，在寧波舉行的“2014第二屆中國水泥發(fā)展論壇”上，中國建筑材料科學研究總院高級工程師房晶瑞就水泥工業(yè)低碳發(fā)展的問題進行了分析解讀。

  眾所周知，所謂“低碳”的核心的就是減少CO₂的排放，發(fā)展綠色經(jīng)濟。除了煤電和鋼鐵行業(yè)之外，生產(chǎn)、使用過程中二氧化碳排放量最大的就屬水泥行業(yè)?？梢钥吹剑喙I(yè)的低碳發(fā)展是當務之急！

  從1979年首屆世界氣候會議開始關注碳排放，到2009年哥本哈根聯(lián)合國氣候變化會議“低碳經(jīng)濟”一詞被提上日程，“低碳”環(huán)保開始路人皆知。

  國內(nèi)在國際背景之下也漸漸開始關注低碳經(jīng)濟，從1994年3月發(fā)布了《中國21世紀議程》——中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展的白皮書以后，相繼在2004年10月國家氣候變化對策協(xié)調(diào)機構發(fā)布了《中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報》，公開了國家溫室氣體清單；2010年發(fā)布了《中國應對氣候變化國家方案（2014-2020年）》——明確了到2010年中國應對氣候變化的具體目標、基本原則、重點領域及其政策措施；相繼我國控制溫室氣體排放行動目標確定——到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃；2012年更是公布《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》——到2015年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降17%，綜合運用多種控制措施，如加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構、推進節(jié)能降耗、發(fā)展低碳能源、增加碳匯等；加強溫室氣體排放核算工作。

  而到今年9月，國務院正式批復《關于國家應對氣候變化規(guī)劃（2014—2020年）》，通過《規(guī)劃》實施，要求到2020年，實現(xiàn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%、非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右、森林面積和蓄積量分別比2005年增加4000萬公頃和13億立方米的目標，低碳試點示范取得顯著進展，適應氣候變化能力大幅提升，能力建設取得重要成果，國際交流合作廣泛開展。

  煤炭是建材工業(yè)的主要能源品種，占建材工業(yè)能源消耗總量的80%，其次是電力，電力消耗占建材工業(yè)能源消耗總量的12%。水泥、平板玻璃、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷是建材工業(yè)中的主要能耗產(chǎn)品，能源消耗占建材工業(yè)總能耗的70%以上，是推進建材工業(yè)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。

  可以看見，在這些背景之下，水泥工業(yè)也迎來了革命性改變。國務院發(fā)布了 《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》，提出快水泥工業(yè)的科技進步，推動水泥工業(yè)綠色、低碳發(fā)展，促進水泥工業(yè)大幅度節(jié)能減排，是水泥工業(yè)發(fā)展面臨的緊迫任務，也是實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設的主要內(nèi)容。工信部發(fā)布《關于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導意見》，指出到“十二五”末，全國水泥生產(chǎn)平均可比熟料綜合能耗小于114kg標準煤/t，水泥綜合能耗小于93kg標準煤/t。水泥顆粒物排放在2009年基礎上降低50%，氮氧化物在2009年基礎上降低25%，二氧化碳排放強度進一步下降。

  一、水泥工業(yè)碳排放現(xiàn)狀

  水泥工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是用量最大的基礎建設材料，隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，基本建設投入不斷加大，2013年水泥總產(chǎn)量達到24.18億噸；產(chǎn)量連續(xù)29年世界第一；全國新型水泥干生產(chǎn)線更有1700多條，年均增長3%~4%。然而，在漂亮數(shù)據(jù)的背后我們不能忽略了水泥工業(yè)也是高能耗高排放行業(yè)，它的CO₂排放量占全國總量的9~10%；能源消耗總量約為1.9億噸標準煤，占全國能源消耗總量的5.8%左右；更是產(chǎn)生了NO_x、粉塵、SO₂等污染物。

  2012年全國水泥熟料生產(chǎn)線1000t/d以下規(guī)模的有41條；1000~2000t/d規(guī)模的有309條；2000~4000t/d規(guī)模的有681條；4000t/d以上規(guī)模的有606條，全國總計水泥熟料1637條。在2013年，新增熟料生產(chǎn)線72條，4000t/d以上規(guī)模的49條，2000~4000t/d規(guī)模的23條，新增熟料產(chǎn)能9430萬噸。設計熟料產(chǎn)能達到17億噸。

