低碳经济与我国水泥工业

前言随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用与生产过程产生的温室效应逐步为人们所认识，大气中C O2浓度升高带来的全球气候变化已被确认为不争的事实。

在此背景下，“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”等一系列新概念也就产生了。

所谓低碳经济就是以低能耗、低排放、低污染为基础的经济模式，其实质是提高能源利用效率和创建清洁生产机制，核心已是技术创新和发展循环经济。

发展低碳经济对于我国这样一个人均占有资源、能源十分有限的国家来说十分必要。

1997年12月在日本京都召开了气候变化框架条约缔约国第三次会议，会上把2008～2012年作为减少CO2排放量的目标年，各国也分别制定了目标值，主要工业发达国家的CO2等温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。

中国于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。

2005年2月16日，《京都议定书》正式生效，这是人类历史上首次以法规的形式限制CO2等温室气体的排放。

2009年11月25日，中国政府宣布到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降4O％～45％。

虽然我国作为发展中国家目前并没有减排的义务，但我国是仅次于美国的世界上第二大C O2排放国，此次主动提出减排，力度还如此之大，说明了中国通过推广低碳的生产生活方式，实现可持续发展的决心。

在中央实施“保增长，扩内需，调结构”一揽子计划的刺激下，我国水泥工业克服国际金融危机的不利影响，总体保持了较好发展势头，生产快速增长，经济效益稳定提高，节能减排成效显著。

然而，产能过剩的矛盾也日益显现，在中国重要的产业部门中，除了煤电和钢铁业，水泥工业是生产过程中CO2排放量最大的产业，因此，水泥工业发展低碳经济、促进CO2减排有着举足轻重的作用。

1我国水泥工业的现状我国水泥工业近20年来有了很大发展，经济运行质量明显提高，科技进步加快，结构调正取得了很大进展，特别是新型干法水泥工艺技术与装备的开发，通过优化设计已形成1000-10000t/d高质量生产线系列。

2008年全国水泥产量达14亿多吨，连续24年居世界第一（详见图1）。

其中先进的、新型干法水泥产量约为8.5亿t，约占总产量的61％，2009年新型干法水泥产量可能突破70％，低碳经济与我国水泥工业主要技术经济指标达到国际先进水平，并进入国际市场，目前市场占有率已达40％以上。

我国水泥工业虽然发展速度很快，但总体上与国外先进水平比仍存在一定差距，表现为行业整体经营粗放，资源、能源消耗高，综合利用水平低，结构不合理，产品档次低，落后生产能力比较大，企业数量多、规模小，产业集中度低等。

目前我国水泥产能约为19亿t，其中落后产能约有超过6亿t，到2009年底新型干法水泥生产线可达1000条以上。

目前在建待建水泥生产线还有560多条，这些生产线全部建成后，水泥产能将达到27亿t，而市场需求约为16亿t，故产能将严重过剩。

2009年9月，工业和信息化部发出了征求《水泥行业准入条件》的函和印发了《关于抑制产能过剩和重复建设引导水泥产业健康发展的意见》。

在相关文件中提出了新建水泥（熟料）生产线必须采用新型干法生产工艺。

鼓励新线建设配置余热利用、可替代原料、燃料利用等节能减排技术和设施，以满足节能环保和资源综合利用的要求。

一方面政府加强了宏观调控，另一方面为水泥工业加强节能减排和实现低碳经济提供了政策支持，出现了构建低碳水泥工业体系的有利形势。

2水泥生产过程中C O2的排放2.1CO2的主要排放源由图2所知，在一般硅酸盐水泥生产过程中直接产生CO2的起源中，主要有生产工艺过程的排放（CaCO3和M gC O3分解）、生料煅烧和原料烘干所需煤炭的燃烧反应，以及生产过程中电力消耗折算的煤耗（间接产生的C O2）。

