基于低碳经济视角下的水泥工业发展路径探析

张喜荣，饶金涛，周子毓

(东北电力大学经济管理学院，吉林 吉林 132012)

随着经济的发展和保护地球环境的呼声越来越高，我国水泥工业的节能环保和减排二氧化碳的任务日趋严峻，低碳经济与节能减排已成为我国水泥工业当前的重要课题。低碳发展是水泥工业发展的必由之路。

1 我国水泥工业发展现状及前景

1.1 水泥工业低碳发展现状

“十一五”期间，水泥工业持续发展，满足了国民经济和社会发展需要。可以概括为以下三点:

(1)产量效益同步增长。2010年全国水泥产量18.8亿吨，是2005年的1.7倍，年均增长11.9%。规模以上工业企业完成销售收入7100亿元，利润总额650亿元，年均分别增长22%和58%[1]。

(2)结构调整取得重大进展。2010年新型干法水泥熟料产能为12.6亿吨，是2005年的2.6倍。新型干法水泥熟料产能占总产能的81%，比2005年提高41%。五年淘汰落后产能3.4亿吨。2010年新增新型干法水泥熟料产能中，中部地区占25%，西部地区占56%，中西部布局进一步优化。

(3)节能减排成效显著。通过淘汰落后，推广余热发电、废渣综合利用等技术，2010年每吨新型干法水泥熟料综合能耗降至115千克标准煤，比2005年下降12%[1，2]。

1.2 存在的问题

虽然水泥工业成效显著，但在低碳发展方面仍然存在如下问题:第一，落后产能规模依然较大;第二，节能减排任务十分艰巨。

图1 我国历年水泥工业CO2排放统计

早在2007年我国 CO2排放总量就为59.6亿吨，超过美国的 58.2亿吨，位居世界第一[3]。2010年我国一次能源消费总量超过32亿吨标准煤，连续五年居世界第一，同年我国CO2排放总量约70多亿吨，其中水泥行业CO2排放量约10亿吨，占全国排放量的15%[4]。图1是我国历年水泥工业CO2排放统计。

我国政府承诺到2020年单位GDP CO2排放相对2005年减少40%～45%。水泥工业的碳排放量占人类活动碳排放量的5% ～10%，在我国占到15%以上，水泥行业是温室气体排放的一个主要来源[5]。在生产和使用1吨水泥所产生的CO2中，因水泥原料排放的CO2约占50%，由燃料燃烧所排放的CO2约占30%。生产水泥时所产生的污染也同样是惊人的，每生产1吨水泥会排放大量温室气体、有害气体以及粉尘[6]，具体数据如图2所示。

图2 1t水泥产生的污染物

低碳经济是以低排放、低消耗、低污染为特征的发展模式。而水泥工业有着显著的高排放、高能耗、资源依赖型的特性，在低碳经济的背景下发展水泥工业有着十分重要的意义。

1.3 发展前景

“十二五”期间，随着经济发展方式加快转变，预测水泥年均增长3% ～4%，2015年国内水泥需求量约22亿～23亿吨。“十二五”水泥产量平均增长速度为5%～6%，水泥市场容量预计达到24亿吨左右[7]。表1列出了水泥工业十二五发展目标:

表1 水泥工业十二五主要发展目标

再者，我国在节能减排工作成效方面还有着很大的上升空间，和发达国家相比，在全社会废弃物的利用等方面，依然有很多值得学习和借鉴的地方。表2是2010年我国和德日美水泥工业综合利用消纳社会废弃物基本情况的比较，从表中可以看出，和德、日、美等发达国家相比，我国水泥工业的替代原料和替代燃料的用量相比较低。因此，有必要更进一步提高水泥工业的利费消纳量，以达到水泥工业节能减排的目标。

表2 2010年我国和德、日、美水泥工业综合利用消纳社会废弃物基本情况

2 水泥企业生产过程中主要CO2排放源

水泥生产过程中CO2排放主要分为直接排放和间接排放两方面，而直接排放主要包括以下两方面:

2.1 碳酸盐分解

一般石灰石在硅酸盐水泥原料中的配比占80%～85%，所以生产水泥需要的石灰质资源是很大的，石灰石质原料分解会放出大量的CO2。

2.2 燃料燃烧排放CO2

熟料煅烧是水泥工业的核心工艺，由生料煅烧成熟料需要大量的热量，热量来源于燃料燃烧，我国水泥厂几乎均采用煤炭为主要燃料，煤炭燃烧产生大量的CO2。直接CO2排放的构成和参数见表3[8]。

