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水泥生产CO2 减排技术及案例分析 刘晶1　段锐2 (1. 中国建筑材料科学研究总院　绿色建筑材料国家重点实验室,北京　100024;　2. 北京万强建业建筑工程有限公司,北京　100096) 摘　要:简要介绍了水泥生产工艺过程、CO2 排放源及排放量核算方法,详细阐述了从生产工艺、生产能耗和新技术角度实施CO2减排的技术措施,并列举了部分企业的减排措施、减排效果,提出了水泥工业减排的主要技术途径。 关键词:水泥工业,二氧化碳,减排 中图分类号:X701 0　引言 水泥生产过程产生的温室气体排放约占全球人类活动排放的5%[1],我国水泥行业排放的CO2已占全国CO2排放总量的14%~ 15% [2] ,控制CO2 排放是水泥工业面临的严峻挑战,也是实现水泥工业科技进步的重要机遇。根据国家《“十二五”控制温室气体排放工作方案》指示,国内大型水泥集团积极开展水泥产品低碳认证示范工作[3],强化企业生产管理,挖掘节能减排潜力,实现了水泥产品CO2排放的有效控制和持续减排。本文基于认证企业的工艺流程,分析了各项减排技术及其减排能力,以探索水泥工业的节能减排方向。 1　水泥生产工艺过程及CO2 排放 1.1　生产工艺过程 水泥生产包括原料开采及运输、生料和燃料制备、水泥熟料煅烧、水泥制备及发送、余热发电、辅助生产工艺过程、生产管理等多个工艺环节,涉及运输、破碎、粉磨、煅烧等工艺设备,这些工艺环节和设备都需要消耗一定的电能或热能,形成CO2排放单元。 1.2　CO2 排放源 水泥生产工艺特点表明水泥企业的CO2排放主要源于: 1)熟料煅烧过程石灰质原料分解产生的排放; 2)各种燃料燃烧产生的排放; 3)电力消耗产生的排放,包括矿山开采、生料制备、熟料煅烧、水泥制成、生产管理等过程。 1.3　排放量核算方法 通过大量的基础性调研、统计与核算研究确定,水泥熟料中CaO,MgO含量一般为64%~67%,1% ~3%,依据《环境标志产品技术要求水泥》[4] (以下简称《环标 水泥》)规定的运营边界和计算公式进行分析、核算,确定生料中石灰质原料分解产生的碳排放约为0.53tCO2 /t熟料;水泥生产消耗的燃料包括各种燃煤、燃油等,由燃料的热值、相应的CO2排放因子即可推算出单位燃料燃烧时的碳排放量。对我国不同生产规模的生产线能耗情况调研分析发现,熟料烧成热耗平均约为770kcal/kg熟料[5],依据《环标 水泥》规定的标煤CO2排放因子,核算得到燃料燃耗产生的CO2 排放量约为0.31tCO2 /t熟料;水泥生产的电力消耗也会产生CO2排放,水泥生产的全球平均电耗为111kWh/t水泥[6] ,结合我国权威机构发布的电力消耗CO2平均排放因子(约为0.86tCO2/MWh),得到单位水泥电力消耗产生的CO2排放量约为0.095t。按水泥熟料系数0.75计,核算出生产单位水泥CO2总排放量约为726 kg,其中原料分解、燃料燃耗和电力消耗引起的CO2排放量分别占55%,32% 和13%,与其他文献的研究结果相一致[7-9]。水泥生产各工艺过程CO2排放量见表1。 表1　水泥生产各工艺过程CO2 排放量 工艺过程 CO2 排放量/ t·t 熟料-1 占CO2 排放总量比例/% 原料分解 0.530 55 燃料燃烧 0.310 32 电力消耗 0.095 13 总计 0.726 100 2　水泥生产CO2 减排技术 通过对各工艺过程碳排放量的分析核算,可以准确把握水泥生产过程的碳减排方向,基于我国水泥生产企业实际运行状况及节能减排技术途径,本文将减排途径分为生产工艺碳减排、生产能耗碳减排和新技术碳减排三个方面。 2.1　生产工艺碳减排 生产工艺CO2排放是指能耗消耗之外的生产过程产生的碳排放,主要指石灰质原料中碳酸盐矿物分解产生的CO2 排放。采用碳排放强度低的原料代替石灰质原料生产水泥熟料可以减少相应的工艺碳排放。可利用的替代原料包括电石渣、高炉矿渣、粉煤灰、钢渣等,这些经高温煅烧的废渣中的钙质组分以CaO,Ca(OH)2 形式存在,在生产熟料时不会释放CO2 。电石渣作为替代原料生产水泥熟料时具有最显著的减排效果,同时也是实现电石渣资源综合利用的最有效途径,表2列出了掺加电石渣的减排效果。 表2　电石渣作为替代原料的减排效果 电石渣掺量/ % 0 2 4 6 8 10 吨熟料减排 量/ kg·t -1 0 7.24 14.48 21.72 28.96 36.20 吨熟料工艺CO2 排放量/ kg·t -1 535.00 527.76 520.28 513.28 506.04 498.80 注:计算时电石渣中Ca(OH)2 含量为70% 由表2可见,生料配料时电石渣掺量每增加2%,由钙质原料分解产生的工艺CO2 排