基于自下而上方法的中国水泥生产碳排放强度演变趋势分析

发布时间：2020-07-06 06:53

【摘要】：水泥工业减排是实现中国碳减排目标的重要组成部分,把握和理解中国水泥工业生产碳排放强度的演变趋势有助于评估和识别中国水泥工业的减排潜力和重点减排技术。水泥是社会经济发展所必需的基础性原材料,但中国水泥生产又是高能耗和高排放行业,使其成为政府和相关管理部门实施节能减排的重点关注之一。1981—2015年间,中国水泥消耗由8208万t急剧增长到234 800万t,占全世界总产量的一半以上,成为世界第一大水泥生产和消费国。本文利用节能减排成本曲线和技术普及趋势曲线,计算了16项水泥工业节能减排技术的节能减排潜力和普及趋势,并设计三种可能情景(基准情景、经济效率情景和技术情景),模拟了2015—2050年期间中国水泥工业碳排放强度的演变趋势。结果表明,到2050年,基准情景、经济效率情景和技术情景下中国水泥工业综合碳排放强度将分别下降至491kg CO_2/t、431kg CO_2/t和342kg CO_2/t。相比于IEA制定的2050年目标(420kg CO_2/t水泥),在技术情景下,中国水泥工业的碳排放强度将足够完成既定目标;而在经济效率情景下,中国水泥工业的碳排放强度离减排目标仍有11kg CO_2/t水泥的差距。这意味着,中国水泥工业若要实现IEA制定的减排目标,需要对各个过程的技术进行改进,重点应致力于针对工艺排放的减排技术路径,实施政府调控,能源或碳税机制等政策手段,是促进技术进步的重要推动力。
【图文】：

新型干法,过程

第39卷第12期资源科学http://www.resci.net2研究方法与数据来源2.1水泥生产过程中的碳排放水泥生产工艺主要有两种：立窑和新型干法。目前，新型干法水泥生产技术在中国水泥行业已取得绝对优势地位，2013年新型干法生产的水泥熟料占总产量的比例已达到96.2%[23]。尽管中国水泥行业的能源使用效率在近十年取得显著进步，但整体水平仍落后于国际先进水平，因此，节能减排仍是中国水泥行业的重点发展目标。以某新型干法生产线为例，如图1所示，水泥生产过程可分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨。生料制备阶段中，将石灰石质原料（主要含CaO）和粘土质原料（主要含SiO2和Al2O3）与少量的铁质校正原料（如铁矿石、硫酸厂的废渣等含有Fe2O3）分别破碎和烘干后，按照一定比例混合并磨细，并调配为成分合适、质量均匀的生料。熟料煅烧阶段中，将制备好的生料送入水泥窑内煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙（C3S、C2S、C3A、C4AF）为主要成分的水泥熟料（颗粒状或块状）。水泥粉磨阶段中，将熟料磨细，并在磨细过程中加入适量的石膏和一定量的混合材共同磨细成水泥。水泥的装运方式主要包括袋装和散装两种。水泥生产过程中的CO2排放主要有三种来源：工艺排放、燃料排放和电力排放。如图2所示，工艺排放和燃料排放主要发生在熟料煅烧阶段，这两种排放也是水泥生产的主要CO2排放源。电力排放的所占比例较小，其中生料粉磨和水泥粉磨过程的耗电量占比最大。水泥生料中的主要化学成分是碳酸钙，在高温作用下逐渐分解并释放出CO2，这类排放称之为工艺排放。分解后CaO将继续与硅质原料中的SiO2进行固相反应和液相反应，这一过程必须维持800℃~1450℃的高温条件，这?

碳排放,水泥生产,来源,情景

始年份；S为渗透参数。2.4情景假设水泥工业的生产技术发展趋势定义以下三种节能减排情景：（1）基准情景（BasicScenario），即维持2015年的能耗和排放水平不变。（2）经济效率情景（Cost-effectiveScenario），即考虑节能减排的经济成本，选择减排经济成本最小的技术组合。（3）技术情景（TechnologicalScenario），即不考虑节能减排的经济成本，选择减排最大化的技术组合。其他相关技术参数，如能源参数、电力排放因子和水泥熟料比例，在表3中列出。2.5数据来源使用的数据主要来源于国家发改委公布的8批图2水泥生产碳排放来源Table2ThesourcesofCO2emissionsincementproduction2347

曲线,减排成本,节能潜力,曲线

2017年12月曹植等：基于自下而上方法的中国水泥生产碳排放强度演变趋势分析http://www.resci.cn算结果。按照节能成本排序，并绘制燃料环节各项技术的节能成本曲线，如图3所示，关于燃料环节的累积节能潜力为46.8kgec/t。5项技术的单位减排成本皆为负，这表明从经济性来看这5项技术皆可行。其中，技术X2、X3和X4的节能潜力较大，分别达到14.3kgec/t、10.0kgec/t、18.2kgec/t。但X3（新型干法水泥窑生产运行节能监控优化系统技术）与X4（水泥熟料烧成系统优化技术）可相互替代，因为这两项技术都是对整个水泥生产系统进行优化的节能减排技术；X1（大推力多通道燃烧节能技术）与X5（四通道喷煤燃烧节能技术）也可相互替代，因为这两项技术皆可用于燃烧环节的优化。由此可知，若追求节能潜力最大化而不考虑成本，则应选择X1、X4和X2，这三项技术的累积节能潜力为36.1kgec/t；若考虑经济成本，则应选择X3、X1和X2，这三项技术的累积节能潜力为27.9kgec/t。如图4所示，关于电力环节的累积节能潜力为89.2kWh/t。其中，技术X12（水泥窑纯低温余热发电技术）的节能潜力最大，达到了36kWh/t。但需要注意的是，技术X7（高效优化粉磨节能技术）、X8（辊压机粉磨系统）、X9（立式磨装备及技术）、X14（新型水泥预粉磨节能技术）之间可相互替代。若追求节能潜力最大化而不考虑经济成本，则可选择X6、X12、X11、X14、X13、X10组合，累积节能潜力为67kWh/t；若考虑经济成本，则应选择X6、X12、注：1）标煤排放因子：26.37×44/12×1000kgCO2/1000000MJ×29.307MJ/kgec=2.83369383kg/kgec。其中，26.37为《中国水泥生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》中提供的水泥行业燃料含碳量，原单位为26.37tC/TJ；29.307MJ/kg为标煤热值?

【参考文献】