中國水泥工業(yè)減排CO2的現(xiàn)狀與展望
2010-05-11 00:00
環(huán)境惡化、氣候變暖，是當(dāng)今人類社會(huì)面臨的大問題。2009年12月7日聯(lián)合國在丹麥哥本哈根召開氣候大會(huì)后，全世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都已將減排CO2的工作提上本國發(fā)展中的重要議事日程。水泥工業(yè)是CO2的排放大戶，其排放量占人類活動(dòng)制造的CO2總量的5%。包括中國在內(nèi)的全球水泥工業(yè)在未來生存和發(fā)展中必須解決減排CO2的課題。中國水泥工業(yè)減排CO2已取得很大成績(jī)，今后必將更加努力，取得更大進(jìn)展，作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
中國水泥工業(yè)減排CO2的現(xiàn)狀和展望，我將從以下七個(gè)方面分別進(jìn)行論述。
一、調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)
中國水泥工業(yè)調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)就是用先進(jìn)的新型干法淘汰落后的生產(chǎn)方法。新型干法是指包括預(yù)分解窯燒成、現(xiàn)代粉磨、物料均化和自動(dòng)控制等技術(shù)在內(nèi)的生產(chǎn)方法，而落后生產(chǎn)方法是指立窯、濕法窯、立波爾窯和中空干法窯等生產(chǎn)方法。2008年中國水泥落后生產(chǎn)方法產(chǎn)量中，立窯產(chǎn)量占95%以上。
（1）各種生產(chǎn)方法的煤耗
- 新型干法是最省煤的生產(chǎn)方法。
- 立窯等落后生產(chǎn)方法的煤耗較高。
- 用新型干法淘汰立窯等落后生產(chǎn)方法可節(jié)能和減排CO2 。
（2）新型干法發(fā)展?fàn)顩r
- 2004年開始，新型干法產(chǎn)量每年都以1億噸以上的幅度增長(zhǎng)。
- 2007年開始，新型干法產(chǎn)量的比例超過50%，到2008年達(dá)62%。
- 進(jìn)入新世紀(jì)后，中國水泥新型干法發(fā)展很快。
（3）落后方法生產(chǎn)狀況
- 2001年到2008年間，落后方法產(chǎn)量有降有升，從總體看，下降幅度不大。
- 2001年到2008年間，落后方法產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例由86%下降到38%。
- 落后方法產(chǎn)量比例的下降主要依靠新型干法的快速發(fā)展。
- 2007年到2008年落后方法產(chǎn)量大幅下降，減少了近1.1億噸。
- 落后方法產(chǎn)量目前仍有近5億噸。
（4）通過調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)節(jié)能減排
中國水泥工業(yè)依靠新型干法快速發(fā)展，使單位產(chǎn)品能耗大幅度下降，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗由2001年的150kgce/t下降到2007年的126 kgce/t。2008年落后生產(chǎn)方法產(chǎn)量下降了11，523萬噸，由新型干法產(chǎn)量所取代，此項(xiàng)可節(jié)省369萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排959萬噸CO2。中國水泥工業(yè)目前仍有近5億噸落后方法產(chǎn)量，通過調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)而節(jié)能減排的空間較大。淘汰落后生產(chǎn)方法應(yīng)從兩方面著手：一方面要科學(xué)發(fā)展新型干法，通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)淘汰落后方法生產(chǎn)的水泥；另一方面要采用依法行政手段淘汰落后方法。
二、發(fā)展低溫余熱發(fā)電
