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              水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑淺析
              水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑淺析

              在碳達峰、碳中和“3060”目標背景下,水泥企業(yè)應從排放端和吸收端同時(shí)發(fā)力,積極采取有效的節能減排措施,為行業(yè)碳減排做貢獻。本文將簡(jiǎn)要分析和探討水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑。

              2020年9月,習近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )上宣布中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策措施,力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現碳中和?!笆奈濉蹦酥廖磥?lái)很長(cháng)的一段時(shí)期,減排降碳、低碳發(fā)展都將是我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重要主題。

              2021年1月,中國建筑材料聯(lián)合會(huì )發(fā)布《推進(jìn)建筑材料行業(yè)碳達峰、碳中和行動(dòng)倡議書(shū)》,提出“水泥等行業(yè)要在2023年前率先實(shí)現碳達峰”。水泥行業(yè)作為碳排放大戶(hù),實(shí)現碳達峰、碳中和“3060”目標是一項長(cháng)期、復雜而艱巨的任務(wù),需要在排放端和吸收端同時(shí)發(fā)力。在排放端,要從源頭減少排放源、降低排放強度,應從結構調整、技術(shù)創(chuàng )新、節能降耗等方面大力推進(jìn)碳減排。在吸收端,推動(dòng)碳捕集、利用和封存,降低碳排放。此外還應大力推進(jìn)碳排放權交易市場(chǎng)建設,通過(guò)經(jīng)濟手段引導鼓勵碳減排。

              一、碳達峰、碳中和概念

              1、碳達峰

              碳達峰是指二氧化碳排放總量在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)達到歷史最高值,之后二氧化碳的排放總量不再增長(cháng)而是逐漸回落。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)并非是一個(gè)特定時(shí)間,而是一個(gè)平臺期。碳達峰目標包括達峰年份和峰值。

              2、碳中和

              碳中和是指企業(yè)、團體或個(gè)人在一定時(shí)間內直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放總量,通過(guò)二氧化碳去除手段予以抵消平衡,達到二氧化碳“凈零排放”。碳達峰是碳中和的基礎,碳中和則是低碳發(fā)展的最終目標。

              二、水泥企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳

              1、水泥行業(yè)二氧化碳占比

              統計數據顯示,我國2020年水泥產(chǎn)量達23.77億t,水泥熟料產(chǎn)量達到15.79億t。我國2020年水泥行業(yè)碳排放總量約12.3億t,約占全國二氧化碳排放總量的15%左右。我國水泥企業(yè)生產(chǎn)1t水泥熟料平均排放0.8~0.9tCO2。

              2、水泥企業(yè)二氧化碳來(lái)源

              水泥企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳可分為直接排放和間接排放,其中直接排放主要是生料中碳酸鹽礦物分解、原料有機碳燃燒、燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳,集中在熟料燒成環(huán)節;間接排放主要是水泥生產(chǎn)消耗電力產(chǎn)生的二氧化碳,其直接排放點(diǎn)并不在水泥廠(chǎng),而是在火力發(fā)電廠(chǎng)。

              三、水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑

              1、原料替代技術(shù)

              石灰石是水泥熟料生產(chǎn)的主要原料,主要成分是碳酸鹽礦物,其分解產(chǎn)生的二氧化碳約占水泥企業(yè)排放總量的40%~65%,平均值為58.5%。水泥企業(yè)通過(guò)利用含有鈣質(zhì)但不額外產(chǎn)生二氧化碳的物質(zhì)作替代原料,能有效降低碳酸鹽礦物分解產(chǎn)生的二氧化碳排放量;同時(shí)通過(guò)減少水泥熟料使用量,也能夠減少二氧化碳排放。

              研究表明,隨著(zhù)水泥生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平的提升,電石渣可完全替代石灰石生產(chǎn)水泥。新疆米東天山電石渣綜合利用工程利用100%的濕排電石渣生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料。譚明洋等研究表明,磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥具有良好的前景,使用工業(yè)石膏也可減少水泥生料配料中石灰石的使用比例。

              2、燃料替代技術(shù)

              水泥熟料生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)1300~1450℃的高溫煅燒,將會(huì )消耗大量的化石能源,化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳約占水泥企業(yè)碳排放總量的30%~35%。水泥行業(yè)可通過(guò)利用廢輪胎、衍生燃料、生物質(zhì)燃料、廢油及溶劑、生活垃圾、市政污泥等作為替代燃料。

