水泥熟料CO2排放量的簡捷計算法

狄東仁，韓仲琦

實驗研究

水泥熟料CO2排放量的簡捷計算法

狄東仁，韓仲琦

本文介紹了通用水泥生產(chǎn)企業(yè)熟料CO2排放量的簡捷計算法，以普通硅酸鹽水泥熟料為計算基準，考慮CaCO3分解、熟料綜合煤耗和綜合電耗三種因素，可快速、相對準確地確定水泥企業(yè)的CO2排放量。當生產(chǎn)企業(yè)欲了解自身CO2排放情況或執(zhí)行清潔生產(chǎn)規(guī)定進行檢查時，可參考本計算法進行計算。關(guān)鍵詞：硅酸鹽水泥；水泥熟料；溫室氣體；CO2；清潔生產(chǎn)

1　前言

硅酸鹽水泥生產(chǎn)中的碳酸鹽分解，是工業(yè)領(lǐng)域中最大的非燃燒類CO2排放源，此外，水泥熟料煅燒、粉磨等過程中所消耗的熱能和電能也排放相當數(shù)量的CO2，我國每年的水泥產(chǎn)量非常大，使得水泥工業(yè)成為我國重要工業(yè)領(lǐng)域中CO2排放量最大的產(chǎn)業(yè)之一。

2014年我國水泥產(chǎn)量約為24.8億噸，若以每噸硅酸鹽水泥排放0.6tCO2計，則全國水泥生產(chǎn)大約排放15億噸CO2，約占全國總排放量的六分之一。水泥是國民經(jīng)濟建設(shè)重要的基礎(chǔ)原材料，我國每年仍然需要大量的硅酸鹽水泥，因此減少溫室氣體排放是水泥工業(yè)義不容辭的責(zé)任，一方面我們要加強開發(fā)綠色水泥生產(chǎn)技術(shù)，另一方面要加強對現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)的清潔生產(chǎn)管理，這對構(gòu)建低碳水泥工業(yè)體系有著重要意義。

現(xiàn)代水泥生產(chǎn)技術(shù)是一種系統(tǒng)工程，它包括若干子流程和單元操作。企業(yè)因受原燃料來源、產(chǎn)品品種和數(shù)量變化等各種因素影響，增加了CO2排放量計算的復(fù)雜性，有時會使得CO2的理論與詳細計算準確性受到質(zhì)疑，為此確定一個簡單、比較正確和相對公平的CO2計算法，對于企業(yè)減少溫室氣體排放以及進行企業(yè)對比研究是必要的。

本方法是通用水泥生產(chǎn)企業(yè)熟料CO2排放量的快速計算法，以普通硅酸鹽水泥熟料為計算基準，考慮Ca-CO3分解、熟料綜合煤耗和綜合電耗三種因素，以便公平、快速、相對準確確定水泥企業(yè)的CO2排放水平。至于以水泥為基準的CO2排放量，企業(yè)可根據(jù)自身情況，考慮因使用廢棄物或摻入混合材對CO2排放的影響，進行個案計算，也可作為某個地區(qū)或行業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2　計算原理

在一般硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程中，CO2的排放源主要有生產(chǎn)工藝過程的排放（CaCO3和MgCO3分解）、熟料煅燒和原料烘干所需煤炭的燃燒反應(yīng)、以及生產(chǎn)過程中外購電力消耗折算的煤耗（間接產(chǎn)生的CO2）。另外，還有一些因素增加或減少了CO2的排放，增加CO2排放的因素有：生料中的有機炭燃燒、生產(chǎn)和輸送過程中的油料消耗、熟料飛灰和粉塵等所含有的CO2排放以及輔助生產(chǎn)的電力消耗等。減少CO2排放的因素有：余熱發(fā)電、余熱烘干、采用代用燃料和代用鈣質(zhì)原料、添加混合材等。若對CO2排放量進行詳細計算，除去計算主要因素外，還要設(shè)定許多生產(chǎn)條件、測定和估算許多生產(chǎn)數(shù)據(jù)、選用許多CO2排放因子，所以可變化因素較多，當生產(chǎn)參數(shù)不同時各排放源的CO2排放比例也會變化。

