浅析水泥工业的低碳之路

关键词：水泥，工业，低碳

一、 低碳经济与节能减排

水泥行业是能源、矿石资源消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。我国吨水泥综合能耗离世界水平还有很大差距。开展资源综合利用、构建绿色生态企业、发展低碳经济，将进一步促进水泥企业结构调整和技术升级。事实上，发展低碳经济不仅是迫于能源压力的具有全局性的战略选择，也是水泥行业实施结构调整、完成产业升级的契机，谁抢得了这一先机，谁就走在了前面。走新型工业化道路，发展低碳经济，这将是水泥行业的必由之路。同时，低碳经济是推动水泥工业低碳生产技术研发和应用，促进水泥工业大幅度节能减排，实现水泥工业先进、绿色制造。这是水泥工业发展面临的紧迫任务。

当前，解决“低碳水泥”产业的发展问题，根本仍在于抑制产能过剩和重复建设，加快技术进步和淘汰落后产能，推动节能减排和发展循环经济，鼓励更多优秀、技术先进的企业加入“低碳水泥”的发展体系中来。

二、 影响CO2排放的因素

水泥生产中，CO2的排放以工艺排放为主，燃烧排放次之，电力消耗的排放比较小。影响水泥工业CO2排放的主要因素如下。

1.原料材料：工艺排放主要是碳酸盐的分解，采用碳酸含量低的钙质原料可大大降低工艺过程中CO2的排放。例如，采用电石渣等原料替代石灰石。燃料燃烧产生CO2，与燃料的品种有关。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.品种：对于通用硅酸盐水泥而言，不同品种的水泥，其原料和混合材掺加量不同，CO2的排放也不同。通用硅酸盐水泥中的矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥，添加了具有潜在水硬活性的胶凝材料，减少了熟料的比例，因而有效地降低了水泥的CO2排放。低能耗、低排放的新品种水泥中，如硫铝酸盐水泥、高贝利特水泥熟料，由于熟料矿物组成的低碳化设计和主导矿物形成温度低，从而降低了工艺过程CO2的排放。

3.水泥熟料热耗：水泥熟料热耗是燃烧排放的直接影响因素，而采用的工艺和技术水平以及管理水平，又都影响水泥窑的熟料热耗。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。

4.电能消耗：通常依靠余热发电可以有效减少外部电能消耗，单纯依靠降低电能消耗减少CO2排放潜力不大。

水泥产业低碳经济作为一种新的经济发展形态，其本质就是可持续发展。其主要原料石灰石是不可再生的，煤、电消耗也不是可以无限制的增长。要在资源和环境允许的前提下，把水泥工业建设成资源节约型环境友好型产业，促进水泥产业低碳经济发展。

三、水泥工业发展的低碳之路

1.做好彻底淘汰落后水泥工作新型干法水泥生产技术的发展，大量节约了资源、能源，减少了CO2排放量；采用高效除尘技术、烟气脱硫技术及遮幕技术等，基本解决了粉尘、SO2和NOX排放及噪声污染问题。利用低品位原燃料及工业废弃物，减轻了社会环境负荷，推动了水泥工业的可持续发展。按照国发[2009]38号文件要求，各地必须尽快制定三年内彻底淘汰落后产能时间表。落后产能除生产特种水泥200台中空窑，根据需要可以暂时保留，但也要采用新工艺、新技术进行改造，其它落后产能必须在三年之内彻底淘汰。尽量彻底淘汰落后水泥产能是实现水泥产业结构调整的需要，也是水泥工业走低碳之路的前提条件。

