时间：2023-08-30 18:38:01 点击次数：7
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有消息称，水泥行业将成为下一个纳入碳交易市场的行业！实际上，在2022年9月，世界水泥协会主席宋志平曾讲到：“我们围绕着水泥行业减碳做了大量的工作，明年水泥行正式纳入碳交易体系。”
前几天，北理工大学发布的《中国碳市场回顾与最优行业纳入顺序展望(2023)》报告，指出下一阶段全国碳市场扩大覆盖范围时的行业优先纳入顺序为：水泥制造、炼钢、平板玻璃制造等。
中国水泥的碳排放量占总排放的13.5%，约为12亿吨，面对如此巨大的排放量，水泥行业该如何减碳？水泥企业有哪些机会，如何开展碳核算和实现脱碳，以迎接碳市场？
住房城乡建设部数据显示，截至2022年上半年，中国新建绿色建筑面积占新建建筑的比例已超过90%，全国新建绿色建筑面积由2012年的400万平方米增长至2021年的20亿平方米。
图源 | 央视网
作为建筑重要的组成部分，生产耗能大且碳排放高的水泥，目前正面临着绿色化转型的艰难挑战。
如果将全球水泥行业看作一个国家，那么它将是仅次于中国和美国的第三大碳排放国。水泥行业该如何减排？有哪些企业实践案例可以参考？
我从近上百份资料中，精选出了20份水泥行业减碳资料，包括技术指南、碳市场水泥企业可能名单、水泥企业节能措施、脱碳路径等内容，大家可以下载后结合下方文章一起阅读。
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水泥行业节能减碳技术路径
就目前普遍水泥生产工艺而言，二氧化碳排主要源于燃料燃烧和熟料的生产，其生产过程中生料预分解和回转窑两道工序又占了约90%的碳排。
图片：孙挺，《水泥行业碳排放核算及低碳发展路径研究》
传统生产水泥熟料的过程是将石灰石在高温环境下分解，产生大量二氧化碳。因此选用含氧化钙但同时低碳排的替代原料，也可以有效降低水泥生产过程中的排放。
我国已开始采用矿渣、钢渣、粉煤灰、硫酸渣、烟气脱硫石膏、煤矸石等废弃物进行水泥生产，这部分材料均可以降低未来混凝土中的隐含碳。
不过值得注意的是，像粉煤灰，烟气脱硫石膏等，因为是煤电的产物，随着煤电被替代，未来其副产品肯定会逐渐减少，在水泥需求量不变或增加的情况下，那么有可能会出现价格上涨，供不应求的情况出现。
因此现在也需要提前做好准备，着眼寻找更多协同处理的废料。当然，既然是废料，肯定还需要考虑其中含有对环境污染的物质，这又同步需要更新净化过滤的技术进行匹配。
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提高工艺技术水平，降低水泥单位能耗
自上世纪八十年代以来，我国水泥工艺技术水平不断提升，水泥单位能耗不断降低。表1是按照GB16780《水泥单位产品能源消耗限额》，使用“可比熟料”、“可比水泥”能耗值的相关计算才具有可比性，因此，文中熟料和水泥的CO2排放值都按此原则计算。
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使用替代燃料，降低化石燃料
水泥生产过程中可以使用替代燃料来减少CO2的排放，替代燃料可以分为固态替代燃料、液态替代燃料和气态替代燃料。
固态替代燃料主要有木屑、塑料、农业残余物、废弃轮胎、石油焦等；
液态替代燃料主要有矿物油、液压油等；
气态替代燃料主要有焦炉气、炼油气、裂解气、埋填的废物产生的气体等。
废油、废轮胎、污泥等用作替代燃料较为普遍，其中，废油热值最高、碳排放因子最低。
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提高熟料质量，降低熟料系数
在保证相同水泥性能的条件下，熟料质量越好，掺入的混合材可以越多。而当混合材用量增加1%时，水泥熟料用量就可减少1%。
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降低原材料碳酸盐分解的CO2排放
使用钙质替代原料
水泥生产中碳酸盐分解产生57.73%的CO2，用钙质工业固废来替代石灰石可以显著减少碳酸盐分解排放。通常可利用的工业固废有电石渣、高炉矿渣、钢渣及粉煤灰等。
欧洲水泥协会预计2030年使用钙质替代原料可以减少CO2排放3.5%，到2050年将减少8%。
由此可见，使用钙质替代原料能够显著的减少CO2排放，具有较大的推广应用空间。但钙质替代原料存在来源不足，成份不稳定，且对水泥质量有影响等问题。
发展低碳胶凝材料
硅酸盐水泥具有高能耗、高温室气体（CO2）排放的缺陷，且随着世界各国经济和基建的不断发展，水泥需用量逐年增加，对地球生态环境和气候变化的负面作用逐渐明显，发展低碳胶凝材料体系，科学的部分取代硅酸盐水泥十分必要。
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选择适合的工艺类型
当然不同的水泥生产工艺也会导致消耗的能量不同。目前水泥生产主要分为干法工艺和湿法工艺。具体能量消耗可以参考如下列表：
对于烧成系统装备可全部使用导热系统低的优质隔热材料，该技术在国内已成熟应用。但是，像是采用交叉换热或多级换热技术，特别是六级以上的技术尚未推广应用。
交叉换热指的是将物料在换热预热器中的两个仓内进行交替，料流交叉进入平行气流中，使100%的物料与50%的气流交换热量进一步提高系统的热交换率，降低废气的温度。
