中国水泥工业减排CO2的现状与展望

　　环境恶化、气候变暖，是当今人类社会面临的大问题。2009年12月7日联合国在丹麦哥本哈根召开气候大会后，全世界工业发达国家和发展中国家都已将减排CO₂的工作提上本国发展中的重要议事日程。水泥工业是CO₂的排放大户，其排放量占人类活动制造的CO₂总量的5%。包括中国在内的全球水泥工业在未来生存和发展中必须解决减排CO₂的课题。中国水泥工业减排CO₂已取得很大成绩，今后必将更加努力，取得更大进展，作出应有的贡献。

 

　　中国水泥工业减排CO₂的现状和展望，我将从以下七个方面分别进行论述。

 

　　一、调整技术结构

　　中国水泥工业调整技术结构就是用先进的新型干法淘汰落后的生产方法。新型干法是指包括预分解窑烧成、现代粉磨、物料均化和自动控制等技术在内的生产方法，而落后生产方法是指立窑、湿法窑、立波尔窑和中空干法窑等生产方法。2008年中国水泥落后生产方法产量中，立窑产量占95%以上。

 

　　（1）各种生产方法的煤耗

　　（2）新型干法发展状况

　　（3）落后方法生产状况

　　（4）通过调整技术结构节能减排

　　中国水泥工业依靠新型干法快速发展，使单位产品能耗大幅度下降，吨熟料标准煤耗由2001年的150kgce/t下降到2007年的126 kgce/t。2008年落后生产方法产量下降了11，523万吨，由新型干法产量所取代，此项可节省369万吨标准煤，减排959万吨CO₂。中国水泥工业目前仍有近5亿吨落后方法产量，通过调整技术结构而节能减排的空间较大。淘汰落后生产方法应从两方面着手：一方面要科学发展新型干法，通过市场竞争淘汰落后方法生产的水泥；另一方面要采用依法行政手段淘汰落后方法。

 

　　二、发展低温余热发电

　　余热发电是指利用水泥烧成系统排出的废气余热进行发电。按气体温度不同，余热发电分高温余热发电、中低温余热发电和低温余热发电等3种。高温余热发电是利用中空干法窑排出的800℃～1000℃高温气体进行发电；中低温余热发电是采用预分解窑排出的低温废气与补燃锅炉生产的高温气体相混合的中低温气体进行发电；低温余热发电是利用预分解窑预热器排出的300℃～400℃低温废气与冷却机排出的150℃～200℃低温废气进行发电。政府有关部门鼓励发展低温余热发电，不主张推广中低温余热发电，高温余热发电已被淘汰。

 

　　（1）预分解窑新型干法生产线现状

　　2008年中国有预分解窑新型干法生产线935条，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熟料等不同规模的生产线。2，000t/d熟料及其以上规模的生产线有590条，2，000t/d熟料以下规模的生产线有345条 。

 

　　低温余热发电一般适宜装置在2,000t/d熟料及其以上规模的生产线上。除特殊情况外2，000t/d熟料以下规模生产线上装置低温余热发电不经济，目前这些小规模新型干法生产线已开始逐步淘汰。

 

　　（2）低温余热发电发展状况

　　（3）通过发展低温余热发电减排CO₂

　　利用废气余热发电，节省了发电所需煤炭，减少了燃煤所排放的CO₂总量。2008年中国水泥工业低温余热发电71亿KWh，按360gce/kwh计算，减排CO₂665万吨。到2008年年底，尚有55%可设置生产线上未装置低温余热发电，中国水泥工业通过发展低温余热发电减排CO₂，还有较大空间。除采用电石渣等湿原料的少数企业外，在日产2，000吨熟料及其以上规模的生产线上都应装置低温余热发电。低温余热发电应作为新型干法的一个重要工艺环节在新建水泥生产线时同步建设。

 

　　三、改善企业管理

　　中国新型干法水泥企业间的技术经济指标和熟料质量存在较大差别，这是减排CO₂的巨大空间。目前许多企业通过开展对标活动进行技术创新和改进经营管理，都取得了较好效果。对比3个方面的指标：国家规定指标、国际先进企业指标和国内先进企业指标。对比国内先进企业指标比较通行，具有现实意义。对标的项目包括：煤耗、电耗、熟料质量、余热发电量、设备运转率、劳动生产率，甚至还有财务数据和成本控制指标等等。改善企业管理是目前我国水泥工业减排CO₂最简捷的办法。

 

　　水泥工业结构包括技术结构、规模结构、组织结构、流通结构和品种结构等。本报告的品种结构是指通用水泥品种结构。品种结构与减排CO₂有着密切的关系。

 

　　（2）水泥企业销售品种结构现状

　　（3）水泥企业采用熟料替代物情况

　　某大型新型干法企业各品种水泥的混合材及其掺量：

　　某省立窑水泥企业各品种的混合材及其平均掺量：

　　（4）水泥混凝土使用情况

　　我国各种工程使用的混凝土等级平均较低，是C30～C40等级， C70～C80高等级混凝土使用较少。国际经济发达国家使用的混凝土等级平均较高，是C50～C60 等级，C70～C80高等级混凝土使用较普遍。使用高等级混凝土可缩小构件断面，减少水泥用量，从而减排CO₂ 。提高混凝土使用等级是减排CO₂的重要途径。

