李嶺 劉池一

[摘 要] 目前在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中環(huán)境問(wèn)題已引起各方高度重視，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，我國(guó)碳排放量一直居高不下是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。在我國(guó)，水泥工業(yè)是碳排放量最大行業(yè)之一。本文根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝設(shè)定排放系數(shù)，設(shè)定不同情景對(duì)水泥工業(yè)碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，認(rèn)為通過(guò)綜合治理方法可以降低我國(guó)水泥工業(yè)碳排放量。

[關(guān)鍵詞] 工藝分析； 情景分析； 水泥； 碳排放量

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 050

[中圖分類號(hào)] F224.9； F201 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）05- 0088- 03

0 前 言

中國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，也是世界最大的溫室氣體排放國(guó)家之一，如何采取有效措施在保證工業(yè)生產(chǎn)滿足發(fā)展需要的同時(shí)減少CO2氣體的排放量，是我國(guó)目前關(guān)注的焦點(diǎn)。2009年，我國(guó)在聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上提出要大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，并且在當(dāng)年制訂了到2020年單位GDP的碳排放量比2005年下降40%-45%的計(jì)劃[1]。這個(gè)計(jì)劃深刻地影響著我國(guó)碳排放密集的工業(yè)部門，尤其影響著我國(guó)的水泥工業(yè)這個(gè)碳排放量巨大的工業(yè)的發(fā)展。我國(guó)是世界水泥生產(chǎn)大國(guó)，2010年我國(guó)水泥產(chǎn)量接近世界總產(chǎn)量的60%[2]。我國(guó)如果在水泥的生產(chǎn)中采取相應(yīng)的措施，在不影響水泥的產(chǎn)量的同時(shí)有效地降低CO2的排放，那么我國(guó)對(duì)世界CO2氣體的減排將起到了很大的推動(dòng)作用。

目前我國(guó)對(duì)于水泥工業(yè)減碳的研究相對(duì)比較單一，對(duì)水泥生產(chǎn)中排放的定量分析與比較還有進(jìn)一步研究的空間[3]。水泥生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)可以實(shí)施的減碳技術(shù)因?yàn)樵聿煌瑤?lái)的減碳效率也有所差別，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)水泥的產(chǎn)量也會(huì)帶來(lái)一定的影響?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)對(duì)于每種減碳技術(shù)的介紹大部分都停留在原理，并沒(méi)有對(duì)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行考慮，也沒(méi)有結(jié)合當(dāng)今我國(guó)為了順應(yīng)國(guó)際要求提出的定量降低單位水泥生產(chǎn)碳排放這個(gè)實(shí)際情況[4]。

1 水泥生產(chǎn)的碳排放的工藝分析

水泥的生產(chǎn)流程包括生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨，也就是常說(shuō)的“兩磨一燒”，在這些過(guò)程中會(huì)有大量CO2的排放。熟料的煅燒過(guò)程中水泥窯內(nèi)的生料受熱分解會(huì)排放出CO2氣體；煅燒需要消耗大量的燃料，燃料的燃燒也是CO2氣體排放的重要來(lái)源；生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨這些流程都需要電力的支持，我國(guó)的電力主要來(lái)源于燃料的燃燒通過(guò)熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)，所以電力消耗會(huì)間接產(chǎn)生CO2氣體，這些氣體的排放也需要被計(jì)入水泥生產(chǎn)的CO2排放中。為了準(zhǔn)確得到水泥生產(chǎn)中CO2氣體排放的具體值，需要針對(duì)每一個(gè)方面進(jìn)行具體的研究。

1.1 碳酸鹽分解的碳排放

生料中的碳酸鹽分解主要是CaCO3和MgCO3受熱導(dǎo)致碳酸根分解產(chǎn)生CO2。此外生料中的有機(jī)碳（0.5%）也會(huì)燃燒產(chǎn)生CO2氣體（12kg / t），所以為了計(jì)算碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2氣體總量，可以通過(guò)對(duì)表1中CaO和MgO的成分進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)生產(chǎn)的熟料總量為1 t，那么生料中碳酸鹽分解的CO2排放量 = 65.06% × ■ + 2.94% × ■ × 1 000 = 543.36 kg，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到煅燒過(guò)程中CO2排放總量E1 = 543.36 + 12 = 555.36 kg。

1.2 燃料燃燒的碳排放

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，每千克燃煤燃燒可以產(chǎn)生2.46 kg CO2，每燒成1 t熟料大約需要消耗0.15 t煤，故每噸熟料的生產(chǎn)燃料燃燒導(dǎo)致的氣體排放量：E2 = 2.46 × 0.15 × 1 000 = 369 kg。

1.3 電力消耗的間接碳排放

水泥生產(chǎn)中的電力消耗所間接排放的CO2可以通過(guò)單位水泥綜合電力消耗和排放因子（每千克標(biāo)準(zhǔn)煤排放CO2 2.46 kg）來(lái)計(jì)算。水泥生產(chǎn)在各階段消耗電量如表2所示，可以得到單位水泥綜合電力消耗為108 kW/h。每噸煤炭的發(fā)電量為2 460 kWh，所以單位水泥生產(chǎn)的電力消耗碳排放量為：E3 = ■ × 2.46 × 1 000 = 108 kg。

