水泥熟料CO2排放量的简捷计算法

狄东仁，韩仲琦

实验研究

水泥熟料CO2排放量的简捷计算法

狄东仁，韩仲琦

本文介绍了通用水泥生产企业熟料CO2排放量的简捷计算法，以普通硅酸盐水泥熟料为计算基准，考虑CaCO3分解、熟料综合煤耗和综合电耗三种因素，可快速、相对准确地确定水泥企业的CO2排放量。当生产企业欲了解自身CO2排放情况或执行清洁生产规定进行检查时，可参考本计算法进行计算。关键词：硅酸盐水泥；水泥熟料；温室气体；CO2；清洁生产

1　前言

硅酸盐水泥生产中的碳酸盐分解，是工业领域中最大的非燃烧类CO2排放源，此外，水泥熟料煅烧、粉磨等过程中所消耗的热能和电能也排放相当数量的CO2，我国每年的水泥产量非常大，使得水泥工业成为我国重要工业领域中CO2排放量最大的产业之一。

2014年我国水泥产量约为24.8亿吨，若以每吨硅酸盐水泥排放0.6tCO2计，则全国水泥生产大约排放15亿吨CO2，约占全国总排放量的六分之一。水泥是国民经济建设重要的基础原材料，我国每年仍然需要大量的硅酸盐水泥，因此减少温室气体排放是水泥工业义不容辞的责任，一方面我们要加强开发绿色水泥生产技术，另一方面要加强对现有生产企业的清洁生产管理，这对构建低碳水泥工业体系有着重要意义。

现代水泥生产技术是一种系统工程，它包括若干子流程和单元操作。企业因受原燃料来源、产品品种和数量变化等各种因素影响，增加了CO2排放量计算的复杂性，有时会使得CO2的理论与详细计算准确性受到质疑，为此确定一个简单、比较正确和相对公平的CO2计算法，对于企业减少温室气体排放以及进行企业对比研究是必要的。

本方法是通用水泥生产企业熟料CO2排放量的快速计算法，以普通硅酸盐水泥熟料为计算基准，考虑Ca-CO3分解、熟料综合煤耗和综合电耗三种因素，以便公平、快速、相对准确确定水泥企业的CO2排放水平。至于以水泥为基准的CO2排放量，企业可根据自身情况，考虑因使用废弃物或掺入混合材对CO2排放的影响，进行个案计算，也可作为某个地区或行业的统计数据。

2　计算原理

在一般硅酸盐水泥生产过程中，CO2的排放源主要有生产工艺过程的排放（CaCO3和MgCO3分解）、熟料煅烧和原料烘干所需煤炭的燃烧反应、以及生产过程中外购电力消耗折算的煤耗（间接产生的CO2）。另外，还有一些因素增加或减少了CO2的排放，增加CO2排放的因素有：生料中的有机炭燃烧、生产和输送过程中的油料消耗、熟料飞灰和粉尘等所含有的CO2排放以及辅助生产的电力消耗等。减少CO2排放的因素有：余热发电、余热烘干、采用代用燃料和代用钙质原料、添加混合材等。若对CO2排放量进行详细计算，除去计算主要因素外，还要设定许多生产条件、测定和估算许多生产数据、选用许多CO2排放因子，所以可变化因素较多，当生产参数不同时各排放源的CO2排放比例也会变化。

本简捷CO2排放计算法，是在设定初始条件后，采用碳酸盐分解、熟料煅烧煤耗和熟料综合电耗三因素计算熟料的CO2排放量，其他次要因素采用调整系数校正，当企业采用代用燃料和代用钙质原料、添加混合材等情况时，应进行个案计算。