              歐盟等發(fā)達國家的水泥企業(yè)化石燃料替代率已平均在28%以上,其中德國已達60%以上。我國水泥企業(yè)化石燃料替代率還較低,其中海螺在樅陽(yáng)建成國內首條生物質(zhì)替代化石燃料項目,一期正常運行后預計可每年節省原煤約4.9萬(wàn)t,實(shí)現生物質(zhì)燃料替代率超過(guò)45%。

              3、節能減排技術(shù)

              水泥企業(yè)參考二代水泥技術(shù)標準對存量生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)改造和裝備升級,推廣應用高效粉磨、高效低阻預熱器、高能效分解爐及第四代冷卻機等節能減排技術(shù)與裝備,提高余熱利用效率,進(jìn)而降低單位產(chǎn)品的綜合能耗,是實(shí)現低碳生產(chǎn)的重要途徑。

              國外水泥企業(yè)已廣泛利用富氧燃燒技術(shù),美國水泥企業(yè)平均提產(chǎn)8%~10%,燃料消耗降低3%~5%。天津院研發(fā)了六級組預熱預分解系統和生料輥壓機終粉磨技術(shù),可實(shí)現噸熟料標煤耗低于93kg。我國先進(jìn)的余熱發(fā)電噸熟料發(fā)電可達40kWh。

              4、低碳水泥技術(shù)

              高貝利特水泥、BCT水泥(貝利特-硫鋁酸鹽水泥)及LC3水泥等低碳型水泥有望替代普通硅酸鹽水泥,能夠顯著(zhù)降低水泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放,已成為水泥企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

              高貝利特水泥熟料中以C2S為主,熟料燒成溫度僅為1350℃,因此與普通硅酸鹽水泥相比,高貝利特水泥具有低資源消耗、低二氧化碳排放等特點(diǎn),但早期強度較低。德國海德堡公司發(fā)明BCT水泥,其熟料煅燒溫度在1250~1300℃,預計可節約燃料和電力消耗10%~15%,CO2排放相比傳統普通硅酸鹽水泥熟料降低30%。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(洛桑)開(kāi)發(fā)了LC3水泥,通過(guò)火山灰反應和石灰石-黏土的相互作用增強膠凝材料的性能,預計可減少30%的CO2排放和15%~20%的生產(chǎn)能耗。

              5、碳捕集技術(shù)

              碳捕集技術(shù)是從工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中將二氧化碳分離出來(lái),分為燃燒前、燃燒后和富氧燃燒捕捉。燃燒前捕捉具備工藝廣泛、能耗比較小、分離設備尺寸相對小、投資低等特點(diǎn);燃燒后捕捉能耗較高、燃燒設備尺寸龐大,投資運營(yíng)成本高;富氧燃燒捕捉需要特殊燃燒設備和技術(shù)手段,對材料的耐熱性也是一個(gè)巨大的挑戰。

              拉法基豪瑞在西班牙建設大型碳捕集及利用項目,主要是收集水泥生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳用于農業(yè)生產(chǎn),預計2022年可投入使用,每年可處理70萬(wàn)tCO2。海螺2018年在蕪湖白馬山水泥廠(chǎng)建成世界首條、規模為5萬(wàn)tCO2/年的水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化示范項目。臺泥在花蓮和平廠(chǎng)建成了首個(gè)鈣循環(huán)碳捕集試驗廠(chǎng),二氧化碳經(jīng)固碳轉換成可供生物代謝運用的有效碳源,并導入富含蝦紅素成分的微藻養殖,并成功開(kāi)發(fā)生物醫藥領(lǐng)域產(chǎn)品。

              四、結束語(yǔ)

              水泥企業(yè)在碳達峰、碳中和“3060”目標背景下,應該加快構建清潔低碳、循環(huán)高效的生產(chǎn)體系,推廣廢物利用、原燃料替代、節能減排、低碳水泥及碳捕集等技術(shù)應用,持續提高能源和資源利用效率,助力水泥行業(yè)綠色低碳、高質(zhì)高效發(fā)展。

              轉載:作者單位:中國葛洲壩集團水泥有限公司

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