水泥生產過程中二氧化碳減排潛力分析

張桂珍

（河南投資集團有限公司，河南鄭州 450000）

水泥生產過程中二氧化碳減排潛力分析

張桂珍

（河南投資集團有限公司，河南鄭州 450000）

水泥工業具有資源、能源依賴的特點，水泥生產過程中二氧化碳排放量十分大，因此做好其節能減排是發展低碳經濟的重要途徑之一。本文僅針對水泥生產過程中二氧化碳排放來源及其減排潛力展開了具體論述。

水泥生產；二氧化碳；減排潛力

近些年，全球變暖問題日益嚴重，“低碳經濟”理念逐漸得到了廣泛認可。作為二氧化碳排放大戶，如何降低水泥生產過程中二氧化碳排放量成為了一大亟待解決的問題。

1.水泥生產過程中二氧化碳排放來源

根據調查分析可知，在水泥生產過程中，二氧化碳的來源主要就是原料煅燒、燃料燃燒以及電力消耗，下文即對此進行了具體分析：

1.1 原料煅燒過程中二氧化碳的排放

當前，我國水泥生產中所消耗的石灰石質原料依舊以天然的石灰石礦為主，以廢棄物代替天然石灰石的理念雖被提出，但是實際替代率依舊十分低，還不到1%[1]。根據相關統計結果顯示，生產1t的水泥，大約就需要消耗1t的石灰石資源。在碳酸鹽水泥原料中，石灰石的占比達到80%-85%，其正是碳酸鈣、碳酸鎂來源所在，而碳酸鹽分解，必然會產生大量的二氧化碳，具體如下式所示：

根據碳酸鈣分解式可知，在得到1份氧化鈣的同時，必然也會產生0.7857份的二氧化碳，因此以普通硅酸鹽水泥熟料含氧化鈣65%為標準，則每生產1t水泥熟料，二氧化碳的排放量如下：

根據碳酸鎂分解式可知，在得到1份氧化鎂的同時，必然也會產生1.092份的二氧化碳，因此以普通硅酸鹽水泥熟料含氧化鎂2.5%為標準，則每生產1t水泥熟料，二氧化碳的排放量如下：

綜上可得，每生產1t水泥熟料，二氧化碳的排放量為：

上述結果對應關系良好，但是因為熟料中的氧化鈣、氧化鎂的來源并不一定完全是碳酸鹽礦物，所以依舊存在一定誤差。此外，不少文獻中對窯灰、熟料飛灰損耗在二氧化碳排放中的影響進行了具體分析與計算，但是由于國內窯灰基本不存在外排現象，灰飛煅燒的問題也較難確定，故而本文未將其計入考慮范圍內[2]。

1.2 燃料燃燒過程中二氧化碳的排放

水泥生產過程中，熟料燒成是一大核心工藝，其需要消耗大量的熱。根據十一五期間相關調查分析可得，我國1t綜合能耗平均是115kg標煤，隨著水泥需求量的不斷上升，煤炭的消耗量必然隨之大幅增加。

煤炭的燃燒大致可以分為兩個部分：一是煤炭中的碳、氫元素與空氣中的氧元素發生反應；二是煤炭中的固定碳的燃燒，前者釋放的二氧化碳較少，后者則較多，是二氧化碳排放的重要來源之一。如下所示，即為完全燃燒下的煤炭化學反應式：

根據實踐可知，煤炭燃燒必然存在不完全燃燒現象，但是由于水泥窯燃燒溫度高、停留時間長，因而此問題可忽略不計。以水泥廠所使用的煤炭含固定碳65%為標準，完全燃燒下，1t煤可得二氧化碳的排放量2.38t。

1.3 電力消耗過程中二氧化碳的排放

水泥廠的生產過程中，不可避免地會使用到電力，無論是從電網采購或是自發電，都要折算出電力消耗過程中二氧化碳的排放量，現僅以國家所公布的火電標準煤耗356g/kWh為依據展開計算，消耗1kWh電即為消耗標準煤0.356kg，而1t煤的燃燒可得二氧化碳的排放量為2.38t，因此消耗1kWh電可得二氧化碳的排放量為0.847kg。以1t水泥消耗100kWh的電力為標準展開計算，得到二氧化碳的排放量為0.0847t。

目前，我國國內指標控制較好企業在電力消耗方面可以將1t水泥控制在90kWh，但是部分技術不過關的企業1t水泥電耗多在100kWh以上。因此，節約電耗是水泥生產節能減排的重要途徑之一。