另外，还有一些因素增加了C O2的排放或减少了C O2的排放，如增加的因素有：生料中的有机炭燃烧、生产中的熟料飞灰和粉尘等所产生的CO2、辅助生产的电力消耗等；减少的因素有：余热发电、余热烘干、采用代用燃料代用钙质原料、添加混合材等。

图2所示为我国普通硅酸盐水泥制造过程中CO2主要排放源所占的大致比例。

当生产参数不同时CO2排放的比例也会变化，在产生C O2的主要原因中，除去碳酸盐分解的因素外，熟料煅烧煤耗和水泥粉磨电耗是主要因素。

图2水泥生产过程中CO2排放的比例如果按每吨水泥排放0.7t CO2计，则2008年全国生产14亿t水泥要产生温室气体10亿t，约占全国C O2总排放量的15%。

详细计算C O2排放量时，要设定许多生产条件并要选用许多C O2排放因子，可变化因素较多，常常使得详细计算的准确性受到质疑，计算结果没有实际意义，因此对计算方法要很好研究，目前国内正在制定这方面的标准。

一般来说简单估算可以了解一个水泥厂CO2的排放程度，还能大致了解该厂的生产水平。

应该指出的是，实现CO2的减排是水泥工业进行产业结构调整、加强生产管理、提高能源、资源利用效率的综合体现，也是实现中国水泥工业可持续发展的重要保证。

CO2的减排不仅是中国水泥工业面临的严峻挑战，同时也是中国水泥实现技术水平全面提升的重要机遇。

随着水泥产量的增加，排放的CO2量还要增加，为此需要高新的科学技术，在减少传统水泥生产量的同时，开发环境相容型水泥和环境负荷减少型水泥，以减少C O2的排放量。

为了实现水泥工业节能减排的目标和发展低碳经济，应该把发展建材经济、节约能源和环境保护进行三位一体平衡，用综合的观点制定长远战略目标。

2.2水泥工业的能源消耗与C O2排放煅烧是水泥工业的核心工艺，由生料煅烧成熟料需要大量的热量，此外，水泥粉磨需要大量的电能。

2008年我国每吨水泥综合能耗平均约为115kg标煤，14亿t水泥约需1.6亿t标准煤炭，其中含水泥粉磨综合电耗1400亿kw h水泥工业消费煤炭约占全国总消费量的6％。

因煤炭的燃烧反应而产生CO2，因此煤炭中的固定碳的含量与CO2的排放有很大的关系，请参看公式（1）：C＋O2→CO2（1）在完全燃烧的情况下，煤质越好固定碳含量越多排放的C O2越多，如此说来水泥熟料煅烧效率不好、熟料煅烧的热耗越大则排放的CO2越多。

所以应该采用先进的煅烧工艺，提高熟料烧成的热效率。

燃料包括煤炭、各种燃油和各种燃气等，石油和天然气单位热量消耗的碳排放量较煤炭低10％-30％，但由于价格与来源问题，我国水泥厂几乎均采用煤炭为主要燃料，燃油为辅（图3所示为2005年我国水泥工业能源消耗结构）。

我国煤炭资源虽然丰富，但探明可采资源量只有1300亿t（2002年数据），并且分布不平均，低挥发份煤和食硫量大的煤较多，能够用于水泥工业的煤质越来越差，可供开采年限约70～80年。

水泥工业是能源资源消耗较大的产业，能源问题是循环经济的核心问题，能否实现循环经济并使其持续下去，最终还是分取决于能源。

水泥厂所用的电力，大部分为从国家电网采购的电力（外购），少部分可能为自家发电，外购电力必需折算出因火力发电交流园地图1我国近年水泥总产量而排放的C O2因为这是由于生产水泥而排放的。

