水泥生产二氧化碳排放分析和定量化探讨

郁建国

（中材建设有限公司，北京 100176）

关键字：水泥；二氧化碳；排放；分析；定量化

水泥工业是属于一种能源消耗型的产业，在水泥生产时需要消耗大量资源，包括电力，煤炭，石灰石等，因此在工业生产中水泥是二氧化碳产量大户。根据2018年水泥企业碳排放量核查中指出,生产一吨硅酸盐水泥需要排放1 吨的二氧化碳,按照每年国内生产21.8 亿吨的水泥总产量来看,每年水泥产业需要排放21.8 亿吨的二氧化碳,水泥产业也成为了国内开发清洁发展机制的主要部门,国内对于水泥产业开发并实施清洁发展机制确立的三个灵活机制中，相关项目研究还不是很完善，对于水泥生产过程中二氧化碳的排放缺乏深入分析,针对其排放的分类,来源没有进行定量计算。

1 水泥生产过程中二氧化碳排放分类以及来源

水泥生产中相应的工艺流程和生产技术在当前世界可持续发展理事会制定的二氧化碳计算中，能够结合当前国内水泥生产工艺，设备流程,原材料的消耗量,燃料消耗,产品结构和电力消耗等多种情况,能够将目前水泥生产过程二氧化碳排放类型分为直接和间接排放,根据其排放来源对两种排放范围界定。具体来看,针对直接排放的二氧化碳则来源于水泥工厂中原料燃烧,煅烧分解和燃料的燃烧,间接排放是其他工厂和实体企业所拥有和控制的,比如沃尔玛发起的能效提升项目中,对300 家供应商企业进行定期回顾和跟踪,发现其总能耗是8000 万千瓦时,相当于7万吨二氧化碳排放量。从水泥工业生产过程上来看其中存在的二氧化碳直接排放的来源包括五个方面,具体表现为原料中的碳酸盐、有机物，在燃烧过程中包括燃料、化石、可替代燃料、生物质燃料、非烧成燃料燃烧过程,水泥审计生产时根据二氧化碳排放。来源不同，可包括以下四点。制造商在生产水泥中消耗的外部电力。从第三方购买熟料为本单位提供产品的第三方，传统燃料和可替代燃料的处理方式，在市场第三方提供的原材料输入，水泥和熟料产品输出，其中前两者是水泥生产过程中二氧化碳间接排放的主要来源。

2 水泥生产过程中直接二氧化碳排放定性分析

(1)原料煅烧排放二氧化碳,主要是指原料经过高温处理之后碳酸盐会分解并释放二氧化碳,而这些二氧化碳是与熟料产品本身有一定联系的,此外从窑系统排放的排出以及旁路产生的燃烧来说,也是二氧化碳排放的主要来源。水泥厂对二氧化碳排放存在两种计算方法。首先对原料碳酸盐消耗含量计算，其次是依据熟料化学成分完成计算，从一定程度上来看两种计算方法都是合理的。在本次研究中我们主要利用的是熟料和窑灰化学成分计算,比如选用原料基计算方法,在计算总排量时没有考虑到由于窑灰不完全燃烧而引起的计算量,因此会比实际排放量高。比如,根据碳酸钙化学反应能够生产二氧化碳和氧化钙,每生成1 份氧化钙时能够生产0.78份二氧化碳,因此,每生产1t水泥其二氧化碳的排放量可以达到0.511t,此外由于熟料中含有1.5%的氧化镁,每生产一吨水泥。该产品熟料中二氧化碳排量达0.016吨，最终熟料煅烧过程中排放因子可以达到每吨510kg。(2)从原料有机碳的二氧化碳排放量来看,除碳酸盐外,在熟料生产的原材料中还有一些是由熟料的原材料经过高温处理后一些会转换为二氧化碳,原料中总有机碳的含量会随使用原料场地和类型发生变化，其次，当成份本身发生变化时，尤其是将含水量概括进去进行计算需要采取其它方法完成计算，其燃料含碳量和燃料燃烧排放计算方法。但由于这种排放对于整个排放量来说贡献小,因此没有必要深入研究这种排放量。(3)从可替代烧成燃料进行二氧化碳排放计算,目前水泥工业更多的使用一些可替代的燃料,这些燃料来源于废弃物,如果不用做可替代的燃料则需要对其进行其他的处理。可替代的燃料是化石燃料的替代品,从可替代化石燃料燃烧产生的二氧化碳进行计算时,应当计入直接二氧化碳排放总量中,二氧化碳的排放因子取决于可替代燃料的类型,由于各工厂燃料排放因子清单，不同工厂其低位热值为23000kJ，根据IPCC提供的排放因子缺省值，96Kg/GJ,则每吨煤燃烧过程中会产生2.21 吨二氧化碳,进而可以计算该燃料二氧化碳的排放。(4)对于非烧成燃料产生的二氧化碳排放量计算时,经过热处理之后的设备，交通工具，采石场等使用燃料，在水泥燃烧中二氧化碳的排放，从非烧成燃料产生的二氧化碳能够根据类型分别进行记录非烧成燃料，我们可以将其设为完全氧化。在烟和灰中的碳残余量几乎可以省略不计，高估排放结果。误差相对较小，通常为1%，对于固定燃料可以根据不完全燃烧进行计算。比如,对于某水泥厂排放因子为96Kg/GJ,低位热值可以达到23000KJ，可以以一吨水泥热量在燃烧过程中烘干原料燃料煤在燃烧时可产生0.044 吨二氧化碳。

3 水泥生产过程中二氧化碳间接排放的分析

在电力生产中可增加二氧化碳排放将用于电力消耗的测量中，我们优先从电力供应商获取二氧化碳排放因子进行计算，也可以根据国家平均排放因子，该排放因子能够涵盖几乎所有的发电燃料，测量电力消耗过程中可以不考虑电力的分配损失和传输损失。熟料生产过程中二氧化碳排放依据购买金属料料和熟料二氧化碳排放因子完成计算。根据IPCC 给出的缺省值,二氧化碳排放因子可设置为每吨862 千克,不同公司由于工厂生产情况不同，为确保实现最大化效益，工厂内部需要调剂熟料料，为避免重复计算填报的熟料流量需要将购买熟料料等于净卖出量，从其他工厂购买熟料实际上是购买总量。

4 小结

在本次研究中,我们能够结合国内当前实际生产原材料消耗以及燃料消耗,原料有机碳,可替代烧成燃料等多个角度进行分析,将水泥在生产过程中二氧化碳排放分为直接和间接这两种方式,其中存在五个直接二氧化碳排放来源和四个间接二氧化碳排放来源。在水泥生产时，二氧化碳存在两个间接排放来源我们可以从购买熟料生产和电力生产这两个方面进行二氧化碳间接排放计算。而针对水泥在生产过程中二氧化碳直接排放量,主要考虑原料,煅烧原料中的碳含量,传统烧成燃料,可替代烧成燃料和非烧成燃