  世界水泥產(chǎn)量圖1

  世界水泥產(chǎn)量圖2

  從水泥產(chǎn)量來看，2001年歐盟的水泥產(chǎn)量近2.2億噸，而由于金融危機的影響，其在2011年降到約2.0億噸，人均水泥消費量約400kg。

  歐盟作為世界水泥行業(yè)技術最為先進的地區(qū)之一，它擁有世界六強水泥企業(yè)中的五強（2005年），分別為法國Lafarge集團、瑞士Holcim公司、德國Heidelberg集團、意大利Italcementi公司和BuzziUnicim公司。歐盟擁有先進的技術工藝、完整的裝置設備、充足的資金等優(yōu)勢，再輔以它嚴格標準，使得歐盟各國的水泥技術均處于先進水平，如部分歐洲國家水泥行業(yè)平均替代燃料率可達50%，甚至部分水泥企業(yè)全年替代燃料率達80%；世界上先進的技術一般都來源于歐洲。

  美國水泥行業(yè)技術水平較其經(jīng)濟和科技水平較為落后，但其采取積極措施來降低水泥行業(yè)CO₂排放量。從2010年開始美國環(huán)保署強制水泥廠將其排放狀況及時報告給美國政府，其CO₂減排目標是降低噸水泥的CO₂排放量，包括使用能源效率更高的工藝技術、非碳酸鹽原料部分替代原料中的氧化鈣、使用火山灰等部分替代波特蘭水泥、開發(fā)可以替代水泥的新品種等。

  印度是僅次于中國的第二大水泥制造國，2009年印度水泥產(chǎn)能2.1億噸（中國21億噸），企業(yè)513家（中國5103家），新型干法占97%（中國70%）。關于能耗水平，印度水泥工業(yè)在企業(yè)、設備供應商、咨詢部門等的共同努力下，達到了世界先進水平。2005年，印度噸水泥（OPC）綜合電耗達到了82kWh/t，熟料燒成熱耗3022kJ/kg。印度工業(yè)聯(lián)合會已將印度水泥發(fā)展定位在了世界級水準，并制定了力爭電耗降至56~62kWh/t，熟料熱耗2717kJ/kg的未來發(fā)展目標。

  俄羅斯的水泥行業(yè)卻處于全球相對最差的水平：俄羅斯1990年有234條濕法生產(chǎn)線、29條干法生產(chǎn)線；1998年有191條濕法生產(chǎn)線、25條干法生產(chǎn)線；2007年有190條濕法生產(chǎn)線、25條干法生產(chǎn)線；2010年俄羅斯水泥生產(chǎn)能力為7600萬噸，其中工藝濕法窯占83%，產(chǎn)能利用率僅為66%。而俄羅斯的水泥產(chǎn)量早在1990年時，就達到9000萬噸，但是歷經(jīng)1990年的政治風波后，俄羅斯水泥工業(yè)年產(chǎn)量僅2600萬噸左右，大量的水泥廠倒閉，而且其企業(yè)存在著生產(chǎn)效率偏低、規(guī)模偏小、能耗偏高的特點，已遠遠落后于世界發(fā)達國家的水泥行業(yè)。[Page]

  二、CO_²排放量計算

  水泥生產(chǎn)中，CO₂的排放有直接排放和間接排放兩種。直接排放主要是指碳酸鹽的分解（CaCO₃→ CaO + CO₂）和燃料的燃燒的方式；間接排放則是指電力消耗。

  通過每生產(chǎn)1噸水泥熟料產(chǎn)生的會產(chǎn)生的CO₂排放我們可以知道水泥生產(chǎn)中CO₂的排放的主次地位。每生產(chǎn)1噸水泥熟料直接CO₂排放0.853噸，其中0.320噸是由于燃料燃燒產(chǎn)生的， 0.533噸是由于原料中的碳酸鹽分解產(chǎn)生的；由于電力消耗，每生產(chǎn)1噸水泥熟料還會產(chǎn)生間接CO₂排放約0.06噸。水泥熟料生產(chǎn)各工藝過程CO₂排放量所占比例見下圖。

  中國能源消耗量是28億噸的標準煤，而中國水泥工業(yè)消耗量是1.9億噸的標準煤（見下圖）。我們可以知道每噸水泥熟料生產(chǎn)平均熱耗為0.12噸標準煤，平均電耗為120kW·h；產(chǎn)生的CO₂排放約為600千克。而水泥行業(yè)CO₂排放占全社會總排放18%左右（見下圖），在全國工業(yè)行業(yè)廢氣排放總量中，位于火力發(fā)電業(yè)和冶金工業(yè)之后列第三位。窯爐煙氣大部分從窯尾煙囪排出，CO₂濃度約達30%，少量從窯頭煙囪排出，CO₂濃度低于1%，5000t/d生產(chǎn)線煙氣量系數(shù)為3964 m3/t-熟料（2007全國污染源普查）。每年可產(chǎn)生CO₂約185萬噸。毫無疑問，水泥工業(yè)的CO₂減排對我國節(jié)能減排有舉足輕重的作用，也是中國應對氣候變化的重要措施和水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