水泥生产间接CO2排放有不同的来源，主要有以下两个方面:(1)电力消耗折算的CO2排放，水泥厂所用的电力就能折算出因火力发电而排放的CO2;(2)从其他制造单位购买的熟料的生产。

表3 直接CO2排放的构成和参数表

3 构建水泥产业低碳发展路径

(1)彻底淘汰落后水泥产能

我国落后工艺水泥产量占总产量的30%以上，表现出整体能源效率低、能耗高、资源消耗大、CO2排放量大、对环境污染严重等问题。我国水泥单位产品平均综合能耗目前比国际先进水平高约40%，电耗比国外高10(kW·h)/t，一次能源的利用效率比国外先进水平差近7%。因此，尽快彻底淘汰落后水泥产能是实现水泥产业结构调整的需要，也是水泥产业走低碳经济发展道路的必要。

(2)通过水泥工业技术创新减少二氧化碳排放。首先，通过自主创新与国际合作相结合，研发新的窑炉煅烧和分解技术、新的破碎和粉磨技术，采用先进适用技术，提高各工艺环节能效。其次，回收利用水泥生产过程中产生的二氧化碳。通过回收和利用获得不同纯度CO2气体产品，再进行各项工业应用，包括化工合成、金属冶炼等。再次，可以通过优化控制参数，适当降低水泥熟料饱和系数来调整水泥品种结构。饱和系数降低，水泥熟料中CaO的含量就会降低，生产每吨水泥熟料产生的过程CO2排放也会减少。还可以在保证水泥性能的前提下减少水泥中熟料的含量，这就会显著地减少CO2排放。最后，可以利用藻类与水泥工业产生的烟道废气进行光合作用，建立藻类养殖生物反应器，藻类成熟后可成为生物燃料，从而控制了CO2的排放。另外，利用电石渣和窑尾废气合成轻质碳酸钙，也被认为是一种低碳技术。

(3)建设余热发电生产线。余热发电可以回收废气余热，发的电可以用于水泥的生产，这样能够降低间接CO2排放。在余热利用方面，截止2010年底，全国上余热电站的水泥生产线692条，总装机容量4657 MW(三峡32台机组，装机2240万千瓦)，涉及熟料产能85453万吨。基本情况如图3(图中产能、生产线及装机容量的单位分别为:百万吨、条、百万千瓦)。

(4)提高替代原料、燃料比例，减少石灰石和燃料的消耗。首先，一些大宗工业废弃物，包括电石渣、钢渣、粉煤灰等，含有一定量的氧化钙，作为替代原料，也可以获得一定量CO2减排。其次，降低水泥熟料形成温度、加速水泥熟料矿物形成可以减少燃煤用量及CO2排放量。助熔剂和矿化剂可以显著改善水泥熟料的易燃性，实现水泥熟料的低温煅烧。最后，调整水泥窑烧不同燃料的比例，从而达到减排的目的。表4列出了水泥窑烧不同燃料时的CO2排放量。

图3 我国水泥工业近年余热电站情况

表4 水泥窑烧不同燃料时的CO2排放量

4 结 论

(1)低碳经济的实质是提高能源利用效率和发展循环经济。为了解决这个问题和保护地球美好的环境，必需加强科技创新。

(2)在水泥生产过程中CO2的主要排放源有:燃料的碳燃烧、CaCO3分解和电耗折算的CO2排放量，同时具有许多不确定因素，因此制定一部CO2排放量计算法很重要。

(3)我国水泥工业发展环保型低碳经济势在必行，水泥工业正在努力实现与资源、环境、经济和社会的全面协调发展，即从不可持续发展的传统工业向可持续发展的生态工业过渡。

[1]工业和信息化部.水泥工业“十二五”发展规划[Z].2011:1－5.

[2]毛玉如，方梦祥，马国维.水泥工业的废弃物利用与CO2排放控制探讨[J].再生资源研究，2004(4):34－35.

[3]王义恒.低碳排放抗裂型碱激发水泥研究[D].武汉:武汉理工大学:2010:1－2.

[4]高长明.试论我国水泥工业的利废发展方向[J].新世纪水泥导报，2011(3):3－4.

[5]韩仲琦.低碳经济与我国水泥工业[J].建材发展导向，2010(3):1－2.

[6]毛玉如，方梦祥，马国维.水泥工业的废弃物利用与CO2排放控制探讨[J].再生资源研究，2004，26(4):30－35.

[7]何宏涛.水泥生产二氧化碳排放分析和定量化探讨[C].中国硅酸盐学会环境保护分会学术年会论文集，2009:315－318.

[8]John Gale，Paul Freund.Greachouse Gas Abatement in Energy Intensive Indwstries.IEA Greenhouse Gas R ＆ D Programme.