1.4 水泥生產(chǎn)排放CO2總量

根據(jù)已有資料顯示水泥熟料和水泥的換算比例系數(shù)為0.85。所以每噸水泥生產(chǎn)的碳排放量E = （E1 + E2） × 0.85 + E3 = 893.7 kg。若照預(yù)測(cè)出的水泥總需求450 475萬(wàn)噸計(jì)算，根據(jù)目前我國(guó)水泥生產(chǎn)的工藝和水平，2020年我國(guó)水泥生產(chǎn)將要排放的CO2總量將超過(guò)40億噸。這些CO2的排放對(duì)環(huán)境的破壞是巨大的，所以減碳的實(shí)施勢(shì)在必行，刻不容緩。

2 用情景分析法研究減碳技術(shù)的效率

情景分析法也成為前景描述法、情景描述法等。它是通過(guò)假設(shè)、預(yù)測(cè)、模擬等手段生成未來(lái)情景，并分析其對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生影響的方法。情景分析法與其他分析方法不同的地方在于它基于對(duì)未來(lái)的判斷來(lái)進(jìn)行分析，直接面向未來(lái)是情景分析法不同于其他方法的最有特色之處，同時(shí)也符合人類思考問(wèn)題的一般方式。因此本文在對(duì)需求趨勢(shì)預(yù)測(cè)時(shí)采用情景分析法，在本方法使用過(guò)程中，核心與難點(diǎn)在于基本情景的設(shè)定。

按照目前的水泥生產(chǎn)工藝，結(jié)合文獻(xiàn)中對(duì)我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資額與水泥需求的相關(guān)性的分析，我們可以預(yù)測(cè)出按照這樣的生產(chǎn)到2020年我國(guó)水泥工業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳排放量將達(dá)到42億噸，這些氣體一旦排放到環(huán)境中，將會(huì)嚴(yán)重加劇世界范圍內(nèi)的溫室效應(yīng)，會(huì)給全人類帶來(lái)負(fù)面的影響。所以我們國(guó)家早在2009年的聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上提出要大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，并且在當(dāng)年制定了到2020年是單位GDP的碳排放量比2005年下降40%～45%的計(jì)劃。水泥工業(yè)作為國(guó)家發(fā)展中的重要工業(yè)，也需要支持和積極響應(yīng)。當(dāng)然水泥的生產(chǎn)如果在使用了減碳技術(shù)的條件下能夠多大程度地降低碳排放并不能夠完全定量要求，所以使用情景學(xué)的方法結(jié)合國(guó)家對(duì)單位GDP的碳排放減少的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置稍低于、等同于和高于對(duì)單位GDP的碳減排標(biāo)準(zhǔn)的水泥生產(chǎn)的二氧化碳減排標(biāo)準(zhǔn)。

在考慮到水泥工業(yè)是一種較為單一的工業(yè)的情況下，設(shè)置了一個(gè)較單位GDP的碳減排稍低的標(biāo)準(zhǔn)約35%；較為符合單位GDP碳減排標(biāo)準(zhǔn)要求的減碳45%和高于單位GDP碳減排標(biāo)準(zhǔn)的情景我設(shè)置的是減碳50%，這3種情景的前提是滿足其他條件不受影響，例如國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)和固定資產(chǎn)投資額都保持原來(lái)的狀態(tài)不變。在這3種情景下分別研究水泥生產(chǎn)中3個(gè)排碳量較大的環(huán)節(jié)處各種減碳技術(shù)的實(shí)施后在滿足減碳要求的情境下允許生產(chǎn)的水泥總量能否達(dá)到水泥的需求，最終的結(jié)果將會(huì)通過(guò)表格呈現(xiàn)。

表中的數(shù)據(jù)是按照文獻(xiàn)中預(yù)測(cè)或計(jì)算的數(shù)據(jù)得到的。按照預(yù)測(cè)得到的2020年水泥生產(chǎn)總需求為42億噸與每噸水泥生產(chǎn)目前的排碳量為893.7 kg，可以得到2020年水泥生產(chǎn)照目前的工藝流程需要排放的二氧化碳量為40億噸。按照不同的減排情景可以得到在3種情景下到2020年允許排放的二氧化碳量分別為26億噸、22億噸和20億噸，再根據(jù)每種減碳方法可以減少的二氧化碳排放量分別計(jì)算出每種減碳方法的單獨(dú)實(shí)施的單位水泥生產(chǎn)碳排放。結(jié)合每種情景的總碳排放量就可以得到每種減碳方法單獨(dú)實(shí)施的情況下允許生產(chǎn)的水泥總量了。

按照對(duì)水泥需求的預(yù)測(cè)量為45億噸，根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可以看出在單獨(dú)實(shí)施減碳技術(shù)的情況下只有用電石渣代替生料這個(gè)方法可以在低情景下達(dá)到排碳量和需求量的共同要求，其他情景下和其他的減碳方法減碳的效率都比較低，無(wú)法達(dá)到要求。所以針對(duì)這樣的情況，我們需要將不同的減碳技術(shù)結(jié)合起來(lái)共同為水泥生產(chǎn)做貢獻(xiàn)。

主要參考文獻(xiàn)

[1] 劉長(zhǎng)發(fā). 對(duì)中國(guó)水泥需求走勢(shì)及水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的判斷[J]. 中國(guó)建材，2004（9）：38-40.

[2] 韓仲琦. 低碳經(jīng)濟(jì)與我國(guó)水泥工業(yè)[J]. 21世紀(jì)建筑材料，2010，2（3）：7-11.

[3] 龍葉先，高波. 中國(guó)水泥業(yè)需求走勢(shì)分析[J]. 中國(guó)建材科技，2008，17（4）：1-7.

[4] 雷前治. 中國(guó)水泥的生產(chǎn)、消費(fèi)及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)建材，2002（5）：15-17.