  中國水泥工業(yè)消耗量占全國能源消耗比例

  水泥行業(yè)碳排放占全社會碳排放比例

  我國2000年-2011年CO₂排放量情況

  三、中國環(huán)境標志產(chǎn)品認證

  環(huán)境標志產(chǎn)品是對產(chǎn)品生命周期全過程的環(huán)境行為進行控制。由國家指定的機構依據(jù)環(huán)境標志產(chǎn)品標準（也稱技術要求）及有關規(guī)定，對產(chǎn)品的環(huán)境性能及生產(chǎn)過程進行確認，并以標志圖形的形式告知消費者哪些產(chǎn)品符合環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境更為有利。

  自2006年起，環(huán)境標志產(chǎn)品認證結(jié)果被財政部政府采購中心所采信，為中國政府實施綠色采購制度提供支持，目前財政部與環(huán)境保護部（是經(jīng)國家環(huán)境保護部授權、經(jīng)國家認證認可監(jiān)督管理委員會認可的，代表國家對綠色產(chǎn)品進行權威認證并授予產(chǎn)品環(huán)境標志的機構）已經(jīng)共同發(fā)布了十三期環(huán)境標志產(chǎn)品政府清單。環(huán)保部每月都會發(fā)布通過中國環(huán)境標志認證的企業(yè)名單。中國環(huán)境標志產(chǎn)品認證獲得了政府的認可、是綠色市場的通行證、還是打開國際市場的利器。中國環(huán)境標志分別與日本，韓國，澳大利亞，新西蘭，香港、德國、北歐和泰國環(huán)境標志機構簽署了互認合作協(xié)議，為中日、中韓、中澳、中新、中港、中德、中北歐和中泰間建立綠色通道奠定了基礎。

  同時中國建筑材料科學研究總院編寫了《水泥生產(chǎn)企業(yè)二氧化碳排放量計算方法》，對水泥生產(chǎn)企業(yè)CO₂排放量計算的基準、范圍、換算、報告進行了規(guī)范，為水泥工業(yè)提供了計算二氧化碳排放量的統(tǒng)一方法。為環(huán)境標志產(chǎn)品認證提供技術支持和技術服務。截止到2014年6月，基于《水泥生產(chǎn)企業(yè)二氧化碳排放計算方法》、《環(huán)境標準產(chǎn)品技術要求水泥 預拌混凝土》，已為國內(nèi)大型水泥集團的30余家企業(yè)進行了中國環(huán)境標志低碳產(chǎn)品認證（見下圖），同時還將將繼續(xù)推廣低碳水泥和預拌混凝土認證。其中《環(huán)境標志產(chǎn)品技術要求  水泥》規(guī)定了水泥環(huán)境標志產(chǎn)品的術語和定義、基本要求、技術內(nèi)容及其檢驗方法。該標準適用于新型干法水泥生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的通用硅酸鹽水泥。而《環(huán)境標志產(chǎn)品技術要求  預拌混凝土》則規(guī)定了預拌混凝土環(huán)境標志產(chǎn)品的術語和定義、基本要求、技術內(nèi)容和檢驗方法。該標準適用于集中攪拌站生產(chǎn)的預拌混凝土。

  四、水泥行業(yè)碳減排技術

  1 、 通過減少原料分解產(chǎn)生的CO₂

  我國以燃煤為主要燃料，以廢棄物作為替代燃料或更換CO₂排放密度低的燃料是通常采用的方法。

  2  降低熱耗

  水泥熟料熱耗是燃燒排放的直接影響因素，采用先進工藝，合理利用余熱，降低水泥熟料熱耗，是降低水泥生產(chǎn)燃燒排放CO₂的直接途徑。

  3  降低電耗

  通常依靠余熱發(fā)電可以有效減少外部電能消耗，還要注意提高電的利用效率，單純依靠降低電能消耗減少CO₂排放潛力不大。

  4  其他

  CCUS：CO₂捕集、轉(zhuǎn)化利用、水泥窯能源管控系統(tǒng)

  水泥行業(yè)要認識到水泥工業(yè)低碳發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨，應當要抓住這個契機加強轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)水泥工業(yè)綠色發(fā)展。