2.做好节能升级工作（1）发展循环经济。利用水泥窑协同处置工业废弃物、有毒有害废弃物、城市污泥、生活垃圾等，以实现水泥产业绿色发展。全国有660座城市，若在每一城市周边选择一家新型干法水泥企业，利用现有水泥生产线协同处置工业废弃物、生活垃圾、污泥、有毒有害废弃物，则每套装置需投资1~1.5亿元。（2）建设余热发电生产线。截止到2009年，已经配套建成余热发电生产线近500条，到2020年，还有1 000条新型干法水泥生产线需要配套建余热发电装置，每套余热发电装置需投资6 000万元。（3）对电机、磨机及收尘系统进行节能改造。采用变频电机对现有大功率电机进行改造，需要投资约150亿元左右。采用节能粉磨技术，对年产60万吨以上规模粉磨系统进行改造，需要投资约800亿元。采用节能环保的开凿设备改进矿山开采，需要投资50亿元。按新的排放标准，对收尘系统进行达标改造，需投资200亿元。以上节能减排方面的投资估算需要2 800亿元左右。看来水泥低碳经济有很大的发展空间。

3.通过技术创新减少碳排放水泥工业发展低碳经济，首先要明确技术路线，规范好节能减排目标和标准。然后对每项技术的投资、减排空间进行逐一分析，要以节能增效为原则，谋求高效率与可持续发展。（1）通过自主创新，研发新的窑炉煅烧和分解技术、新的破碎和粉磨技术，采用先进适用技术，提高各工艺环节能效。（2）通过回收水泥生产过程中产生的CO2，使其生产其它化学品的原料，减少CO2排放。（3）通过调整水泥品种结构，减少熟料生产过程产生的CO2排放。（4）提高替代原料、燃料比例，减少石灰石和化石燃料的消耗。

4.延长产业链提高水泥附加值通过上下的延伸，延长产业链，使水泥企业由销售水泥向销售商品混凝土转变，一吨水泥可以生产3立方米商品混凝土，一吨水泥和一立方米商品混凝土价格差不多，产业链延伸可使吨水泥产生三倍附加值，同时水泥工业单位GDP CO2排放指标也会降低。

四、水泥工业减缓碳排放的技术途径

1.提高水泥生产的能效其中，熟料制备技术包括：提高生料易烧性，如加入矿化剂等；预分解技术替代长窑生产；提高能效的技术包括：预热器改造，如低至降旋风筒；高效熟料冷却技术；预热回收技术；增加预热器级数；富氧燃烧技术；生产自动化控制系统；提高窑产量；燃烧器改造，如单通道改为多通道；流化床水泥窑系统；节能粉磨系统技术包括：带立磨和辊压机水泥粉磨系统；高效选粉机；球磨机运行参数优化；原料组分分别粉磨；先进粉磨技术；降低电耗的变频驱动技术等。

2.替代原料和燃料的利用主要采用低化石燃料替代传统燃料，用非碳酸盐钙质原料替代石灰石，如利用粉煤灰、煤矸石、赤泥、电石渣、各种尾矿渣等替代部分石灰石原料，以及利用经过适当处理的工业废渣替代水泥熟料，减少水泥生产中的熟料用量，从而减少CO2的直接排放；利用废轮胎、废油、废塑料等可燃废弃物作替代燃料，这方面我国与发达国家差距大，有很大发展潜力。根据欧共体的统计，在其成员国中，利用二次燃料替代天然燃料用于水泥生产的平均替代率为12%，其中荷兰最高达72%，其它如瑞士、比利时、奥地利、法国等国的替代率为27%~31%，这类废弃物包括废轮胎、废塑料、废有机溶液、废油以及其它工业可燃废料等。

3.调整材料组成技术这些水泥包括高贝利特水泥、硫铝酸盐水泥、地聚水泥、MgO水泥等。如传统水泥熟料以C3S为主要矿物组成，含量至少占60%，对应57.8%CaCO3。贝利特水泥（以C2S为主），可以减少约16%的CO2，但由于C2S活性低，导致水泥凝结时间长，强度发展慢，难以在现代混凝土工程中使用。硫铝酸盐水泥含有75%硫铝酸钙（CSA），相比传统熟料排放53%的CO2，它仅排放CO2 22%，作为“低能耗水泥”，已用于预制混凝土、自应力混凝土等，但由于硫铝酸盐水泥的主要原料是铝矾土而限制了其发展。在传统熟料的矿物组成中，引入少量CSA调整其它矿物组成，可以降低10%的CO2，同时可以复合大量混合材料。