然而当水泥厂采用余热发电时要从全厂总电耗中扣除自家余热发电量。

如果不是纯低温余热发电，则补燃锅炉的煤耗应加在个全厂的能源消耗中。

图3我国水泥工业能源消耗结构2.3水泥工业对石灰石的需求与C O2排放2008年我国水泥的原生态矿产资源及混合材的消耗也共计约20亿t，大约使用了14亿t石灰石，因为我国使用废弃物作为白灰质原料的替代率很小，单从混合材使用量来看，原料的替代率不足20%。

原生态矿产资源主要指石灰石、粘土；混合材主要指矿渣、粉煤灰、火山灰、煤矸石等。

一般石灰在硅酸盐水泥原料中的配比占80％～85％，在水泥中约占70％（请参看图4我国水泥制造业2007年矿产资源消耗结构图），所以生产水泥不要的石灰石资源是很大的，虽然我国是一个水泥资源较丰富的国家，各个地质年代都有石灰岩沉积，但质量好、规模大的石灰岩矿床往往赋存于一定的层位中，井且高品位石灰石也不能全部供生产水泥使用，化工、冶金均需优质石灰石。

根据前几年我国探明的可用于水泥生产的石灰石矿物，储量约450亿t，可供实际利用的约为250亿t，根据上述石从石用量估算，我国现有探明石灰石的储量仅够几十年的使用，当然石灰石的矿藏可以继续勘探，但是天然资源走向枯竭和对工业发展的制约因素是严峻的现实。

石灰石中碳酸盐的分解，是C O2的主要来源，基于硅酸盐水泥化学原理，生产制造水泥时会排放很多C O2，公式问（2）和（3）表示了碳酸盐的分解关系：CaCO3→CaO＋CO2（2）M gCO3→M gO＋CO2（3）图4水泥制造业矿产资源消耗结构图水泥工业使用废弃物发展循环经济,可以减少石灰石的使用量，是解决这个问题的方法之一；然而为了从根本上解决这一问题，国内某高校提出要考虑改良水泥原料及相关材料的特性，开发低碳水泥产品，使水泥生产过程中C O2的减排达到50％。

2.4水泥工业的污染与C O2排放废气排放量2008水泥工业废气一年排放量为50000亿标准立方米，约占全国总排放量的16%。

废气中除含有大量的粉尘颗粒物外还有SO2、氮气化物、氟化物等。

粉尘排放量2008年约排放520万t（占全国排放总量的64％），折合全国水泥总量的0.5％。

废气中排放的粉尘，特别是熟料飞灰、水泥粉磨时的粉尘等，具有燃烧分解而排放的CO2，因此当粉尘排放量较大时，应该考虑这一因素的C O2排放量。

3水泥工业发展低碳经济的思路3.1提高能源效率，推广节能减排实用技术我国落后工艺水泥产品占总产量还的30%以上，落后产能约有5亿t，所以仍存在着严重的产业结构问题，表现出整体技术经济指标低、能源效率低。

继续加强产业结构调整、淘汰落后产能，则能有效减少C O2排放量；我国水泥单位产品平均综合能耗目前比同际先进水平高约40％，我国新型干法水泥先进的热耗比国外同规模指标高约50kcal/(kg cl），吨水泥电耗比国外高10（kW.h)/t，一次能源的利用效率比国外先进水平差近7%。

提高能源效率，以较少的能源消耗，创造更多的物质财富，不仅对保障能源供给、推进技术进步。

提高经济效益有直接影响，而且电量减少CO2排放的重要手段。

如上述，在水泥生产过程中CO2的排放源主要有燃料燃烧、CaC O3分解和电耗折算的C O2排放量，其中以碳酸钙分解排放的C O2最多，为此在水泥常现生产上除了加强节能减排、推广纯低温余热发电技术之外，要加强废弃物的利用（代替石灰质原料和化石类燃料）和尽可能多的使用混合材，即用超细粉磨的电石渣、矿渣、钢渣、粉煤灰等废渣代替熟料，从而较大幅度减少石灰石的用量，日本太平洋水泥公司的生态水泥，也是利用了垃圾焚烧灰大量代替石灰石的方法。