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房晶瑞:水泥工业低碳发展是必由之路

来源:www.baidajob.com发布日期:2014-09-28
 低碳俨然已经成为水泥行业的一种“新时尚”,它旨在倡导一种低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,减少有害气体排放,发展绿色经济。水泥行业是能源、矿石资源耗大的资源密集型产业,同时又受到资源不足、环境污染的严重制约。而实施结构调整、完成产业升级,走新型工业化道路,实现水泥工业低碳发展将是水泥行业的必由之路!

  9月25日,在宁波举行的“2014第二届中国水泥发展论坛”上,中国建筑材料科学研究总院高级工程师房晶瑞就水泥工业低碳发展的问题进行了分析解读。

  众所周知,所谓“低碳”的核心的就是减少CO2的排放,发展绿色经济。除了煤电和钢铁行业之外,生产、使用过程中二氧化碳排放量最大的就属水泥行业。可以看到,水泥工业的低碳发展是当务之急!

  从1979年首届世界气候会议开始关注碳排放,到2009年哥本哈根联合国气候变化会议“低碳经济”一词被提上日程,“低碳”环保开始路人皆知。

  国内在国际背景之下也渐渐开始关注低碳经济,从1994年3月发布了《中国21世纪议程》——中国21世纪人口、环境与发展的白皮书以后,相继在2004年10月国家气候变化对策协调机构发布了《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》,公开了国家温室气体清单;2010年发布了《中国应对气候变化国家方案(2014-2020年)》——明确了到2010年中国应对气候变化的具体目标、基本原则、重点领域及其政策措施;相继我国控制温室气体排放行动目标确定——到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划;2012年更是公布《“十二五”控制温室气体排放工作方案》——到2015年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%,综合运用多种控制措施,如加快调整产业结构、推进节能降耗、发展低碳能源、增加碳汇等;加强温室气体排放核算工作。

  而到今年9月,国务院正式批复《关于国家应对气候变化规划(2014—2020年)》,通过《规划》实施,要求到2020年,实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%、非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右、森林面积和蓄积量分别比2005年增加4000万公顷和13亿立方米的目标,低碳试点示范取得显著进展,适应气候变化能力大幅提升,能力建设取得重要成果,国际交流合作广泛开展。

  煤炭是建材工业的主要能源品种,占建材工业能源消耗总量的80%,其次是电力,电力消耗占建材工业能源消耗总量的12%。水泥、平板玻璃、建筑陶瓷、卫生陶瓷是建材工业中的主要能耗产品,能源消耗占建材工业总能耗的70%以上,是推进建材工业节能的重要环节。

  可以看见,在这些背景之下,水泥工业也迎来了革命性改变。国务院发布了 《“十二五”节能减排综合性工作方案》,提出快水泥工业的科技进步,推动水泥工业绿色、低碳发展,促进水泥工业大幅度节能减排,是水泥工业发展面临的紧迫任务,也是实现经济社会发展和生态文明建设的主要内容。工信部发布《关于水泥工业节能减排的指导意见》,指出到“十二五”末,全国水泥生产平均可比熟料综合能耗小于114kg标准煤/t,水泥综合能耗小于93kg标准煤/t。水泥颗粒物排放在2009年基础上降低50%,氮氧化物在2009年基础上降低25%,二氧化碳排放强度进一步下降。

  一、水泥工业碳排放现状

  水泥工业是国民经济的支柱产业,是用量最大的基础建设材料,随着我国社会经济快速发展,基本建设投入不断加大,2013年水泥总产量达到24.18亿吨;产量连续29年世界第一;全国新型水泥干生产线更有1700多条,年均增长3%~4%。然而,在漂亮数据的背后我们不能忽略了水泥工业也是高能耗高排放行业,它的CO2排放量占全国总量的9~10%;能源消耗总量约为1.9亿吨标准煤,占全国能源消耗总量的5.8%左右;更是产生了NOx、粉尘、SO2等污染物。