4.废气的高效分离、捕获及转化主要是研发和应用NOX、粉尘和SO2以及CO2高效分离、捕获及转化技术。目前，国内外CO2的分离捕获技术种类繁多，包括吸收法、吸附法、低温蒸馏法和膜分离法等。而通过催化转化将CO2转化为高附加值的化工产品，无疑将是最具市场潜力、应用前景看好的一个途径。此外，国内外研究人员正在研发一些未来具有减排潜力的技术，例如，碳捕获与碳储存（CCS）技术；气化合成气提取氢气为水泥窑燃料（适合CO2捕集结合）；用于捕集CO2的后燃烧技术；利用水泥窑余热废气生产生物能源如制藻技术等等。

五、几点建议

1.节能减排需再努力“攻坚”早在2007年，国家质量监督检验检疫总局和国家发展与改革委员会，相继颁布了建材行业四大耗能产业———水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷和烧结砖瓦的能源消耗限额和行业标准，但总体执行情况不尽人意。特别是去年下半年以来，高能耗、高排放行业快速增长，一些被淘汰的落后产能死灰复燃，能源需求大幅增加，能耗强度下降速度放缓，甚至由降转升。今年一季度，工业能耗、用电量更是同比分别增长了20.1%、27.6%。据统计，从2005年到2009年，全国规模以上企业单位工业增加值能耗累计下降20.76%，但要完成“十一五”目标，任务仍然十分难巨，必须加快淘汰落后产能。为此，不久前工信部下发了18个行业2010年淘汰落后产能的目标任务，并明确提出今年应淘汰的落后产能要在第三季度前全部关停。

2.加快企业重组和提高集中度，打造绿色水泥发展平台我国水泥行业产业集中度低，大型企业集团数量少，众多中小企业技术装备落后，产品档次低，市场应变能力差，经济效益低，无力考虑资源、能源、环境等大难题。我国的水泥企业与国外水泥巨头相比，有很多方面都存在相当大的差距。因此，我国的水泥行业需要不断提升企业集中度，提高技术和管理水平，强化市场控制和盈利的能力，使企业集团成为发展绿色水泥的主力军。

3.鼓励水泥企业综合处理利用废物，体现绿色水泥价值绿色水泥不仅体现本行业废水、废气、余热、废渣的利用方面，更重要的是与煤炭、钢铁、电力和化工等行业的生态链接，有效地利用了粉煤灰、脱硫石膏、钢渣、煤矸石和磷渣等工业废渣替代天然资源作原料。同时，水泥工业还应协同处理生活垃圾和有毒、有害废弃物，政府可根据废弃物的类型和处置难度有区别地予以支持。建议：（1）可替代原燃料、处理难度低的工业废渣可通过减免税以资鼓励；（2）替代原燃料价值不大，处理有难度并投入较大，而且有其它处理方式（填埋、焚烧等）的工业废弃物，除免税政策外，在起步阶段国家应给予一定的财政补贴，然后进入收费处置的市场化运营；（3）对于处理难度大，运营成本高的有毒有害危险废弃物，则需政府给予财政补贴。六、结语低碳生产技术是水泥工业的发展方向。实现我国承诺的低碳行动目标和任务需要付出艰苦的努力，必须把应对气候变化和实施可持续发展战屡，加快建立资源节约型、环境友好型社会和创新型国家紧密结合，充分发挥水泥综合利用和合理处置工业，城市废物的独特优势，通过水泥与冶金、化工等产业的联动发展循环经济，提高资源利用率，才能有效地控制工业生产过程的温室气体排放，走出一条低消耗、低排放、高效益、高产出的新型工业化道路。在“低碳经济”的发展道路上，中国水泥行业还要经受更多的坎坷与磨砺，这是挑战，也是机遇，水泥企业应该积极把握这个机遇，加快升级和调整，推动水泥行业的转变，实现可持续发展。

参考文献：

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[4] 2006水泥峰会聚焦循环经济——访“2006’中国国际水泥行业峰会”秘书长庄春来[J]. 中国水泥, 2006,(01)