水泥行业二氧化碳排放统计—以贵阳市为例

王 密 张铁军 何谋军

（1. 贵阳市环境监测中心站；2. 贵阳市委办公厅，贵州贵阳 550001）

水泥行业二氧化碳排放统计—以贵阳市为例

王 密1张铁军1何谋军2

（1. 贵阳市环境监测中心站；2. 贵阳市委办公厅，贵州贵阳 550001）

本文从水泥行业二氧化碳的排放统计出发，研究二氧化碳排放的重要影响因素、二氧化碳排放的指标体系，从而得出一套水泥行业二氧化碳排放统计的核算方法。以贵阳市为例，从三种不同活动水平的统计数据对水泥行业生产工艺过程中产生的CO2排放量进行估算比较，验证统计核算方法的有效性，为贵阳市乃至全国水泥行业CO2的减排提供一个可行的科学依据。

二氧化碳；水泥行业；排放统计；贵阳

上世纪90年代以来，防止全球变暖和控制温室气体排放已经成为人们普遍关注的问题。但我国对建材工业，尤其是水泥行业二氧化碳排放的严重性还缺乏认识，没有给予应有的重视。进入21世纪来我国为人类应对气候变化已经制定相应的国内统计、监测、考核办法以及相应的政策措施和行动，曾发布《中国应对气候变化国家方案》，明确了到2010年中国应对气候变化的目标和基本原则。国家对此也逐步开展了相关研究，特别是在一些排放二氧化碳的重点行业领域逐渐深入探讨。

1 水泥行业二氧化碳排放的影响因素分析

1.1 水泥行业生产工艺流程

水泥生产主要分以下7个环节：1）原料的破碎及预均化；2）生料制备；3）生料均化；4）预热分解；5)水泥熟料的烧成；6）水泥粉磨；7）水泥包装。目前水泥行业生产主要有两种工艺，一种是是传统的湿法生产水泥工艺，一种是现在推广的新型干法生产水泥工艺，其中湿法生产过程可分为：熟料制备、熟料煅烧、水泥粉磨及包装三个阶段，新型干法在生料制备上还是沿用湿法，不考虑设予均化堆场，在原料配料及掺渣中充分考虑废物循环利用、降低对环境的影响，使得有害充分低，硫比例适当，满足湿磨干烧生产要求，不采用旁路通风措施。新型干法（湿磨干烧）水泥生产工艺如下：

1.2 水泥行业二氧化碳排放的主要影响因素

从水泥行业生产工艺流程可以看出，水泥生产过程中会产生水汽和氧化亚氮，更为显著的是二氧化碳。其中熟料烧成阶段是工艺的核心部分，热能和电能的消耗绝大部分都集中在这部分，也是二氧化碳排放的主要环节。由此可知，水泥生产工艺过程中存在二氧化碳气体源，即产生二氧化碳气体进入到大气中的实体单元或过程，例如水泥窑炉中燃料燃烧和碳酸盐矿物的分解。这些由水泥生产企业拥有或控制的二氧化碳源产生的排放为直接二氧化碳排放，同时水泥生产企业消耗的输入电力等产生的二氧化碳排放则为间接二氧化碳排放。因此，水泥企业二氧化碳排放可分为三个方面：生料中碳酸盐分解和少量有机碳燃烧产生的二氧化碳排放；各种燃料燃烧产生的二氧化碳排放；各工艺电力消耗产生的二氧化碳排放。水泥生产企业间接二氧化碳排放主要是由于各种工艺过程的电力消耗，本研究中不考虑二氧化碳间接排放。

图1 水泥生产（湿磨干烧）工艺流程图

通过对水泥生产过程二氧化碳的分析，水泥行业二氧化碳的直接排放主要有以下两种情况：一是水泥窑（煅烧熟料所需）燃料燃烧产生的二氧化碳。原煤通过烘干粉磨后加入到水泥窑中，燃烧的火焰给水泥窑供热，从而释放二氧化碳。二是生产工艺过程中（烘干物料）二氧化碳的排放。在水泥生产中，熟料煅烧过程中物料发生化学反应会产生二氧化碳，生料中以主要成分为碳酸钙（CaCO3）和碳酸镁（MgCO3）的石灰质原料被加热或煅烧成熟料（主要含CaO和MgO等），同时释放二氧化碳，煅烧反应公式为：

