深度分析：水泥工业低碳排放途径和潜力分析

　　我国是世界最大的水泥生产国和消费国，2014年全国水泥产量24.8亿吨，约占世界水泥总量的60%。

　　水泥工业是工业领域中二氧化碳排放大户，存在两种直接产生二氧化碳的排放源。其中，最大的排放源属于工艺过程排放，来自于水泥生产过程中的碳酸盐分解（约占总量的56%）；其次是能源燃烧排放，来自于化石燃料的燃烧（约占总量的32%）。此外，水泥生产过程还消耗大量的电力，并由此产生较大数量的二氧化碳间接排放（约占总量的12%）。

　　据初步估算，2014年我国水泥工业二氧化碳排放总量约13.6亿吨，超过全国总排放量的十分之一。因此，探讨水泥工业碳减排潜力，对我国水泥工业可持续发展具有十分重要的意义。

　　一、提高熟料质量，减少水泥熟料掺入量

　　熟料是水泥主要组分。由熟料、石膏、混合材等按一定比例混合粉磨后，即成为不同品种的水泥。

　　矿渣、粉煤灰、炉底渣等工业废渣以及天然火山灰可部分替代水泥中的熟料。由于熟料使用量减少，相应地可减少与熟料生产相关的工艺过程排放和能源消耗产生的CO2排放，是水泥工业实现碳减排的一个重要途径。

　　进入新世纪以来，随着新型干法水泥生产的迅速普及，我国水泥熟料质量水平有了明显提高，单位水泥的平均熟料掺入率由2005年的73.2%下降至目前的60%左右，混合材掺入量已远高于世界平均水平。客观上看，我国水泥生产平均熟料掺入率的降低，既有技术进步影响和新型干法水泥质量提高等因素，也存在着一些水泥企业、特别是中小型水泥粉磨站为降低生产成本，不合理地多掺混合材等现象。

　　随着今后32.5复合水泥的取消，必将对熟料掺入率进一步下滑起到抑制作用。因此，利用工业废渣或天然火山灰替代部分水泥熟料，实现水泥工业碳减排的潜力十分有限。

　　二、加快技术进步，继续提高能效

　　第二代新型干法水泥技术以“创新提升、超越引领”为主要目标，将在不改变悬浮预热和预分解这一主要工艺技术特征的基础上，进一步创新与拓展窑体功能，优化与提升高能效预热预分解和烧成技术，攻克与突破氮氧化物和粉尘减排的技术瓶颈，充分运用和推广料床粉磨技术，提高产品质量和降低能耗，使我国新型干法水泥的技术、装备、资源能源利用效率、自动化水平、经济技术指标都得到较大的提升。预期主要能耗指标将达到：熟料烧成热耗≤680kcal/kg，熟料电耗≤52kWh/t，水泥电耗≤82kWh/t。

　　按上述指标测算，水泥行业每年可节省燃煤1400万吨，节电230亿kWh，减排CO2约5500万吨。

　　三、利用可燃废弃物替代部分燃料

　　欧洲、日本等发达国家水泥企业已成为协同处置各种工业废弃物的主要场所之一，成为城市经济圈内清洁、高效消纳生活垃圾和下水道污泥等废弃物的一种颇具优越性的解决方案。但我国水泥工业在利用可燃性废弃物方面尚处于起步阶段，目前只有极少数水泥企业开展这方面的工作，与欧洲国家平均30%的替代率存在很大差距。

　　随着我国工业化水平和人民生活水平的提高，工业废料和生活垃圾排放量日益增加，处置废弃物的土地资源面临短缺，利用水泥工业协同处置废弃物具有很好的前景，有望取得突破并在全国推广。若我国二次燃料替代率达到5%，则全行业每年可节省燃煤消耗约820万吨标煤，减排CO2约2000万吨；若达到欧洲国家30%的水平，则每年可减排CO2超过1亿吨。

　　四、科学规划，减少使用环节水泥浪费

　　长期以来，我国建设领域缺乏全面的前瞻性研究，各类规划变更频繁，造成的大拆大建现象比较普遍，这也为我国水泥产量屡创新高起到了推波助澜作用。

　　目前，我国每年施工建设所产生和排出的建筑垃圾在4亿吨以上，制订科学合理的建设规划，避免不必要的大拆大建，着力提高建筑物使用年限，将是减少水泥用量的重要举措。在我国水泥工业已基本完成技术结构调整后，致力于提高全社会的节约意识，减少使用环节的浪费将是实现水泥工业碳减排的重要保障。

　　五、加大科研投入，探索水泥工业低碳排放新途径

　　1、研发低CO2排放的水泥新品种

　　典型代表有高贝利特水泥、硫铝酸盐水泥、地聚水泥、MgO水泥等。这些新型水泥的力学性能与普通波特兰水泥类似，但其生产技术工艺还处于开发阶段。

　　2、碳捕集与碳贮存

　　碳捕集与碳贮存是一项面向未来的减少碳排放的最新技术，即在CO2排放到大气中之前将其捕集，然后压缩成液体，通过管道运输到地下深层永久贮存。

　　由于这项技术涉及大量的投资、昂贵的成本、输送CO2的基础设施以及贮存地点等众多经济、技术和社会条件，目前只有少数几个发达国家掌握该项技术，且只是试用于电力及石油工业。

　　若取得技术突破，上述低CO2排放水泥新品种具备产业化生产条件，或碳捕集与碳贮存技术能够在水泥生产中得到工业化应用，则必将为水泥工业的低碳排放取得革命性成果。