發(fā)布時(shí)間：2020-07-06 06:53

【摘要】：水泥工業(yè)減排是實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳減排目標(biāo)的重要組成部分,把握和理解中國(guó)水泥工業(yè)生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度的演變趨勢(shì)有助于評(píng)估和識(shí)別中國(guó)水泥工業(yè)的減排潛力和重點(diǎn)減排技術(shù)。水泥是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必需的基礎(chǔ)性原材料,但中國(guó)水泥生產(chǎn)又是高能耗和高排放行業(yè),使其成為政府和相關(guān)管理部門(mén)實(shí)施節(jié)能減排的重點(diǎn)關(guān)注之一。1981—2015年間,中國(guó)水泥消耗由8208萬(wàn)t急劇增長(zhǎng)到234 800萬(wàn)t,占全世界總產(chǎn)量的一半以上,成為世界第一大水泥生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。本文利用節(jié)能減排成本曲線(xiàn)和技術(shù)普及趨勢(shì)曲線(xiàn),計(jì)算了16項(xiàng)水泥工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的節(jié)能減排潛力和普及趨勢(shì),并設(shè)計(jì)三種可能情景(基準(zhǔn)情景、經(jīng)濟(jì)效率情景和技術(shù)情景),模擬了2015—2050年期間中國(guó)水泥工業(yè)碳排放強(qiáng)度的演變趨勢(shì)。結(jié)果表明,到2050年,基準(zhǔn)情景、經(jīng)濟(jì)效率情景和技術(shù)情景下中國(guó)水泥工業(yè)綜合碳排放強(qiáng)度將分別下降至491kg CO_2/t、431kg CO_2/t和342kg CO_2/t。相比于IEA制定的2050年目標(biāo)(420kg CO_2/t水泥),在技術(shù)情景下,中國(guó)水泥工業(yè)的碳排放強(qiáng)度將足夠完成既定目標(biāo);而在經(jīng)濟(jì)效率情景下,中國(guó)水泥工業(yè)的碳排放強(qiáng)度離減排目標(biāo)仍有11kg CO_2/t水泥的差距。這意味著,中國(guó)水泥工業(yè)若要實(shí)現(xiàn)IEA制定的減排目標(biāo),需要對(duì)各個(gè)過(guò)程的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),重點(diǎn)應(yīng)致力于針對(duì)工藝排放的減排技術(shù)路徑,實(shí)施政府調(diào)控,能源或碳稅機(jī)制等政策手段,是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的重要推動(dòng)力。
【圖文】：

第39卷第12期資源科學(xué)http://www.resci.net2研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源2.1水泥生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放水泥生產(chǎn)工藝主要有兩種：立窯和新型干法。目前，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)在中國(guó)水泥行業(yè)已取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，2013年新型干法生產(chǎn)的水泥熟料占總產(chǎn)量的比例已達(dá)到96.2%[23]。盡管中國(guó)水泥行業(yè)的能源使用效率在近十年取得顯著進(jìn)步，但整體水平仍落后于國(guó)際先進(jìn)水平，因此，節(jié)能減排仍是中國(guó)水泥行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。以某新型干法生產(chǎn)線(xiàn)為例，如圖1所示，水泥生產(chǎn)過(guò)程可分為三個(gè)階段：生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨。生料制備階段中，將石灰石質(zhì)原料（主要含CaO）和粘土質(zhì)原料（主要含SiO2和Al2O3）與少量的鐵質(zhì)校正原料（如鐵礦石、硫酸廠的廢渣等含有Fe2O3）分別破碎和烘干后，按照一定比例混合并磨細(xì)，并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料。熟料煅燒階段中，將制備好的生料送入水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣（C3S、C2S、C3A、C4AF）為主要成分的水泥熟料（顆粒狀或塊狀）。水泥粉磨階段中，將熟料磨細(xì)，并在磨細(xì)過(guò)程中加入適量的石膏和一定量的混合材共同磨細(xì)成水泥。水泥的裝運(yùn)方式主要包括袋裝和散裝兩種。水泥生產(chǎn)過(guò)程中的CO2排放主要有三種來(lái)源：工藝排放、燃料排放和電力排放。如圖2所示，工藝排放和燃料排放主要發(fā)生在熟料煅燒階段，這兩種排放也是水泥生產(chǎn)的主要CO2排放源。電力排放的所占比例較小，其中生料粉磨和水泥粉磨過(guò)程的耗電量占比最大。水泥生料中的主要化學(xué)成分是碳酸鈣，在高溫作用下逐漸分解并釋放出CO2，這類(lèi)排放稱(chēng)之為工藝排放。分解后CaO將繼續(xù)與硅質(zhì)原料中的SiO2進(jìn)行固相反應(yīng)和液相反應(yīng)，這一過(guò)程必須維持800℃~1450℃的高溫條件，這?

