水泥生產(chǎn)二氧化碳排放分析和定量化探討

郁建國

（中材建設(shè)有限公司，北京 100176）

關(guān)鍵字：水泥；二氧化碳；排放；分析；定量化

水泥工業(yè)是屬于一種能源消耗型的產(chǎn)業(yè)，在水泥生產(chǎn)時需要消耗大量資源，包括電力，煤炭，石灰石等，因此在工業(yè)生產(chǎn)中水泥是二氧化碳產(chǎn)量大戶。根據(jù)2018年水泥企業(yè)碳排放量核查中指出,生產(chǎn)一噸硅酸鹽水泥需要排放1 噸的二氧化碳,按照每年國內(nèi)生產(chǎn)21.8 億噸的水泥總產(chǎn)量來看,每年水泥產(chǎn)業(yè)需要排放21.8 億噸的二氧化碳,水泥產(chǎn)業(yè)也成為了國內(nèi)開發(fā)清潔發(fā)展機制的主要部門,國內(nèi)對于水泥產(chǎn)業(yè)開發(fā)并實施清潔發(fā)展機制確立的三個靈活機制中，相關(guān)項目研究還不是很完善，對于水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放缺乏深入分析,針對其排放的分類,來源沒有進行定量計算。

1 水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳排放分類以及來源

水泥生產(chǎn)中相應(yīng)的工藝流程和生產(chǎn)技術(shù)在當前世界可持續(xù)發(fā)展理事會制定的二氧化碳計算中，能夠結(jié)合當前國內(nèi)水泥生產(chǎn)工藝，設(shè)備流程,原材料的消耗量,燃料消耗,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和電力消耗等多種情況,能夠?qū)⒛壳八嗌a(chǎn)過程二氧化碳排放類型分為直接和間接排放,根據(jù)其排放來源對兩種排放范圍界定。具體來看,針對直接排放的二氧化碳則來源于水泥工廠中原料燃燒,煅燒分解和燃料的燃燒,間接排放是其他工廠和實體企業(yè)所擁有和控制的,比如沃爾瑪發(fā)起的能效提升項目中,對300 家供應(yīng)商企業(yè)進行定期回顧和跟蹤,發(fā)現(xiàn)其總能耗是8000 萬千瓦時,相當于7萬噸二氧化碳排放量。從水泥工業(yè)生產(chǎn)過程上來看其中存在的二氧化碳直接排放的來源包括五個方面,具體表現(xiàn)為原料中的碳酸鹽、有機物，在燃燒過程中包括燃料、化石、可替代燃料、生物質(zhì)燃料、非燒成燃料燃燒過程,水泥審計生產(chǎn)時根據(jù)二氧化碳排放。來源不同，可包括以下四點。制造商在生產(chǎn)水泥中消耗的外部電力。從第三方購買熟料為本單位提供產(chǎn)品的第三方，傳統(tǒng)燃料和可替代燃料的處理方式，在市場第三方提供的原材料輸入，水泥和熟料產(chǎn)品輸出，其中前兩者是水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳間接排放的主要來源。

