河南省2013—2018年水泥行業溫室氣體排放特征分析*

郝宗超 盧中強 郝大瑋 黨照亮 段理杰 王高強

(1.河南省冶金研究所有限責任公司，河南 鄭州 450003；2.河南省科學院碳減排與利用工程技術中心，河南 鄭州 450000；3.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；4.河南省冶金研究所有限責任公司工業節能與綠色發展評價中心，河南 鄭州 450003)

聯合國環境規劃署(UNEP)發布的《2019年排放差距報告》顯示，2018年全球溫室氣體排放量(以CO2當量計，下同)達到553億t[1]，其中工業過程產生的CO2排放是溫室氣體的主要排放源，而水泥行業的CO2排放在工業過程中又占主導地位[2-6]。龐大的水泥制造規模帶來大量CO2排放，對全球氣候及生態環境產生了巨大影響[7-9]。

研究者們已對溫室氣體排放量核算方法、溫室氣體清單編制技術和碳排放峰值模擬預測等進行了不少研究，并已取得了一些進展[10-16]，但水泥行業由于原料種類繁多、生產過程排放復雜、企業數量多并且分布廣等導致其溫室氣體排放數據收集和核算非常困難，因此水泥行業的具體排放行為及數據分析還很欠缺。

河南省作為我國新興的工業大省，是全國主要的水泥產品生產基地[17]。本研究對河南省各地市水泥企業進行了調查，選取其中60家重點水泥生產企業，采用國家發展和改革委員會的《中國水泥生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》(發改辦氣候〔2013〕2526號)(以下簡稱《指南》)中方法，對河南省2013—2018年水泥生產企業核算邊界內的化石燃料燃燒、替代燃料或廢棄物中非生物質碳的燃燒、原料分解、生料中非燃燒碳煅燒、凈購入使用電力和凈購入使用熱力對應的CO2排放進行了核算分析，以期為河南省降低水泥行業CO2排放提供基礎數據，也為全國水泥行業制定碳減排政策和發展低碳經濟提供借鑒。

1 方 法

1.1 水泥生產企業的選取及計算方法的確定

參考國家發展和改革委員會辦公廳《關于切實做好全國碳排放權交易市場啟動重點工作的通知》和《關于做好2016、2017年度碳排放報告與核查及排放監測計劃制定工作的通知》的要求，在河南省水泥行業中，選擇2013—2016年中任一年CO2排放量估計在2.6萬t及以上的重點水泥生產企業，共60家，采用《指南》中的核算方法對2013—2018年的CO2排放量進行計算。

1.2 數據來源

60家重點水泥生產企業生產數據來源于實地調查。排放因子數據主要來源于《指南》，《指南》中未列出的排放因子參考國家發展和改革委員會的《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》(發改辦氣候〔2011〕1041號)。

1.3 地域分區

河南省下轄17個地級市，1個省直轄縣級市(濟源市)。根據各地市地理位置，將河南省分為豫北、豫南、豫東、豫西和豫中5個地區，其中豫北包括安陽市、新鄉市、焦作市、濮陽市、鶴壁市和濟源市；豫南包括南陽市、駐馬店市和信陽市；豫東包括開封市、商丘市和周口市；豫西包括洛陽市和三門峽市；豫中包括鄭州市、平頂山市、許昌市和漯河市。

2 結果與討論

2.1 水泥行業CO2排放總量狀況

由圖1可見，2013—2018年河南省水泥行業CO2排放總量總體呈現先升后降再平穩的趨勢，先從2013年的7 270萬t上升至2014年的7 816萬t，后由2014年的7 816萬t下降至2015年的7 246萬t、2016年的6 435萬t，2016年后變化不大。2014年以后出現下降并能穩定下來，原因在于國家對生態環境保護的重視，把污染防治攻堅戰列入了全面建成小康社會的三大攻堅戰中，河南省在京津冀邊上，屬于污染重點防治區域，而水泥行業又屬于高耗能高污染高排放行業，國家及河南省相繼實施了較為嚴格的水泥企業錯峰生產等措施，并開展了水泥行業淘汰落后產能和清潔生產改造等行動。

圖1 2013—2018年河南省水泥行業CO2排放總量Fig.1 CO2 total emissions of cement industry in Henan during 2013-2018

2.2 水泥行業不同排放源CO2排放量

從表1可見，水泥行業CO2的兩大主要排放源為原料分解和化石燃料燃燒，其中原料分解產生的CO2排放量為3 723.687 0萬～4 596.135 1萬t，占總排放量的57.87%～58.97%，化石燃料燃燒產生的CO2排放量為2 345.578 1萬～2 798.945 3萬t，占總排放量的35.62%～36.89%，兩者共占總排放量的93.49%～95.86%。凈購入使用電力和生料中非燃料碳煅燒產生的CO2排放量相對較小，分別為276.801 7萬～346.746 3萬、61.585 0萬～78.684 8萬t，分別占總排放量的4.25%～4.54%、0.96%～1.09%。河南省的替代燃料或廢棄物中非生物質碳的燃燒主要是生活垃圾等固體廢棄物的焚燒，由于符合協同處理生活垃圾和焚燒固體廢棄物要求的水泥生產企業數量不多，因此河南省的該排放源CO2排放量較小，僅為0～0.723 0萬t。由于河南省的水泥生產企業大多均有余熱回收利用系統，生產產生的熱力可用于余熱發電或輸出給其他企業，因此凈購入使用熱力產生的CO2排放量幾乎都為負值，為-1.929 4萬～0.226 3萬t，2018年出現正值是由于部分水泥生產企業外購了熱力用于廠區內供暖。

