張喜榮，饒金濤，周子毓

(東北電力大學經濟管理學院，吉林 吉林 132012)

隨著經濟的發(fā)展和保護地球環(huán)境的呼聲越來越高，我國水泥工業(yè)的節(jié)能環(huán)保和減排二氧化碳的任務日趨嚴峻，低碳經濟與節(jié)能減排已成為我國水泥工業(yè)當前的重要課題。低碳發(fā)展是水泥工業(yè)發(fā)展的必由之路。

1 我國水泥工業(yè)發(fā)展現狀及前景

1.1 水泥工業(yè)低碳發(fā)展現狀

“十一五”期間，水泥工業(yè)持續(xù)發(fā)展，滿足了國民經濟和社會發(fā)展需要。可以概括為以下三點:

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

(2)結構調整取得重大進展。2010年新型干法水泥熟料產能為12.6億噸，是2005年的2.6倍。新型干法水泥熟料產能占總產能的81%，比2005年提高41%。五年淘汰落后產能3.4億噸。2010年新增新型干法水泥熟料產能中，中部地區(qū)占25%，西部地區(qū)占56%，中西部布局進一步優(yōu)化。

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

1.2 存在的問題

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題:第一，落后產能規(guī)模依然較大;第二，節(jié)能減排任務十分艱巨。

圖1 我國歷年水泥工業(yè)CO2排放統計

早在2007年我國 CO2排放總量就為59.6億噸，超過美國的 58.2億噸，位居世界第一[3]。2010年我國一次能源消費總量超過32億噸標準煤，連續(xù)五年居世界第一，同年我國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，占全國排放量的15%[4]。圖1是我國歷年水泥工業(yè)CO2排放統計。

我國政府承諾到2020年單位GDP CO2排放相對2005年減少40%～45%。水泥工業(yè)的碳排放量占人類活動碳排放量的5% ～10%，在我國占到15%以上，水泥行業(yè)是溫室氣體排放的一個主要來源[5]。在生產和使用1噸水泥所產生的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%。生產水泥時所產生的污染也同樣是驚人的，每生產1噸水泥會排放大量溫室氣體、有害氣體以及粉塵[6]，具體數據如圖2所示。

圖2 1t水泥產生的污染物

低碳經濟是以低排放、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，在低碳經濟的背景下發(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，隨著經濟發(fā)展方式加快轉變，預測水泥年均增長3% ～4%，2015年國內水泥需求量約22億～23億噸?！笆濉彼喈a量平均增長速度為5%～6%，水泥市場容量預計達到24億噸左右[7]。表1列出了水泥工業(yè)十二五發(fā)展目標:

表1 水泥工業(yè)十二五主要發(fā)展目標

再者，我國在節(jié)能減排工作成效方面還有著很大的上升空間，和發(fā)達國家相比，在全社會廢棄物的利用等方面，依然有很多值得學習和借鑒的地方。表2是2010年我國和德日美水泥工業(yè)綜合利用消納社會廢棄物基本情況的比較，從表中可以看出，和德、日、美等發(fā)達國家相比，我國水泥工業(yè)的替代原料和替代燃料的用量相比較低。因此，有必要更進一步提高水泥工業(yè)的利費消納量，以達到水泥工業(yè)節(jié)能減排的目標。

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

2 水泥企業(yè)生產過程中主要CO2排放源

水泥生產過程中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%，所以生產水泥需要的石灰質資源是很大的，石灰石質原料分解會放出大量的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，熱量來源于燃料燃燒，我國水泥廠幾乎均采用煤炭為主要燃料，煤炭燃燒產生大量的CO2。直接CO2排放的構成和參數見表3[8]。

水泥生產間接CO2排放有不同的來源，主要有以下兩個方面:(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)從其他制造單位購買的熟料的生產。