熟料是一种球状中间产物，燃烧磨细后与少量硫酸钙［石膏（CaSO2·2HO2）或硬石膏（CaSO4）］混合成为水凝水泥。

2 二氧化碳排放的指标体系构建

2.1 二氧化碳排放影响因素统计指标体系建立的原则

（1）完备性原则。（2）独立性原则。（3）相容性原则。（4）可操作性原则。

2.2 二氧化碳排放影响因素统计指标体系

在对水泥行业现状调查的基础上，通过水泥行业CO2排放影响因素的分析来设计指标体系，研究中参考了OECD/IPCC国家温室气体清单编制方法。研究采用经典德尔菲法，又名专家意见法，是依据系统的程序，采用匿名发表意见的方式，即专家之间不得互相讨论，不发生横向联系，只能与调查人员发生关系，通过多轮次调查专家对问卷所提问题的看法，经过反复征询、归纳、修改，最后汇总成专家基本一致的看法，作为预测的结果。这种方法具有广泛的代表性，较为可靠。

从水泥生产过程可知，水泥生产排放二氧化碳主要包括二个途径：一是生产过程中对能源的利用而排放二氧化碳，即煅烧水泥熟料和烘干原料用燃料燃烧产生的二氧化碳。二是水泥生产工艺排放二氧化碳，也就是由生产水泥的主要原料石灰石中的碳酸钙分解，生成水泥熟料必需的氧化钙的同时生成的二氧化碳。

水泥生产间接二氧化碳排放有不同的来源，其中有些水泥生产企业外购电力和外购熟料是主要的间接排放来源，但外购电力和外购熟料均不纳入本次水泥企业二氧化碳排放统计指标体系的统计范围。

通过本地专家咨询及上述分析最终得到一套关于水泥行业二氧化碳排放统计的指标体系，见表1。

表1 水泥行业CO2排放统计指标体系

3 水泥行业二氧化碳排放核算公式的建立

上文已经分析了CO2排放的影响因素及相关指标体系，因此从中可以得知，水泥行业CO2的直接排放主要来源于生产过程中对能源的利用和生产工艺中由原料所含的碳酸钙分解生成孰料所含氧化钙的环节。那么，这两个环节产生的CO2之和即为CO2排放量。也就是说，通过煤炭消耗量、煤炭的平均低位发热量、煤炭排放系数或煤炭平均含碳量可以统计出生产过程中能源燃烧生成的CO2排放量。

至于生产工艺过程中产生的二氧化碳排放量，首先可以通过调查生产原料中石灰石消耗量（主要包括碳酸钙和碳酸镁），在假设该环节中CO2完全由石灰石产生的前提下，再利用其相应的排放系数（碳酸钙为0.44，碳酸镁为0.52）可以统计出由原料分解烧成熟料过程中产生的CO2排放量。

其次，还可以通过企业孰料的产量、熟料中CaO含量统计数据以及排放系数统计出CO2排放量，这样可以与前者由原料产生的CO2进行对比分析。另外，如果在原料消耗量、熟料产量未给出的情况下，根据统计年内生产产品水泥产量和类型、孰料含量比例并按熟料进出口量进行修正，利用水泥产量数据估算熟料产量，进而根据熟料的CO2排放因子也可以估算出CO2的排放量。

由此分析可得出，水泥企业CO2排放量的估算公式主要有以下几种：

（1）燃料燃烧产生的二氧化碳排放量核算公式

生产过程中对能源的燃烧利用产生的CO2核算方法即公式一：

燃料燃烧产生的二氧化碳排放量（吨或立方）

= 年用煤（燃油或燃气）量（吨或立方）×平均含碳量×44/12

公式二：排放CO2.燃料i=燃料消耗燃料i·排放系数CO2.燃料i

其中：排放CO2.燃料i：指某种燃料燃烧产生的二氧化碳排放量（kg）

燃料消耗燃料i：指某种燃料消耗量（kg）

排放系数CO2.燃料i：指燃烧某种单位燃料产生的二氧化碳排放量（kg/TJ）

（2）生产工艺过程中产生的二氧化碳排放量核算公式

经分析研究，水泥行业生产工艺过程产生的二氧化碳排放量有三种核算方法。

公式三：（根据原料数据）

CO2排放量=石灰石含量×（CaCO3百分比×44/100+ MgCO3百分比×44/84）×1.02 = （CaCO3含量×0.44+ MgCO3含量×0.52）×1.02