本簡捷CO2排放計算法，是在設(shè)定初始條件后，采用碳酸鹽分解、熟料煅燒煤耗和熟料綜合電耗三因素計算熟料的CO2排放量，其他次要因素采用調(diào)整系數(shù)校正，當企業(yè)采用代用燃料和代用鈣質(zhì)原料、添加混合材等情況時，應(yīng)進行個案計算。

表1為我國普通硅酸鹽水泥熟料制造過程中CO2主要排放源所占的大致比例（設(shè)定熟料中的CaO為65%，熟料熱耗為103kg標煤/t，熟料綜合電耗為60kWh/t）。

表1　我國水泥熟料生產(chǎn)過程中CO2的排放比例

3　簡捷CO2排放計算法

3.1熟料CO2排放的計算依據(jù)

3.1.1熟料的CO2排放源

（1）原料CaCO3分解，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式及CaO含量計算（忽略MgCO3的分解）；

（2）煤炭燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的CO2，采用可比熟料綜合煤耗（標煤）；

（3）因水泥熟料電耗間接產(chǎn)生的CO2（外購電力），采用可比熟料綜合電耗。

3.1.2計算基準

（1）以普通硅酸鹽水泥熟料為計算基準；

（2）采用可比熟料綜合煤耗，參照GB16780水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額定義；

（3）采用可比熟料綜合電耗，參照GB16780水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額定義。

3.2計算步驟

3.2.1生料中碳酸鹽礦物分解產(chǎn)生的CO2排放量計算

式中：

R1——生產(chǎn)單位熟料,由生料中碳酸鈣分解產(chǎn)生的

CO2排放量，kgCO2/t熟料

Cc——水泥熟料中CaO的含量，%

3.2.2可比熟料綜合煤耗產(chǎn)生的CO2排放量計算

式中：

R2——生產(chǎn)單位熟料綜合煤耗產(chǎn)生的CO2排放量，kgCO2/t熟料

2.4——固定碳為65%時單位標準煤燃燒時產(chǎn)生的CO2排放量，kgCO2/kg，查閱相關(guān)部門公布數(shù)據(jù)

Ecl——生產(chǎn)單位可比熟料綜合煤耗（標煤），kg/t熟料

3.2.3可比熟料綜合電耗產(chǎn)生的CO2排放量計算

式中：

R3——生產(chǎn)單位熟料時電力消耗產(chǎn)生的CO2排放量，kgCO2/t熟料

0.302——換算因子，即單位電耗產(chǎn)生的CO2排放量，kgCO2/kWh，查閱相關(guān)部門公布數(shù)據(jù)

Ee——生產(chǎn)單位可比熟料綜合電耗，kWh/t熟料

3.2.4單位水泥熟料產(chǎn)量的CO2排放量

式中：

R——生產(chǎn)1t水泥熟料的CO2排放量，kgCO2/t熟料

k——調(diào)整系數(shù)，設(shè)定1.05（或根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)具體情況確定，如粉塵排放、廠內(nèi)運輸、自動化程度等）

3.3計算例

3.3.1第1企業(yè)計算例

3.3.1.1第1企業(yè)基本數(shù)據(jù)

（1）熟料化學(xué)成分中的CaO，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為65%；

（2）可比熟料綜合煤耗，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為103kg標煤/t熟料；

（3）可比熟料綜合電耗，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為60kWh/t熟料；

（4）全年生產(chǎn)165萬噸普通硅酸鹽水泥熟料（根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定）。

3.3.1.2計算

（1）CaCO3分解產(chǎn)生的CO2排放量

（2）熟料燒成煤耗排放的CO2量計算

（3）熟料電耗產(chǎn)生的CO2排放量計算

（4）單位水泥熟料產(chǎn)量的CO2排放量

（5）企業(yè)全年因生產(chǎn)熟料排放的CO2總量

3.3.2第2企業(yè)計算例

3.3.2.1第2企業(yè)基本數(shù)據(jù)