  2012年全国水泥熟料生产线1000t/d以下规模的有41条;1000~2000t/d规模的有309条;2000~4000t/d规模的有681条;4000t/d以上规模的有606条,全国总计水泥熟料1637条。在2013年,新增熟料生产线72条,4000t/d以上规模的49条,2000~4000t/d规模的23条,新增熟料产能9430万吨。设计熟料产能达到17亿吨。


  世界水泥产量图1

  世界水泥产量图2

  从水泥产量来看,2001年欧盟的水泥产量近2.2亿吨,而由于金融危机的影响,其在2011年降到约2.0亿吨,人均水泥消费量约400kg。

  欧盟作为世界水泥行业技术最为先进的地区之一,它拥有世界六强水泥企业中的五强(2005年),分别为法国Lafarge集团、瑞士Holcim公司、德国Heidelberg集团、意大利Italcementi公司和BuzziUnicim公司。欧盟拥有先进的技术工艺、完整的装置设备、充足的资金等优势,再辅以它严格标准,使得欧盟各国的水泥技术均处于先进水平,如部分欧洲国家水泥行业平均替代燃料率可达50%,甚至部分水泥企业全年替代燃料率达80%;世界上先进的技术一般都来源于欧洲。

  美国水泥行业技术水平较其经济和科技水平较为落后,但其采取积极措施来降低水泥行业CO2排放量。从2010年开始美国环保署强制水泥厂将其排放状况及时报告给美国政府,其CO2减排目标是降低吨水泥的CO2排放量,包括使用能源效率更高的工艺技术、非碳酸盐原料部分替代原料中的氧化钙、使用火山灰等部分替代波特兰水泥、开发可以替代水泥的新品种等。

  印度是仅次于中国的第二大水泥制造国,2009年印度水泥产能2.1亿吨(中国21亿吨),企业513家(中国5103家),新型干法占97%(中国70%)。关于能耗水平,印度水泥工业在企业、设备供应商、咨询部门等的共同努力下,达到了世界先进水平。2005年,印度吨水泥(OPC)综合电耗达到了82kWh/t,熟料烧成热耗3022kJ/kg。印度工业联合会已将印度水泥发展定位在了世界级水准,并制定了力争电耗降至56~62kWh/t,熟料热耗2717kJ/kg的未来发展目标。

  俄罗斯的水泥行业却处于全球相对最差的水平:俄罗斯1990年有234条湿法生产线、29条干法生产线;1998年有191条湿法生产线、25条干法生产线;2007年有190条湿法生产线、25条干法生产线;2010年俄罗斯水泥生产能力为7600万吨,其中工艺湿法窑占83%,产能利用率仅为66%。而俄罗斯的水泥产量早在1990年时,就达到9000万吨,但是历经1990年的政治风波后,俄罗斯水泥工业年产量仅2600万吨左右,大量的水泥厂倒闭,而且其企业存在着生产效率偏低、规模偏小、能耗偏高的特点,已远远落后于世界发达国家的水泥行业。

  二、CO2排放量计算

  水泥生产中,CO2的排放有直接排放和间接排放两种。直接排放主要是指碳酸盐的分解(CaCO3→ CaO + CO2)和燃料的燃烧的方式;间接排放则是指电力消耗。

  通过每生产1吨水泥熟料产生的会产生的CO2排放我们可以知道水泥生产中CO2的排放的主次地位。每生产1吨水泥熟料直接CO2排放0.853吨,其中0.320吨是由于燃料燃烧产生的, 0.533吨是由于原料中的碳酸盐分解产生的;由于电力消耗,每生产1吨水泥熟料还会产生间接CO2排放约0.06吨。水泥熟料生产各工艺过程CO2排放量所占比例见下图。