2.水泥生產過程中二氧化碳減排潛力分析

2.1 加強產業結構調整，推廣節能環保技術

當前，在我國水泥工業中，落后的工藝水泥產量依舊能夠在總產量中占到高達1/3的比例，基于此，必須加強產業結構調整，通過將落后的產能淘汰，推廣應用一些先進的節能環保技術，真正實現二氧化碳的減排。

（1）新型干法水泥技術，該技術核心為預分解技術、懸浮預熱，并在整個生產中，實現了 IT 技術、分解爐系統、節能篦冷機、新型燃燒器、料床粉磨技術、生料輥磨系統、水泥輥壓機聯合粉磨系統、水泥料床終粉磨系統等等的總額和利用，是一種現代化的水泥生產技術。由于新型干法水泥生產線中存在上千個開關、數百臺設備、千臺電動機，為了確保整個系統的有序運行，必須加強自動控制，以實現工藝裝備的科學管理，真正達到清潔生產、環保的效果。以淘汰5億噸落后工藝水泥為標準進行估算，大約可節煤7000萬t，節電450億度，二氧化碳減排3.5億t。當前，我國新型干法水泥技術，必須在提高工藝設備水平的基礎上，加強管理，規范工程設計施工，以實現生產線建設成本的有效降低。

（2）余熱發電技術，以年發電量90億kWh為標準，采用該技術，能夠有效節約360萬t標準煤，二氧化碳減排2864萬t。余熱發電技術的應用具體可從以下幾個方面加以考慮：第一，對工藝流程加以調整，例如：在制備煤粉時，將原本所用的篦式冷卻機余風，換為預熱器廢氣，將立磨用作煤粉粉磨設備。如此一來，粉磨生料、制備煤粉所需熱風，都可由預熱器的出余熱鍋爐廢氣，其溫度高達 200℃。第二，當前余熱鍋爐工藝日漸成熟，運轉率已經可以達到與回轉窯同步，所以在實際工程中，可將水泥生產工藝與余熱發電進行同步設計，避免出現旁路漏風的問題。

（3）廢物資源化技術，其主要包括礦渣、粉煤灰、電石渣、煤矸石、廢棄混凝土的資源化利用，可有效增加水泥粉磨混合材摻入量10%，二氧化碳年減排量達到1億t。

（4）水泥窯協同處置廢物[3]，其主要包括工業廢棄物、生活垃圾、污泥等的焚燒處置，對于燃料的替代率高達10%，可節煤1600萬t。例如：在水泥窯中可將多氯聯苯物質作為燃料處理，其廢渣還可用于水泥的制造，避免二次污染的出現，也不需要對廢氣進行特殊處理，大大減少了能源的消耗，甚至是實現了再利用，比直接進焚燒爐更具有意義。

2.2 開發低碳型水泥新產品

為了有效減少水泥生產中的二氧化碳排放量，積極開發低碳型水泥新產品是一個重要途徑。當前，非波特蘭水泥體系研究進展較好，如：氟鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、阿利尼特水泥以及鋁酸鹽水泥都是十分重要的產品。以硫鋁酸鹽水泥為例，其生產原料是低品位礬土、石灰石與石膏，與傳統水泥相比，其石灰石的含量有所降低，因此二氧化碳的排放量得以大幅減少。盡管出于成本、生產技術等各方面因素的限制，非波特蘭水泥體系未能夠實現大規模的生產，但在一些特殊的場合已經有效代替了傳統水泥，發揮著重大的作用。

此外，近些年我國越加重視堿激發膠凝材料的研發，其主要是通過粉磨、混合等方式加工而成，省略了煅燒這一步驟，因此可有效減少二氧化碳的排放。但是，該種膠凝材料依舊無法大量代替硅酸鹽水泥，必須對其進行進一步研究，以真正實現大規模生產。

3.結語

當前，我國十分重視水泥行業的節能減排，根據水泥工業的生產實際表明，水泥碳來源主要是原料煅燒、煤炭燃燒、電力消耗，基于此應采取針對性的生產改造措施，引入先進工藝與設備，最大限度地挖掘水泥碳減排潛力。

[1]唐明亮,沈曉冬,黃弘,等.中國水泥工業二氧化碳減排潛力分析[J].中國建材,2006:76-79.

[2]王旭.基于生產流程的我國水泥工業碳減排潛力分析[J].中國管理信息化,2015,18(1):117-121.

[3]李榮剛.水泥廠的替代燃料開發與節能減排[J].農業工程技術：新能源產業,2009(11):15-17.

TQ172

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1007-6344（2016）02-0005-01

張桂珍（1973.10--），河南確山人，濟南大學工程碩士