注：该公式假设CO2完全由石灰石产生，且大约有2%的原料未完全燃烧。44为CO2的分子量，100为CaCO3的分子量，84为MgCO3的分子量。

公式四：（根据熟料生产数据）

CO2排放量= 熟料中CaO的含量百分比×44/56×熟料产量

注：公式中44为CO2的分子量，56为CaO的分子量，全国孰料中CaO的含量一般为65%，贵阳水泥厂熟料中CaO的含量大约为62%。

公式五：（根据水泥产量数据）

CO2排放量= 各类水泥产量×各类水泥的熟料比例×熟料的CO2排放因子

注：全国1吨水泥平均需要0.75吨熟料，贵州水泥厂1吨水泥平均大概需要0.80吨熟料。该方法中假设熟料中CaO的含量为65%， 100%的CaO完全来自CaCO3原料，则推算出熟料的缺省排放因子为0.53（贵阳市）。该公式中未考虑从国外进口的熟料数量，对进出口熟料数量未进行修正。

4 案例分析——以贵阳市典型企业统计数据为例

通过上文的研究可知，从水泥企业三种不同活动水平的统计数据都可以估算出CO2排放量，下面以贵阳市水泥行业典型企业2009年的统计数据为例，核算其CO2的排放量，其数据主要来源于该企业计审部和化验室化验结果。

（1）由公式一可知，能源的燃烧利用产生的CO2排放量

=114897×0.47×44/12

=198023.83（吨）

由公式二可知，能源的燃烧利用产生的CO2排放量

=114897×18902×103×98300/109

= 213486.28（吨）

由此看出，通过煤炭的含碳量估算得出的CO2排放量与煤炭低位发热量及原煤排放系数估算出的CO2排放量相差不大，前者略低，一方面是原煤排放系数采用的国家缺省值，暂时未研究出贵州当地煤炭的CO2排放系数，另外该厂提供的煤炭含碳量相对偏低，其数据难于考证，因而造成一些误差。

（2）由公式三可知，生产工艺过程中CO2排放量

=石灰石含量×（CaCO3百分比×44/100+MgCO3百分比×44/84）×1.02= 653105（98%×0.44+2%×0.52）×1.02

=294179.39（吨）

由公式四可知，生产工艺过程中CO2排放量

=熟料中CaO的含量百分比×44/56×熟料产量

=62%×44/56×482700

= 235139.58（吨）

由公式五可知，生产工艺过程中CO2排放量

=各类水泥产量×各类水泥的熟料比例×熟料的CO2排放因子

=590000×0.80×0.53

=250160（吨）

由此可见，该厂2009年CO2排放量大约为465581.32吨（取平均值），由能源的燃烧利用产生的CO2与生产工艺过程产生的CO2排放量之差非常小，由三种不同情况的活动水平数据统计出来的生产工艺过程产生的CO2排放量差异也很小，因此说明该方法在水泥行业CO2排放统计中是可行的。

公式四从熟料数量来核算CO2排放量比公式五从产品产量来核算CO2排放量的结果略低。其一，调查结果表明贵州水泥厂1吨熟料中CaO的含量约为62%，而全国平均值为65%；其二，该厂水泥产品主要为普通水泥和复合水泥2种，且以生产普通水泥为主，但2种水泥中熟料的含量不同，本文取熟料含量较高值80%，全国平均值为75%。如果公式五采用75%的熟料含量，其结果与公式四的误差就很小。

