浅谈水泥行业碳减排途径

浅谈水泥行业碳减排途径

赵小华  刘生发

（陕西北元集团水泥有限公司，陕西 神木 719319）

摘  要：2022年，我国水泥领域碳排放约13.75亿多吨，占全国碳排放总量的13.5%，是除了电力企业(40%)和钢铁行业(14%)之外第三大碳排放领域。因此就水泥行业生产而言，要实现碳中和将面临巨大的挑战。本文从现行的政策、减排形式，化石燃料使用种类、石灰石原料碳排放的特点、核算，节能降耗及替代燃料研究、碳捕获、封存与利用(CCUS)、节能降碳具体措施等碳减排路径等方面进行分析，并给出相关措施建议，以帮助水泥行业积极实现碳中和。

关键词：水泥；碳减排；节能

1  前  言

自我国明确提出“2030碳达峰，2060碳中和”的发展目标后，涉及碳排放的主要八大行业都迅速行动起来，相继出台了对应行业的碳排放相关政策指南，水泥生产行业二氧化碳排放量占全世界约8%，所以水泥行业是实现碳达峰碳中和的重要组成部分，减排的作为和成果，事关国家“双碳”战略成与败，因此，水泥行业降碳减排迫在眉睫。

生态环境部已将水泥行业纳入高排放行业进行统一管理，因此探寻行之有效的碳减排途径尤为重要。

2  水泥行业碳减排形势

随着我国经济的持续增长，疫情的结束，俄乌战争导致的建筑设施毁坏及第三世界国家基础建设对水泥的需求，近几年水泥的产能总体呈上升趋势。

2021年12月21日公布的《“十四五”原料工业建设规划》中指出，原料工业属于典型的“高污染、高物料消耗、高耗能”领域，是我国节能降耗关键被控对象。整体规划提出了三个数字指标值：“十四五”期内，“钢铁行业吨钢综合能耗减少2%，水泥商品企业水泥熟料能源消耗减少3.7%，电解铝厂碳排放降低5%”。

依据中国统计局资料显示，2020年全国各地总计水泥生产量23.77亿多吨，约占世界总产量的60%，稳居世界第一；碳排放局势不断不容乐观，2020年，水泥市场在全国所有工业行业里，碳排放总量约13.75亿多吨，占全国碳排放总量的13.5％上下,是除了电力企业(40%)和钢铁行业(14%)之外第三大碳排放领域，因此水泥产业链急待有效解决碳排放问题，亟需向绿色低碳环保、环境保护转型发展，这是实现碳达峰碳中和目标的重要组成部分。

3  水泥行业碳排放来源及核算

水泥生产制造过程可以分为原料燃料制备、水泥熟料锻烧和水泥水泥粉磨三个主要环节，其中热源提供主要是化石燃料煤，其碳排放主要是化石燃料燃烧及碳酸盐分解（90％的CO2），其余10％来源于原料制取和水泥产品制造环节。

水泥生产制造过程中碳排放量的源头主要包含以下几种阶段：

1)水泥原料中碳酸钙分解所产生的二氧化碳。

2)水泥熟料煅烧过程燃煤燃烧所产生的二氧化碳。

3)原料中炉渣、煤矸石砖、煤灰等辅材所含的非燃料碳在高温煅烧过程中转换的二氧化碳。

4)协同处置废料过程中，取代燃料及其废料中非生物质燃料碳燃烧所产生的二氧化碳。

5)水泥生产耗电及供热间接的二氧化碳。

6）运输过程间接的二氧化碳。

水泥生产过程中二氧化碳总排放量相当于之上六个方面的排放量总和，即企业边界内每一个排放源排放量总和。

在企业边界内排放源中，原料锻烧过程，碳酸盐分解所产生的二氧化碳约占排放量的83％，燃料燃烧约占排放量的10％左右。比较之下其他排放源产生的二氧化碳仅占很小一部分。在目前生产技术条件下，原料锻烧过程及燃煤燃烧是需要解决的主要矛盾。相比较而言电石渣生产水泥无疑是降碳的有效措施之一。

4  水泥工业碳减排路径

4.1.废气回收利用，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外，仍有近30%的热量可以利用。充分利用这些中低品位的余热是节约能源、减少温室气体的排放。

4.2。太阳能光伏项目：利用厂房屋顶或园区有效的空地建设分布式光伏发电系统。

4.3.预热器表面散热损失回收利用，预热器系统由原有的硅酸钙板更换为新型纳米隔热材料。

4.4. 优化和开发低能耗，低压阻、高产量的预热器分解炉系统。

4.5回收利用生物质燃料 (我国作为农业大国，生物质燃料资料丰富，仅秸秆类生物质燃料年产量即达6亿吨，普遍存在利用效率低、污染环境等诸多问题，而在水泥工业，生物质燃料替代率理论上可达到20%，每2t生物质燃料可以替代1t标准煤(限于当前工艺技术水平，实际还达不到上述指标)以一条5000t/d生产线为例，每年需用标准煤15万t，按10%替代率计算，每年可节约标准煤1.5万t；按全国每年18亿t熟料产量计算，每年可节约标准煤1800万t，潜力巨大)。

4.6．原料替代，比如粉煤灰替代水泥，添加石墨烯；

4.7改进生产工艺，提高生产线的数字化水平。

4.8优化配料方案.

4.9提高设备能效。

4.10采用镓基液态金属将二氧化碳转化为固体碳，可以推进重工业的脱碳

4.11碳铺集、碳封存、碳利用

5  结论

水泥行业是排碳的大户，对于我国实现碳达峰碳中和目标意义重大，笔者认为水泥行业减碳方向和路径行之有效，只要方向正确，加大技术投入力度，降碳的效能一定能实现，水泥领域碳减目前大多数技术还处在基础研究或着试验环节阶段，水泥企业可根据自己的实际情况择优选择降碳的途径。

作者简介：

赵小华  女，汉族。陕西省神木市，现就职于陕西北元集团水泥有限公司， 297213175@qq.com

地址：陕西省榆林市神木市高新技术产业开发区 陕西北元集团水泥有限公司 邮编：719319

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