余熱發(fā)電是指利用水泥燒成系統(tǒng)排出的廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電。按氣體溫度不同，余熱發(fā)電分高溫余熱發(fā)電、中低溫余熱發(fā)電和低溫余熱發(fā)電等3種。高溫余熱發(fā)電是利用中空干法窯排出的800℃～1000℃高溫氣體進(jìn)行發(fā)電；中低溫余熱發(fā)電是采用預(yù)分解窯排出的低溫廢氣與補(bǔ)燃鍋爐生產(chǎn)的高溫氣體相混合的中低溫氣體進(jìn)行發(fā)電；低溫余熱發(fā)電是利用預(yù)分解窯預(yù)熱器排出的300℃～400℃低溫廢氣與冷卻機(jī)排出的150℃～200℃低溫廢氣進(jìn)行發(fā)電。政府有關(guān)部門鼓勵(lì)發(fā)展低溫余熱發(fā)電，不主張推廣中低溫余熱發(fā)電，高溫余熱發(fā)電已被淘汰。
（1）預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)線現(xiàn)狀
2008年中國有預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)線935條，包括700～1，000t/d 、1，500～2，000t/d、2，000～2，500t/d、4，000～5，000t/d和10，000t/d熟料等不同規(guī)模的生產(chǎn)線。2，000t/d熟料及其以上規(guī)模的生產(chǎn)線有590條，2，000t/d熟料以下規(guī)模的生產(chǎn)線有345條 。
低溫余熱發(fā)電一般適宜裝置在2,000t/d熟料及其以上規(guī)模的生產(chǎn)線上。除特殊情況外2，000t/d熟料以下規(guī)模生產(chǎn)線上裝置低溫余熱發(fā)電不經(jīng)濟(jì)，目前這些小規(guī)模新型干法生產(chǎn)線已開始逐步淘汰。
（2）低溫余熱發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r
- 2008年中國有水泥工業(yè)裝置低溫余熱發(fā)電的新型干法生產(chǎn)線有263條，占可設(shè)置生產(chǎn)線總數(shù)的45%。
- 2008年新型干法生產(chǎn)線上已有193臺(tái)發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)1,661.7MW。
- 近幾年中國水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展非常迅速。
（3）通過發(fā)展低溫余熱發(fā)電減排CO2
利用廢氣余熱發(fā)電，節(jié)省了發(fā)電所需煤炭，減少了燃煤所排放的CO2總量。2008年中國水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)電71億KWh，按360gce/kwh計(jì)算，減排CO2665萬噸。到2008年年底，尚有55%可設(shè)置生產(chǎn)線上未裝置低溫余熱發(fā)電，中國水泥工業(yè)通過發(fā)展低溫余熱發(fā)電減排CO2，還有較大空間。除采用電石渣等濕原料的少數(shù)企業(yè)外，在日產(chǎn)2，000噸熟料及其以上規(guī)模的生產(chǎn)線上都應(yīng)裝置低溫余熱發(fā)電。低溫余熱發(fā)電應(yīng)作為新型干法的一個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)在新建水泥生產(chǎn)線時(shí)同步建設(shè)。
三、改善企業(yè)管理
中國新型干法水泥企業(yè)間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和熟料質(zhì)量存在較大差別，這是減排CO2的巨大空間。目前許多企業(yè)通過開展對(duì)標(biāo)活動(dòng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)經(jīng)營(yíng)管理，都取得了較好效果。對(duì)比3個(gè)方面的指標(biāo)：國家規(guī)定指標(biāo)、國際先進(jìn)企業(yè)指標(biāo)和國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)指標(biāo)。對(duì)比國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)指標(biāo)比較通行，具有現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)標(biāo)的項(xiàng)目包括：煤耗、電耗、熟料質(zhì)量、余熱發(fā)電量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率，甚至還有財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和成本控制指標(biāo)等等。改善企業(yè)管理是目前我國水泥工業(yè)減排CO2最簡(jiǎn)捷的辦法。