  中国能源消耗量是28亿吨的标准煤,而中国水泥工业消耗量是1.9亿吨的标准煤(见下图)。我们可以知道每吨水泥熟料生产平均热耗为0.12吨标准煤,平均电耗为120kW·h;产生的CO2排放约为600千克。而水泥行业CO2排放占全社会总排放18%左右(见下图),在全国工业行业废气排放总量中,位于火力发电业和冶金工业之后列第三位。窑炉烟气大部分从窑尾烟囱排出,CO2浓度约达30%,少量从窑头烟囱排出,CO2浓度低于1%,5000t/d生产线烟气量系数为3964 m3/t-熟料(2007全国污染源普查)。每年可产生CO2约185万吨。毫无疑问,水泥工业的CO2减排对我国节能减排有举足轻重的作用,也是中国应对气候变化的重要措施和水泥工业可持续发展的重要保证。

 中国水泥工业消耗量占全国能源消耗比例

  水泥行业碳排放占全社会碳排放比例

  我国2000年-2011年CO2排放量情况

  三、中国环境标志产品认证

  环境标志产品是对产品生命周期全过程的环境行为进行控制。由国家指定的机构依据环境标志产品标准(也称技术要求)及有关规定,对产品的环境性能及生产过程进行确认,并以标志图形的形式告知消费者哪些产品符合环境保护要求,对生态环境更为有利。

  自2006年起,环境标志产品认证结果被财政部政府采购中心所采信,为中国政府实施绿色采购制度提供支持,目前财政部与环境保护部(是经国家环境保护部授权、经国家认证认可监督管理委员会认可的,代表国家对绿色产品进行权威认证并授予产品环境标志的机构)已经共同发布了十三期环境标志产品政府清单。环保部每月都会发布通过中国环境标志认证的企业名单。中国环境标志产品认证获得了政府的认可、是绿色市场的通行证、还是打开国际市场的利器。中国环境标志分别与日本,韩国,澳大利亚,新西兰,香港、德国、北欧和泰国环境标志机构签署了互认合作协议,为中日、中韩、中澳、中新、中港、中德、中北欧和中泰间建立绿色通道奠定了基础。

  同时中国建筑材料科学研究总院编写了《水泥生产企业二氧化碳排放量计算方法》,对水泥生产企业CO2排放量计算的基准、范围、换算、报告进行了规范,为水泥工业提供了计算二氧化碳排放量的统一方法。为环境标志产品认证提供技术支持和技术服务。截止到2014年6月,基于《水泥生产企业二氧化碳排放计算方法》、《环境标准产品技术要求水泥 预拌混凝土》,已为国内大型水泥集团的30余家企业进行了中国环境标志低碳产品认证(见下图),同时还将将继续推广低碳水泥和预拌混凝土认证。其中《环境标志产品技术要求 水泥》规定了水泥环境标志产品的术语和定义、基本要求、技术内容及其检验方法。该标准适用于新型干法水泥生产工艺生产的通用硅酸盐水泥。而《环境标志产品技术要求 预拌混凝土》则规定了预拌混凝土环境标志产品的术语和定义、基本要求、技术内容和检验方法。该标准适用于集中搅拌站生产的预拌混凝土。

  四、水泥行业碳减排技术

  1 、 通过减少原料分解产生的CO2

  我国以燃煤为主要燃料,以废弃物作为替代燃料或更换CO2排放密度低的燃料是通常采用的方法。

  2 降低热耗

  水泥熟料热耗是燃烧排放的直接影响因素,采用先进工艺,合理利用余热,降低水泥熟料热耗,是降低水泥生产燃烧排放CO2的直接途径。

 3 降低电耗

  通常依靠余热发电可以有效减少外部电能消耗,还要注意提高电的利用效率,单纯依靠降低电能消耗减少CO2排放潜力不大。

 4 其他

  CCUS:CO2捕集、转化利用、水泥窑能源管控系统

  水泥行业要认识到水泥工业低碳发展已经是大势所趋,应当要抓住这个契机加强转型升级,实现水泥工业绿色发展。

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