公式三从原料数量来核算CO2排放量的结果略高于公式四和公式五。贵州水泥厂是全国重点生产企业，贵州省大中型骨干企业，为了保证产品质量一般要求原料（石灰石）品质高，而贵州碳酸岩发育典型，石灰石中碳酸钙含量相对较高。普通水泥要求石灰石中碳酸钙含量达90%以上（具体不确定，由企业对原料进行分析化验），复合水泥要求稍低，甚至为80%以上，其含量、混合材掺量以及生产工艺水平决定于产品质量，本文使用98%的碳酸钙含量略高（未综合考虑普通水泥和复合水泥中碳酸钙的含量）。同时，石灰质原料中除碳酸钙和碳酸镁外，还有少量的含硅、铝、铁等其他原料成分，本文未考虑少量成分原料（企业难于提供确切数据），致使其结果略高。

5 初步研究结论与政策建议

结论一：二氧化碳排放统计在我国目前是一项崭新的尝试工作，以前在环境统计体系中从未涉及，同时，企业对二氧化碳减排认识不够，企业相关工作人员因未涉及过CO2的监测、核算和统计知识，相关的软硬件设施和技术指导规范都需重新配套建设，因此要获得全面的CO2排放统计信息需要长期的实践和探索。

结论二：目前国家对水泥行业在政策方面有些调整，要求取缔湿法窑，但对于落后的贵州及其偏远地区有些难度，相对东部及沿海地区要滞后，以致二氧化碳排放统计上会产生一定的误差。

结论三：贵阳作为西部欠发达、欠开发的省会城市，在生产工艺、技术等方面稍落后，同时，由于资金等问题导致设备更新、维护等方面有困难，可能导致二氧化碳统计上与实际排放有一定差距。

结论四：本次二氧化碳排放统计是根据试点城市企业实际情况开展，其二氧化碳影响因子仅供各地参考，未予以考虑的因子有待进一步研究。特别是水泥企业的替代原料（电石渣、钢渣）和窑头排气筒中烟气中的粉尘所产生的二氧化碳是否应纳入到排放总量的统计，以及部分混合材是否直接产生CO2，这些问题将纳入今后的研究范畴。

基于以上研究结论，提出以下政策建议：

第一，建议国家或地方立法，将二氧化碳统计纳入相关统计范畴，以提高政府及相关企业的重视程度，确保二氧化碳统计工作依法顺利开展。

第二，建议排污企业将二氧化碳浓度纳入环境监测的重要指标之一。

第三，建议国家研究一套二氧化碳排放重点行业的二氧化碳排放系数，以便统计。

第四，建议国家加大资金投入，确保二氧化碳统计工作正常开展。

［1］ 朱松丽．水泥行业的温室气体排放及减排措施浅析中国能源，2000（7）：25-28.

［2］ 温室气体（CO2）排放统计技术方法研究．中国环境监测总站，2009.3.

［3］ 中日环境合作示范城市（贵阳）贵州水泥厂粉尘综合治理项目．贵州省环境保护科学研究所，1999.8.

［4］汪澜．水泥生产企业CO2的计算．中国水泥，2009（11）.

［5］ 钢铁行业二氧化碳排放影响因素分析．中国化工信息网，2009.3.18.

［6］通用硅酸盐水泥标准（GB 175-2007），2008.6.

Statistics about Carbon Dioxide Emissions in Cement Industry

WANG Mi1ZHANG Tiejun1HE Moujun2

(1.Guiyang Environmental Monitor Central Station, Guiyang 520002; 2. Ministry Offi cial of Guiyang, Guiyang 550001)

Based on statistics of carbon dioxide emission, this paper studies its important affecting factors and index system, and further concludes a set of accounting method to estimate carbon dioxide emission in the cement industry. With the example of Guiyang,this paper makes a comparative estimate of carbon dioxide emission in the process of cement production by means of three levels of the statistical data, and verifi es the validity of the accounting method, in order to provide a feasible scientifi c basis for carbon dioxide emission reduction of cement industry in Guiyang and even the whole country.

Carbon; Cement Industry; Statistic Emissions; Guiyang

X51

A

1673-288X（2012）04-0069-05

项目资助: 中国环境监测总站子课题《贵阳市重点行业温室气体排放统计》项目经费

王密, 硕士, 环保工程师, 主要从事方向为环境监测与环境生态