 

　　（5）通过开发市场调整水泥品种结构

　　为提高混凝土使用等级，须推动政府有关部门组织修订各种工程的设计规范。高等级混凝土的大量使用必然提高高等级水泥品种的市场需求。市场需求使水泥品种结构朝着高、中、低等级比例合理的方向调整，实现减排CO₂ 。

 

　　（6）提高熟料质量适应品种结构调整

　　目前我国新型干法水泥企业间熟料质量的差距很大。先进企业熟料28天抗压强度为62～70MPa，有很多企业则是50～62MPa，而且强度和其他质量指标波动都比较大。调整结构、提高高等级水泥比例，要求使用高质量熟料。提高熟料质量可推进合理使用熟料替代物，在尽可能多地使用熟料替代物的同时，改善水泥质量。提高熟料和水泥的质量可延长建筑物使用寿命，这是节能减排的重要方面。中国水泥工业在调整品种结构中尚存在减排CO₂的巨大潜力。

 

　　五、推广和开发低碳水泥新品种

　　20世纪70年代到80年代，中国建材研究院发明和开发出硫铝酸盐（CSA）水泥。在水泥工业减排CO₂的研究中，中国的CSA水泥已引起国际著名水泥公司的关注。

 

　　1）CSA水泥是低碳水泥新品种

 

　　CSA水泥熟料矿物组成主要是C₄A₃S 和C₂S，与硅酸盐水泥有很大区别。CSA水泥熟料烧成温度1300～1350℃，比硅酸盐水泥低100 ℃。与硅酸盐水泥相比，生产CSA水泥熟料可减排CO₂30%以上。

 

　　（2）CSA水泥在中国的应用

　　自1979年2月北京长安街复兴门原国家海洋局大楼进行施工起，CSA水泥在中国已有30年的应用历史。其目前主要有以下几类：

　　冬季施工：103米高的沈阳电信工程大楼、北京长城饭店、佳木斯火车站、南极长城考察站等房屋建筑工程。

　　快速施工：北京东三环燕莎立交桥、首都机场停车坪、首都钢铁公司矿业公司道路、庆祝国庆60周年天安门金水桥修缮和北京长安街改造工程等。

　　防水工程：天津市建材研究所地下实验室、唐山新区污水处理池、沈阳菲菲乐园地下工程等。

　　海洋工程：福建东山岛南门海堤、青岛黄岛防砂堤、天津汉沽盐场铁路桥涵等。

　　水泥制品：水泥压力管、水泥排水管、高强预应力混凝土桩、玻璃纤维增强水泥（GRC）等。　

 

　　（3）推广CSA水泥

　　目前CSA水泥主要用于制作混凝土膨胀剂、干拌砂浆、GRC、工厂生产下水管和一些快速施工工程。近几年的销售量在100～200万吨，数量不大，使用不广，须要积极推广。为推广应用，须制订使用CSA水泥在各种工程中的设计规范和施工规范。为做好推广工作，还须提高生产技术、改善生产管理，以稳定质量和降低成本。CSA水泥已有30年生产和应用的历史，为进一步推广应用创造了有利条件。

 

　　（4）开发低碳水泥新品种

　　C₄A₃S 矿物与C₃S矿物相比，具有同样早期强度高的特点，但前者CaO含量较小，形成温度又低，与有效矿物匹配可形成低碳水泥。但是 C₄A₃S矿物含Al₂O₃较高，原料来源较少，生产成本较高，只能作为特种水泥用于特殊工程，不能像硅酸盐水泥那样广泛应用。

 

　　通过C4A3S矿物与其他有效矿物匹配，降低Al₂O₃含量，扩大原料来源，是进一步开发低碳水泥新品种的技术途径之一。

　　按这个构思已开发出C₄A₃S—C₂S—C₆AF₂体系的高铁CSA水泥，即铁铝酸盐（CFA）水泥。因此，目前中国的CSA水泥有普通CSA水泥和高铁CSA水泥两大系列品种。这些水泥品种都有国家标准或行业标准。

 

　　待开发的低碳水泥有：C4A3S—C2S系统的高硅CSA水泥和C4A3S—C3S—C2S系统的硫铝酸钙改型硅酸盐水泥等等。

 

　　六、采用替代燃料

　　水泥厂CO₂排放总量中40%是由燃料燃烧产生。低碳燃料替代常规矿物燃料（煤）可减排CO₂20%～25%，即可减少水泥厂CO₂排放总量的8%～10%。（低碳燃料是指：污水污泥、废渣、废油、废纸、废塑料、废轮胎、废木料和城市生活垃圾等等。）中国水泥工业采用替代燃料尚处于试点阶段，并已有成功实例。为推广采用替代燃料，还须要政府的政策支持和一些社会条件的配套。

 

　　七、关注和参加CO₂捕捉与封存技术的研究开发

　　CO₂捕捉和封存是近期国外学者提出的关于降低温室气体的科学构思，正处在研究和开发阶段。CO₂捕捉和封存是冶金、化工、电力和水泥等多个行业的共享技术。这项技术属基础性、长远性科研项目，在中国应列入国家科研发展规划。中国水泥行业要密切关注CO₂捕捉、封存和综合利用技术的进展。政府资助立项开展研究时，水泥行业应积极争取参加。