表3 直接CO2排放的構成和參數表

3 構建水泥產業(yè)低碳發(fā)展路徑

(1)徹底淘汰落后水泥產能

我國落后工藝水泥產量占總產量的30%以上，表現出整體能源效率低、能耗高、資源消耗大、CO2排放量大、對環(huán)境污染嚴重等問題。我國水泥單位產品平均綜合能耗目前比國際先進水平高約40%，電耗比國外高10(kW·h)/t，一次能源的利用效率比國外先進水平差近7%。因此，盡快徹底淘汰落后水泥產能是實現水泥產業(yè)結構調整的需要，也是水泥產業(yè)走低碳經濟發(fā)展道路的必要。

(2)通過水泥工業(yè)技術創(chuàng)新減少二氧化碳排放。首先，通過自主創(chuàng)新與國際合作相結合，研發(fā)新的窯爐煅燒和分解技術、新的破碎和粉磨技術，采用先進適用技術，提高各工藝環(huán)節(jié)能效。其次，回收利用水泥生產過程中產生的二氧化碳。通過回收和利用獲得不同純度CO2氣體產品，再進行各項工業(yè)應用，包括化工合成、金屬冶煉等。再次，可以通過優(yōu)化控制參數，適當降低水泥熟料飽和系數來調整水泥品種結構。飽和系數降低，水泥熟料中CaO的含量就會降低，生產每噸水泥熟料產生的過程CO2排放也會減少。還可以在保證水泥性能的前提下減少水泥中熟料的含量，這就會顯著地減少CO2排放。最后，可以利用藻類與水泥工業(yè)產生的煙道廢氣進行光合作用，建立藻類養(yǎng)殖生物反應器，藻類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碳酸鈣，也被認為是一種低碳技術。

(3)建設余熱發(fā)電生產線。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，這樣能夠降低間接CO2排放。在余熱利用方面，截止2010年底，全國上余熱電站的水泥生產線692條，總裝機容量4657 MW(三峽32臺機組，裝機2240萬千瓦)，涉及熟料產能85453萬噸?；厩闆r如圖3(圖中產能、生產線及裝機容量的單位分別為:百萬噸、條、百萬千瓦)。

(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，實現水泥熟料的低溫煅燒。最后，調整水泥窯燒不同燃料的比例，從而達到減排的目的。表4列出了水泥窯燒不同燃料時的CO2排放量。

圖3 我國水泥工業(yè)近年余熱電站情況

表4 水泥窯燒不同燃料時的CO2排放量

4 結 論

(1)低碳經濟的實質是提高能源利用效率和發(fā)展循環(huán)經濟。為了解決這個問題和保護地球美好的環(huán)境，必需加強科技創(chuàng)新。

(2)在水泥生產過程中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，同時具有許多不確定因素，因此制定一部CO2排放量計算法很重要。

(3)我國水泥工業(yè)發(fā)展環(huán)保型低碳經濟勢在必行，水泥工業(yè)正在努力實現與資源、環(huán)境、經濟和社會的全面協調發(fā)展，即從不可持續(xù)發(fā)展的傳統工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工業(yè)過渡。

[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.

[2]毛玉如，方夢祥，馬國維.水泥工業(yè)的廢棄物利用與CO2排放控制探討[J].再生資源研究，2004(4):34－35.

[3]王義恒.低碳排放抗裂型堿激發(fā)水泥研究[D].武漢:武漢理工大學:2010:1－2.

[4]高長明.試論我國水泥工業(yè)的利廢發(fā)展方向[J].新世紀水泥導報，2011(3):3－4.

[5]韓仲琦.低碳經濟與我國水泥工業(yè)[J].建材發(fā)展導向，2010(3):1－2.

[6]毛玉如，方夢祥，馬國維.水泥工業(yè)的廢棄物利用與CO2排放控制探討[J].再生資源研究，2004，26(4):30－35.

[7]何宏濤.水泥生產二氧化碳排放分析和定量化探討[C].中國硅酸鹽學會環(huán)境保護分會學術年會論文集，2009:315－318.

[8]John Gale，Paul Freund.Greachouse Gas Abatement in Energy Intensive Indwstries.IEA Greenhouse Gas R ＆ D Programme.