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运用平台化监控，节能技术等数字化管理
根据水泥生产工艺的特点，开发一系列节能技术、监控管理软件也是目前工程师们专注的领域，例如低温余热发电、水泥窑节能监控，目前有国外团队开发了干粉智能工厂，包括云技术，设备与建筑废料生产于一体的整体解决方案。我国数字化发展早已渗透在工业制造中，全面推行水泥生产数字化、智能化技术改造也是有效改善高能耗现状的途径。
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采用末端碳捕集封存技术
CCUS目前是全球公认的解决高碳排的有效途径之一，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。我国海螺集团开发了一套水泥窑烟气二氧化碳纯化环保的示范生产线项目。不过目前国内的CCUS发展仍然普遍艰难。真正想运用到实际生产中，还需要更多的研究尝试。
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其他诸如水泥配料检测等技术
该类型的技术主要是通过提高水泥的品控、有效指导生产，来降低水泥生产损耗进而降低碳排。例如对水泥自动配料系统的旁线元素分析仪的研究，通过在线检测技术的发展，开发基于中子活化原理的水泥旁线元素分析仪自动配料系统，来实现对水泥元素含量的稳定控制。
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水泥企业减排实践
为推动我国实现“3060”双碳目标，华润水泥以关键减碳技为出发点，系统总结了水泥行业先进制造和绿色环保经验并进行了有效实践。
华润水泥针对水泥行业“两磨一烧”的生产特点，提出“3C（carbon）”节能减碳体系，即源头低碳、过程减碳、末端去碳三方面内容，围绕矿山、烧成系统、粉磨系统、混凝土等产业链制定节能减碳技术路线，解决行业降碳难题，帮助企业降低水泥生产过程中能源和资源消耗，减少碳排放量。目前“3C”节能减碳体系已逐步推广至华润水泥各生产基地，取得了一定成效。
▲灯塔工厂
第一是源头低碳技术。
是指通过原燃料替代、采用清洁能源等方式，降低生产中传统化石能源投入量，拓宽能源利用范围，从根本上实现源头减排。
一是使用替代燃料。如华润水泥广西田阳、南宁和云南弥渡等水泥工厂采用水泥窑协同处置城市生活垃圾、市政污泥、废旧轮胎、树皮、碎布条等作为替代燃料，每年可以减少煤炭用量约8.5万吨标煤。
▲生活垃圾处置
二是使用替代原料。华润水泥在福建龙岩、贵州金沙等水泥工厂采用多重工业固废替代水泥生产原料，通过减小生产过程中的热耗，降低煤炭消耗，每年可减少煤炭用量约12万吨标煤。
▲贵州金沙水泥
三是开发水泥窑协同处置专业装备。针对国内现有水泥窑炉化石燃料替代率低的难题，华润水泥围绕城乡生活垃圾、生物质替代燃料处置工艺，开发了一套具有自主知识产权的旋迴炉装备，可实现分解炉燃料替代率最大≥50%，达成单条生产线二氧化碳减排量13万吨/年的目标。目前项目处于工程化验证阶段，将来会逐步推广至全公司，助力企业实现绿色、低碳转型升级。
▲协同处置
第二是过程减碳技术。
是指采用新一代低能耗集成创新技术与装备优化升级现有生产线，降低系统煤耗、电耗，不断提升能效水平。我国水泥行业已颁布能耗限额标准，华润水泥主动在碳减排端深挖潜，谋创新，制定“碳达峰”路线图。
▲贵州安顺水泥
一是应用高效节能节电技术。在高效粉磨装备及工艺技术端，实施水泥粉磨、选粉工艺优化升级改造，并集成应用磁/气悬浮风机等先进节能装备，实现系统电耗降低，逐步提升工厂运营水平。
二是应用低能耗水泥煅烧技术。在低碳工艺上，预热预分解系统围绕高换热效率、低阻力进行设计改造；在先进装备上，采用新一代冷却机、纳米隔热材料，通过数字化智能型控制与管理技术实现水泥窑生产精准控制。2021年起，华润水泥主要聚焦以上两项过程减碳技术，相继在广东封开和广西南宁、贵港、上思、平南等水泥工厂开展长效性节能减碳工艺装备优化升级工作，同步降低了企业电能和煤炭消耗，每年可减少用电约990万千瓦时，减少煤炭用量2万吨标煤，取得了初步成效。
三是利用余热发电的同时大力推广风电及光伏发电。华润水泥不仅将生产中富余的热量进行发电，能源回收利用，同时结合华润集团多元化业务优势，计划联合华润电力综合采用风电及光伏发电新技术，实现熟料生产线“零外购电”。
第三是末端去碳技术。
是指通过生物固碳和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）等技术，将企业排放二氧化碳再循环。华润水泥已提前在末端去碳技术上开展产业布局，为水泥行业“碳达峰”后续工作做好技术储备，旨在持续推动企业绿色转型升级，实现高质量发展。
一是生物固碳技术。华润水泥与航天神州生物科技集团有限公司联合开展的节能降碳研发项目，为碳循环经济提供有效路径。研究发现，航天育种的太空芦竹具有很强的吸碳、固碳能力，在一个生长季中，每亩太空芦竹可吸收二氧化碳14.58吨。不仅如此，太空芦竹也可用作化石能源替代品，每亩太空芦竹燃料将节约标煤用量7.3吨。目前，华润水泥已在广西田阳开展太空芦竹的适应性种植试验，探索太空芦竹固碳效果、生物质能源等产业化开发运营模式。
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