四、 調(diào)整品種結(jié)構(gòu)
水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)包括技術(shù)結(jié)構(gòu)、規(guī)模結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、流通結(jié)構(gòu)和品種結(jié)構(gòu)等。本報(bào)告的品種結(jié)構(gòu)是指通用水泥品種結(jié)構(gòu)。品種結(jié)構(gòu)與減排CO2有著密切的關(guān)系。
（1）水泥國家標(biāo)準(zhǔn)GB175—2007關(guān)于水泥組分的規(guī)定內(nèi)容
- 我國水泥品種結(jié)構(gòu)是多品種多等級(jí)的模式。
- 多品種多等級(jí)的結(jié)構(gòu)模式為采用熟料替代物創(chuàng)造了條件。
（2）水泥企業(yè)銷售品種結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
- 2008年6月1日實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)GB175—2007后企業(yè)銷售的品種結(jié)構(gòu)。
- 目前企業(yè)生產(chǎn)和銷售的水泥主要是低等級(jí)（如P·C32.5）和中等級(jí)（P·O42.5）的品種，高等級(jí)硅酸鹽水泥比例很低。
（3）水泥企業(yè)采用熟料替代物情況
某大型新型干法企業(yè)各品種水泥的混合材及其摻量：
某省立窯水泥企業(yè)各品種的混合材及其平均摻量：
- 我國水泥企業(yè)采用了大量礦渣、粉煤灰和石灰石等熟料替代物。
- 2008年使用熟料替代物約4億噸，為減排CO2作出了貢獻(xiàn)。
（4）水泥混凝土使用情況
我國各種工程使用的混凝土等級(jí)平均較低，是C30～C40等級(jí)， C70～C80高等級(jí)混凝土使用較少。國際經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家使用的混凝土等級(jí)平均較高，是C50～C60 等級(jí)，C70～C80高等級(jí)混凝土使用較普遍。使用高等級(jí)混凝土可縮小構(gòu)件斷面，減少水泥用量，從而減排CO2 。提高混凝土使用等級(jí)是減排CO2的重要途徑。
（5）通過開發(fā)市場(chǎng)調(diào)整水泥品種結(jié)構(gòu)
為提高混凝土使用等級(jí)，須推動(dòng)政府有關(guān)部門組織修訂各種工程的設(shè)計(jì)規(guī)范。高等級(jí)混凝土的大量使用必然提高高等級(jí)水泥品種的市場(chǎng)需求。市場(chǎng)需求使水泥品種結(jié)構(gòu)朝著高、中、低等級(jí)比例合理的方向調(diào)整，實(shí)現(xiàn)減排CO2 。
（6）提高熟料質(zhì)量適應(yīng)品種結(jié)構(gòu)調(diào)整
目前我國新型干法水泥企業(yè)間熟料質(zhì)量的差距很大。先進(jìn)企業(yè)熟料28天抗壓強(qiáng)度為62～70MPa，有很多企業(yè)則是50～62MPa，而且強(qiáng)度和其他質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng)都比較大。調(diào)整結(jié)構(gòu)、提高高等級(jí)水泥比例，要求使用高質(zhì)量熟料。提高熟料質(zhì)量可推進(jìn)合理使用熟料替代物，在盡可能多地使用熟料替代物的同時(shí)，改善水泥質(zhì)量。提高熟料和水泥的質(zhì)量可延長(zhǎng)建筑物使用壽命，這是節(jié)能減排的重要方面。中國水泥工業(yè)在調(diào)整品種結(jié)構(gòu)中尚存在減排CO2的巨大潛力。
五、推廣和開發(fā)低碳水泥新品種
20世紀(jì)70年代到80年代，中國建材研究院發(fā)明和開發(fā)出硫鋁酸鹽（CSA）水泥。在水泥工業(yè)減排CO2的研究中，中國的CSA水泥已引起國際著名水泥公司的關(guān)注。
1）CSA水泥是低碳水泥新品種