表1 2013—2018年河南省水泥行業不同排放源CO2排放量1)

2.3 水泥行業不同地區CO2排放量

由圖2可見，5個地區中豫北水泥行業CO2排放量總體最大，占比達到30.94%～38.46%，其次是豫中，占比為34.29%～35.82%，豫南為17.63%～20.31%，豫西只有9.59%～13.53%，而豫東極少。

圖2 2013—2018年河南省各地區水泥行業CO2排放量Fig.2 CO2 emissions of cement industry in various regions of Henan during 2013-2018

圖3具體分析了河南省各地市2013—2018年水泥行業的CO2排放量及其年均增長率。新鄉市CO2排放量最大，占比達到15.96%～20.70%；許昌市、鄭州市、平頂山市和南陽市CO2排放量也較大，占比分別為8.21%～10.54%、11.92%～14.61%、9.30%～13.57%、11.33%～13.10%；安陽市、洛陽市、焦作市、駐馬店市和三門峽市CO2排放量占比分別為5.76%～7.82%、5.43%～7.66%、4.49%～6.45%、4.10%～4.91%、3.87%～6.54%；鶴壁市、信陽市和濟源市的CO2排放量相對較小，占比分別為2.89%～4.12%、1.97%～4.12%、0.34%～1.16%。分析發現，鄭州市、平頂山市、安陽市、鶴壁市、新鄉市、焦作市、駐馬店市和南陽市的CO2排放量年均增長率為負，而洛陽市、許昌市、三門峽市、信陽市和濟源市的CO2排放量年均增長率為正。

注：開封市、濮陽市、漯河市、商丘市和周口市的CO2排放量為零，故未在圖中列出。

總體而言，河南省水泥行業CO2排放量有下降趨勢，這說明國家及河南省實施的一些措施和行動有一定的成效。

2.4 水泥行業熟料燒成工段CO2排放量分析

由于水泥行業只有熟料燒成工段的CO2排放量才納入碳交易配額，因此又根據《關于做好2016、2017年度碳排放報告與核查及排放監測計劃制定工作的通知》中《碳排放補充數據核算報告模板》，專門對60家重點水泥生產企業熟料燒成工段的CO2排放量進行了核算分析。由圖4可以看出，2013—2018年熟料燒成工段CO2排放總量的變化趨勢與整個水泥行業的CO2排放總量基本一致，說明水泥行業的CO2排放主要由熟料燒成工段排放，其中2014年CO2排放總量最高，為7 597萬t，2018年最低，為6 269萬t。

圖4 2013—2018年河南省水泥行業熟料燒成工段CO2排放總量Fig.4 CO2 total emissions of cement industry clinker firing section in Henan during 2013-2018

進一步分析2013—2018年熟料燒成工段CO2排放強度(見表2)可知，化石燃料燃燒的排放強度年際變化不大；碳酸鹽分解的排放強度總體上有波動下降的趨勢，其原因是近些年的水泥原料中CaO 和MgO含量有所下降，部分水泥生產企業還對原料的配備進行了調整，減少了石灰石和黏土的用量，采用粉煤灰和電石渣等CO2排放量小的原料進行了替代；消耗電力的排放強度呈波動狀態，2016年上升最明顯，這是因為一方面企業對節能減排非常重視，許多企業都進行了相應的技術改造，并增強了對能源消耗的管理，特別是電力消耗方面，但另一方面由于環保要求的提升，企業也必須進行環保設備改造，投入新的除塵降噪設備，又使得耗電量上升，兩方面的綜合作用使得電力消耗的排放強度呈現波動狀態，但相對比較穩定；由于在調查的企業中90%以上的企業均配置有余熱發電系統，而沒有余熱發電系統的企業也有不同程度的余熱利用，比如用于對電石渣等原材料的烘干、轉化為蒸氣輸送到相關需求企業等，因此消耗熱力的排放強度小于等于零。綜合而言，2013—2018年河南省水泥行業熟料燒成工段CO2排放強度呈現下降趨勢，原因同樣在于近年國家及河南省實施的一些措施和行動。

表2 2013—2018年河南省水泥行業熟料燒成工段CO2排放強度

3 結 論

(1) 2013—2018年，河南省水泥行業CO2排放總量為6 435萬～7 816萬t，總體呈現先升后降再平穩的趨勢，最高值出現在2014年，最低值出現在2016年。

(2) 河南省水泥行業CO2的兩大主要排放源為原料分解和化石燃料燃燒，分別占CO2排放總量的57.87%～58.97%、35.62%～36.89%。

(3) 河南省水泥行業CO2排放主要集中在豫北和豫中，占比分別為30.94%～38.46%、34.29%～35.82%；其中新鄉市、鄭州市、平頂山市和南陽市的CO2排放居全省前列，是減排的重點區域。

(4) 水泥行業納入碳交易配額的熟料燒成工段CO2排放總量為6 269萬～7 597萬t，排放強度總體呈下降趨勢，說明國家及河南省相繼實施的較為嚴格的水泥企業錯峰生產等措施，水泥行業淘汰落后產能和清潔生產改造等行動已初見成效。