2 水泥生產(chǎn)過程中直接二氧化碳排放定性分析

(1)原料煅燒排放二氧化碳,主要是指原料經(jīng)過高溫處理之后碳酸鹽會分解并釋放二氧化碳,而這些二氧化碳是與熟料產(chǎn)品本身有一定聯(lián)系的,此外從窯系統(tǒng)排放的排出以及旁路產(chǎn)生的燃燒來說,也是二氧化碳排放的主要來源。水泥廠對二氧化碳排放存在兩種計算方法。首先對原料碳酸鹽消耗含量計算，其次是依據(jù)熟料化學成分完成計算，從一定程度上來看兩種計算方法都是合理的。在本次研究中我們主要利用的是熟料和窯灰化學成分計算,比如選用原料基計算方法,在計算總排量時沒有考慮到由于窯灰不完全燃燒而引起的計算量,因此會比實際排放量高。比如,根據(jù)碳酸鈣化學反應(yīng)能夠生產(chǎn)二氧化碳和氧化鈣,每生成1 份氧化鈣時能夠生產(chǎn)0.78份二氧化碳,因此,每生產(chǎn)1t水泥其二氧化碳的排放量可以達到0.511t,此外由于熟料中含有1.5%的氧化鎂,每生產(chǎn)一噸水泥。該產(chǎn)品熟料中二氧化碳排量達0.016噸，最終熟料煅燒過程中排放因子可以達到每噸510kg。(2)從原料有機碳的二氧化碳排放量來看,除碳酸鹽外,在熟料生產(chǎn)的原材料中還有一些是由熟料的原材料經(jīng)過高溫處理后一些會轉(zhuǎn)換為二氧化碳,原料中總有機碳的含量會隨使用原料場地和類型發(fā)生變化，其次，當成份本身發(fā)生變化時，尤其是將含水量概括進去進行計算需要采取其它方法完成計算，其燃料含碳量和燃料燃燒排放計算方法。但由于這種排放對于整個排放量來說貢獻小,因此沒有必要深入研究這種排放量。(3)從可替代燒成燃料進行二氧化碳排放計算,目前水泥工業(yè)更多的使用一些可替代的燃料,這些燃料來源于廢棄物,如果不用做可替代的燃料則需要對其進行其他的處理。可替代的燃料是化石燃料的替代品,從可替代化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳進行計算時,應(yīng)當計入直接二氧化碳排放總量中,二氧化碳的排放因子取決于可替代燃料的類型,由于各工廠燃料排放因子清單，不同工廠其低位熱值為23000kJ，根據(jù)IPCC提供的排放因子缺省值，96Kg/GJ,則每噸煤燃燒過程中會產(chǎn)生2.21 噸二氧化碳,進而可以計算該燃料二氧化碳的排放。(4)對于非燒成燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放量計算時,經(jīng)過熱處理之后的設(shè)備，交通工具，采石場等使用燃料，在水泥燃燒中二氧化碳的排放，從非燒成燃料產(chǎn)生的二氧化碳能夠根據(jù)類型分別進行記錄非燒成燃料，我們可以將其設(shè)為完全氧化。在煙和灰中的碳殘余量幾乎可以省略不計，高估排放結(jié)果。誤差相對較小，通常為1%，對于固定燃料可以根據(jù)不完全燃燒進行計算。比如,對于某水泥廠排放因子為96Kg/GJ,低位熱值可以達到23000KJ，可以以一噸水泥熱量在燃燒過程中烘干原料燃料煤在燃燒時可產(chǎn)生0.044 噸二氧化碳。

3 水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳間接排放的分析

在電力生產(chǎn)中可增加二氧化碳排放將用于電力消耗的測量中，我們優(yōu)先從電力供應(yīng)商獲取二氧化碳排放因子進行計算，也可以根據(jù)國家平均排放因子，該排放因子能夠涵蓋幾乎所有的發(fā)電燃料，測量電力消耗過程中可以不考慮電力的分配損失和傳輸損失。熟料生產(chǎn)過程中二氧化碳排放依據(jù)購買金屬料料和熟料二氧化碳排放因子完成計算。根據(jù)IPCC 給出的缺省值,二氧化碳排放因子可設(shè)置為每噸862 千克,不同公司由于工廠生產(chǎn)情況不同，為確保實現(xiàn)最大化效益，工廠內(nèi)部需要調(diào)劑熟料料，為避免重復(fù)計算填報的熟料流量需要將購買熟料料等于凈賣出量，從其他工廠購買熟料實際上是購買總量。

4 小結(jié)

在本次研究中,我們能夠結(jié)合國內(nèi)當前實際生產(chǎn)原材料消耗以及燃料消耗,原料有機碳,可替代燒成燃料等多個角度進行分析,將水泥在生產(chǎn)過程中二氧化碳排放分為直接和間接這兩種方式,其中存在五個直接二氧化碳排放來源和四個間接二氧化碳排放來源。在水泥生產(chǎn)時，二氧化碳存在兩個間接排放來源我們可以從購買熟料生產(chǎn)和電力生產(chǎn)這兩個方面進行二氧化碳間接排放計算。而針對水泥在生產(chǎn)過程中二氧化碳直接排放量,主要考慮原料,煅燒原料中的碳含量,傳統(tǒng)燒成燃料,可替代燒成燃料和非燒成燃