CSA水泥熟料礦物組成主要是C4A3S 和C2S，與硅酸鹽水泥有很大區(qū)別。CSA水泥熟料燒成溫度1300～1350℃，比硅酸鹽水泥低100 ℃。與硅酸鹽水泥相比，生產(chǎn)CSA水泥熟料可減排CO230%以上。
（2）CSA水泥在中國的應(yīng)用
自1979年2月北京長(zhǎng)安街復(fù)興門原國家海洋局大樓進(jìn)行施工起，CSA水泥在中國已有30年的應(yīng)用歷史。其目前主要有以下幾類：
冬季施工：103米高的沈陽電信工程大樓、北京長(zhǎng)城飯店、佳木斯火車站、南極長(zhǎng)城考察站等房屋建筑工程。
快速施工：北京東三環(huán)燕莎立交橋、首都機(jī)場(chǎng)停車坪、首都鋼鐵公司礦業(yè)公司道路、慶祝國慶60周年天安門金水橋修繕和北京長(zhǎng)安街改造工程等。
防水工程：天津市建材研究所地下實(shí)驗(yàn)室、唐山新區(qū)污水處理池、沈陽菲菲樂園地下工程等。
海洋工程：福建東山島南門海堤、青島黃島防砂堤、天津漢沽鹽場(chǎng)鐵路橋涵等。
水泥制品：水泥壓力管、水泥排水管、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土樁、玻璃纖維增強(qiáng)水泥（GRC）等?！?/DIV>
（3）推廣CSA水泥
目前CSA水泥主要用于制作混凝土膨脹劑、干拌砂漿、GRC、工廠生產(chǎn)下水管和一些快速施工工程。近幾年的銷售量在100～200萬噸，數(shù)量不大，使用不廣，須要積極推廣。為推廣應(yīng)用，須制訂使用CSA水泥在各種工程中的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范。為做好推廣工作，還須提高生產(chǎn)技術(shù)、改善生產(chǎn)管理，以穩(wěn)定質(zhì)量和降低成本。CSA水泥已有30年生產(chǎn)和應(yīng)用的歷史，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。
（4）開發(fā)低碳水泥新品種
C4A3S 礦物與C3S礦物相比，具有同樣早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但前者CaO含量較小，形成溫度又低，與有效礦物匹配可形成低碳水泥。但是 C4A3S礦物含Al2O3較高，原料來源較少，生產(chǎn)成本較高，只能作為特種水泥用于特殊工程，不能像硅酸鹽水泥那樣廣泛應(yīng)用。
通過C4A3S礦物與其他有效礦物匹配，降低Al2O3含量，擴(kuò)大原料來源，是進(jìn)一步開發(fā)低碳水泥新品種的技術(shù)途徑之一。
按這個(gè)構(gòu)思已開發(fā)出C4A3S—C2S—C6AF2體系的高鐵CSA水泥，即鐵鋁酸鹽（CFA）水泥。因此，目前中國的CSA水泥有普通CSA水泥和高鐵CSA水泥兩大系列品種。這些水泥品種都有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
待開發(fā)的低碳水泥有：C4A3S—C2S系統(tǒng)的高硅CSA水泥和C4A3S—C3S—C2S系統(tǒng)的硫鋁酸鈣改型硅酸鹽水泥等等。
六、采用替代燃料
水泥廠CO2排放總量中40%是由燃料燃燒產(chǎn)生。低碳燃料替代常規(guī)礦物燃料（煤）可減排CO220%～25%，即可減少水泥廠CO2排放總量的8%～10%。（低碳燃料是指：污水污泥、廢渣、廢油、廢紙、廢塑料、廢輪胎、廢木料和城市生活垃圾等等。）中國水泥工業(yè)采用替代燃料尚處于試點(diǎn)階段，并已有成功實(shí)例。為推廣采用替代燃料，還須要政府的政策支持和一些社會(huì)條件的配套。
七、關(guān)注和參加CO2捕捉與封存技術(shù)的研究開發(fā)
CO2捕捉和封存是近期國外學(xué)者提出的關(guān)于降低溫室氣體的科學(xué)構(gòu)思，正處在研究和開發(fā)階段。CO2捕捉和封存是冶金、化工、電力和水泥等多個(gè)行業(yè)的共享技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)屬基礎(chǔ)性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性科研項(xiàng)目，在中國應(yīng)列入國家科研發(fā)展規(guī)劃。中國水泥行業(yè)要密切關(guān)注CO2捕捉、封存和綜合利用技術(shù)的進(jìn)展。政府資助立項(xiàng)開展研究時(shí)，水泥行業(yè)應(yīng)積極爭(zhēng)取參加。
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