表1为我国普通硅酸盐水泥熟料制造过程中CO2主要排放源所占的大致比例（设定熟料中的CaO为65%，熟料热耗为103kg标煤/t，熟料综合电耗为60kWh/t）。

表1　我国水泥熟料生产过程中CO2的排放比例

3　简捷CO2排放计算法

3.1熟料CO2排放的计算依据

3.1.1熟料的CO2排放源

（1）原料CaCO3分解，根据化学反应式及CaO含量计算（忽略MgCO3的分解）；

（2）煤炭燃烧反应产生的CO2，采用可比熟料综合煤耗（标煤）；

（3）因水泥熟料电耗间接产生的CO2（外购电力），采用可比熟料综合电耗。

3.1.2计算基准

（1）以普通硅酸盐水泥熟料为计算基准；

（2）采用可比熟料综合煤耗，参照GB16780水泥单位产品能源消耗限额定义；

（3）采用可比熟料综合电耗，参照GB16780水泥单位产品能源消耗限额定义。

3.2计算步骤

3.2.1生料中碳酸盐矿物分解产生的CO2排放量计算

式中：

R1——生产单位熟料,由生料中碳酸钙分解产生的

CO2排放量，kgCO2/t熟料

Cc——水泥熟料中CaO的含量，%

3.2.2可比熟料综合煤耗产生的CO2排放量计算

式中：

R2——生产单位熟料综合煤耗产生的CO2排放量，kgCO2/t熟料

2.4——固定碳为65%时单位标准煤燃烧时产生的CO2排放量，kgCO2/kg，查阅相关部门公布数据

Ecl——生产单位可比熟料综合煤耗（标煤），kg/t熟料

3.2.3可比熟料综合电耗产生的CO2排放量计算

式中：

R3——生产单位熟料时电力消耗产生的CO2排放量，kgCO2/t熟料

0.302——换算因子，即单位电耗产生的CO2排放量，kgCO2/kWh，查阅相关部门公布数据

Ee——生产单位可比熟料综合电耗，kWh/t熟料

3.2.4单位水泥熟料产量的CO2排放量

式中：

R——生产1t水泥熟料的CO2排放量，kgCO2/t熟料

k——调整系数，设定1.05（或根据生产企业具体情况确定，如粉尘排放、厂内运输、自动化程度等）

3.3计算例

3.3.1第1企业计算例

3.3.1.1第1企业基本数据

（1）熟料化学成分中的CaO，根据本企业实际数据确定，例如为65%；

（2）可比熟料综合煤耗，根据本企业实际数据确定，例如为103kg标煤/t熟料；

（3）可比熟料综合电耗，根据本企业实际数据确定，例如为60kWh/t熟料；

（4）全年生产165万吨普通硅酸盐水泥熟料（根据本企业实际数据确定）。

3.3.1.2计算

（1）CaCO3分解产生的CO2排放量

（2）熟料烧成煤耗排放的CO2量计算

（3）熟料电耗产生的CO2排放量计算

（4）单位水泥熟料产量的CO2排放量

（5）企业全年因生产熟料排放的CO2总量

3.3.2第2企业计算例

3.3.2.1第2企业基本数据

（1）熟料化学成分中的CaO，根据本企业实际数据确定，例如为65%；

（2）可比熟料综合煤耗，根据本企业实际数据确定，例如为106kg（标煤）/t熟料；

（3）可比熟料综合电耗，根据本企业实际数据确定，例如为68kWh/t熟料；

（4）全年生产165万吨普通硅酸盐水泥熟料（根据本企业实际数据确定）。

3.3.2.2计算

（1）CaCO3分解产生的CO2排放量

（2）熟料烧成煤耗排放的CO2量计算

（3）熟料电耗产生的CO2排放量计算

（4）单位水泥熟料产量的CO2排放量

（5）企业全年因生产熟料排放的CO2总量

3.3.3计算例企业排放CO2的比较

（1）在燃料质量和熟料质量相同情况下，由于第1企业熟料热耗和熟料综合电耗低，故第1企业单位熟料CO2排放量比第2企业减少：

（2）根据两个水泥企业混合材添加量的不同，可分别计算每个企业以水泥为基准的CO2排放量，当两个企业混合材掺加量均为30%时，第1、2企业单位水泥CO2排放量估算为610kgCO2/t水泥和620kgCO2/t水泥。

4　结语

（1）当生产企业欲了解自身CO2排放情况，或执行清洁生产规定进行检查时，可参考本计算法（单位熟料的CO2排放量计算法）进行计算。

（2）对本计算法的两个计算例比较可知，在燃料质量、熟料质量相同情况下，熟料生产的煤耗、电耗较高的企业，排放的CO2也高。

（3）一般来说，单位水泥的CO2排放量，只作为某地区或行业的统计计算数据，不能作为不同生产条件下企业之间的比较。

（4）根据硅酸盐水泥的制造原理可知，传统水泥企业排放较多的CO2，为此应积极开发低碳水泥生产技术和低钙水泥产品、推广废弃物替代水泥原料和燃料工作，由于我国混合水泥产量很大（如矿渣水泥），减少了单位水泥中的熟料比率，所以每吨水泥CO2排放量为全球先进水平。

（5）在全球减少温室气体排放的背景下，水泥行业除努力推广节能减排技术外，可考虑联合其他行业开展CO2分离与利用的创新技术。

［1］韩仲琦.低碳经济与我国水泥工业.中国建材发展研究论文集［M］.北京：中国建材出版社，2010，（5）：81-85.

［2］王新春，等.促进水泥工业温室气体减排的政策建议［J］.中国水泥.2013，（6）：39-41.

［3］Technology p lanning department of Taiheyo CemantCorporation R& D Center.Cement enterprise technology development of the forefront—Taiheyo CemantCorporation R&D Center［J］.Cement&Concrete.2009,（4）：3-6.

Simple Calculation Method of CO2Em issionsofCement Clinker

DI Dongren,HAN Zhongqi
（Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China）

This paper introduces simple calculation method of clinker CO2emissions for general cement enterprises.Using ordinary Portland cement as calculation base and taking CaCO3decomposition,clinker coal consumption and power consumption into consideration,CO2emissions of cement enterprises could be calculated quickly and relatively accurately.This calculationmethod can be referred ifenterpriseswant to know their carbon dioxide emissionsor implementclean production examination.

portland cement；cementclinker；greenhouse gases；carbon dioxide；clean production

TQ172.622.29

A

1001-6171（2015）03-0021-03

通讯地址：中材装备集团有限公司，天津300400；2015-03-23；编辑：吕光