始年份；S為滲透參數(shù)。2.4情景假設(shè)水泥工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)定義以下三種節(jié)能減排情景：（1）基準(zhǔn)情景（BasicScenario），即維持2015年的能耗和排放水平不變。（2）經(jīng)濟(jì)效率情景（Cost-effectiveScenario），即考慮節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)成本，選擇減排經(jīng)濟(jì)成本最小的技術(shù)組合。（3）技術(shù)情景（TechnologicalScenario），即不考慮節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)成本，選擇減排最大化的技術(shù)組合。其他相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如能源參數(shù)、電力排放因子和水泥熟料比例，在表3中列出。2.5數(shù)據(jù)來(lái)源使用的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于國(guó)家發(fā)改委公布的8批圖2水泥生產(chǎn)碳排放來(lái)源Table2ThesourcesofCO2emissionsincementproduction2347

2017年12月曹植等：基于自下而上方法的中國(guó)水泥生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度演變趨勢(shì)分析http://www.resci.cn算結(jié)果。按照節(jié)能成本排序，并繪制燃料環(huán)節(jié)各項(xiàng)技術(shù)的節(jié)能成本曲線(xiàn)，如圖3所示，關(guān)于燃料環(huán)節(jié)的累積節(jié)能潛力為46.8kgec/t。5項(xiàng)技術(shù)的單位減排成本皆為負(fù)，這表明從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看這5項(xiàng)技術(shù)皆可行。其中，技術(shù)X2、X3和X4的節(jié)能潛力較大，分別達(dá)到14.3kgec/t、10.0kgec/t、18.2kgec/t。但X3（新型干法水泥窯生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)能監(jiān)控優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)）與X4（水泥熟料燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)）可相互替代，因?yàn)檫@兩項(xiàng)技術(shù)都是對(duì)整個(gè)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的節(jié)能減排技術(shù)；X1（大推力多通道燃燒節(jié)能技術(shù)）與X5（四通道噴煤燃燒節(jié)能技術(shù)）也可相互替代，因?yàn)檫@兩項(xiàng)技術(shù)皆可用于燃燒環(huán)節(jié)的優(yōu)化。由此可知，若追求節(jié)能潛力最大化而不考慮成本，則應(yīng)選擇X1、X4和X2，這三項(xiàng)技術(shù)的累積節(jié)能潛力為36.1kgec/t；若考慮經(jīng)濟(jì)成本，則應(yīng)選擇X3、X1和X2，這三項(xiàng)技術(shù)的累積節(jié)能潛力為27.9kgec/t。如圖4所示，關(guān)于電力環(huán)節(jié)的累積節(jié)能潛力為89.2kWh/t。其中，技術(shù)X12（水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)）的節(jié)能潛力最大，達(dá)到了36kWh/t。但需要注意的是，技術(shù)X7（高效優(yōu)化粉磨節(jié)能技術(shù)）、X8（輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)）、X9（立式磨裝備及技術(shù)）、X14（新型水泥預(yù)粉磨節(jié)能技術(shù)）之間可相互替代。若追求節(jié)能潛力最大化而不考慮經(jīng)濟(jì)成本，則可選擇X6、X12、X11、X14、X13、X10組合，累積節(jié)能潛力為67kWh/t；若考慮經(jīng)濟(jì)成本，則應(yīng)選擇X6、X12、注：1）標(biāo)煤排放因子：26.37×44/12×1000kgCO2/1000000MJ×29.307MJ/kgec=2.83369383kg/kgec。其中，26.37為《中國(guó)水泥生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南》中提供的水泥行業(yè)燃料含碳量，原單位為26.37tC/TJ；29.307MJ/kg為標(biāo)煤熱值?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2743305