（1）熟料化學(xué)成分中的CaO，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為65%；

（2）可比熟料綜合煤耗，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為106kg（標煤）/t熟料；

（3）可比熟料綜合電耗，根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定，例如為68kWh/t熟料；

（4）全年生產(chǎn)165萬噸普通硅酸鹽水泥熟料（根據(jù)本企業(yè)實際數(shù)據(jù)確定）。

3.3.2.2計算

（1）CaCO3分解產(chǎn)生的CO2排放量

（2）熟料燒成煤耗排放的CO2量計算

（3）熟料電耗產(chǎn)生的CO2排放量計算

（4）單位水泥熟料產(chǎn)量的CO2排放量

（5）企業(yè)全年因生產(chǎn)熟料排放的CO2總量

3.3.3計算例企業(yè)排放CO2的比較

（1）在燃料質(zhì)量和熟料質(zhì)量相同情況下，由于第1企業(yè)熟料熱耗和熟料綜合電耗低，故第1企業(yè)單位熟料CO2排放量比第2企業(yè)減少：

（2）根據(jù)兩個水泥企業(yè)混合材添加量的不同，可分別計算每個企業(yè)以水泥為基準的CO2排放量，當兩個企業(yè)混合材摻加量均為30%時，第1、2企業(yè)單位水泥CO2排放量估算為610kgCO2/t水泥和620kgCO2/t水泥。

4　結(jié)語

（1）當生產(chǎn)企業(yè)欲了解自身CO2排放情況，或執(zhí)行清潔生產(chǎn)規(guī)定進行檢查時，可參考本計算法（單位熟料的CO2排放量計算法）進行計算。

（2）對本計算法的兩個計算例比較可知，在燃料質(zhì)量、熟料質(zhì)量相同情況下，熟料生產(chǎn)的煤耗、電耗較高的企業(yè)，排放的CO2也高。

（3）一般來說，單位水泥的CO2排放量，只作為某地區(qū)或行業(yè)的統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)，不能作為不同生產(chǎn)條件下企業(yè)之間的比較。

（4）根據(jù)硅酸鹽水泥的制造原理可知，傳統(tǒng)水泥企業(yè)排放較多的CO2，為此應(yīng)積極開發(fā)低碳水泥生產(chǎn)技術(shù)和低鈣水泥產(chǎn)品、推廣廢棄物替代水泥原料和燃料工作，由于我國混合水泥產(chǎn)量很大（如礦渣水泥），減少了單位水泥中的熟料比率，所以每噸水泥CO2排放量為全球先進水平。

（5）在全球減少溫室氣體排放的背景下，水泥行業(yè)除努力推廣節(jié)能減排技術(shù)外，可考慮聯(lián)合其他行業(yè)開展CO2分離與利用的創(chuàng)新技術(shù)。

［1］韓仲琦.低碳經(jīng)濟與我國水泥工業(yè).中國建材發(fā)展研究論文集［M］.北京：中國建材出版社，2010，（5）：81-85.

［2］王新春，等.促進水泥工業(yè)溫室氣體減排的政策建議［J］.中國水泥.2013，（6）：39-41.

［3］Technology p lanning department of Taiheyo CemantCorporation R& D Center.Cement enterprise technology development of the forefront—Taiheyo CemantCorporation R&D Center［J］.Cement&Concrete.2009,（4）：3-6.

Simple Calculation Method of CO2Em issionsofCement Clinker

DI Dongren,HAN Zhongqi
（Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China）

This paper introduces simple calculation method of clinker CO2emissions for general cement enterprises.Using ordinary Portland cement as calculation base and taking CaCO3decomposition,clinker coal consumption and power consumption into consideration,CO2emissions of cement enterprises could be calculated quickly and relatively accurately.This calculationmethod can be referred ifenterpriseswant to know their carbon dioxide emissionsor implementclean production examination.

portland cement；cementclinker；greenhouse gases；carbon dioxide；clean production

TQ172.622.29

A

1001-6171（2015）03-0021-03

通訊地址：中材裝備集團有限公司，天津300400；2015-03-23；編輯：呂光