史 君
（河北建筑材料工业设计研究院，河北 石家庄 050051）
摘 要：当前，应对气候变化已升为国家重大战略，水泥行业任重道远。本文简述了水泥行业在当前碳减排的发展方向和措施。
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关键词 ：水泥行业；碳减排；发展方向；战略
中图分类号：X-1 文献标志码：A 文章编号：1000-8772-（2015）05-0032-01
收稿日期:2015-02-05
作者简介：史君（1981-）,男，河北邯郸人，本科，工程师。研究方向：无机非金属材料。
一、世界水泥工业CO2排放现状与发展趋势
当前，应对气候变化已升为国家重大战略，水泥行业任重道远。2013年全球碳排放量达351亿吨，我国以95亿吨高居第一，占全球排放总量的27.1%，作为全球最大温室气体排放国，节能减排义不容辞。中国是世界水泥生产和消费大国，占全球60%的水泥产量带来了巨大的温室气体排放量。中国政府已经承诺，在2030年前后达到排放峰值，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。
为了更好地完成国家碳减排既定目标，2014年4月19日上午，“2014全国水泥工业生产线技术改造及优化专题会议”在武汉完满结束之后，当日下午举行了由全国水泥生产技术专家委员会主办的“中国水泥工业碳减排政策与技术研讨会”。
按照水泥行业的现有水平，生产1吨水泥熟料约排放940千克二氧化碳。水泥行业生产排放的二氧化碳约占我国工业生产二氧化碳排放总量的20%，水泥工业面临着二氧化碳减排的巨大压力。
二、国外水泥工业低碳排放技术介绍
目前已经有数家机构对水泥行业碳减排可能性进行了深入研究，基本一致同意水泥行业减少碳排放的途径主要有以下几种：①提高能源效率 ②采用替代燃料和替代原料 ③调整水泥品种结构④碳捕捉和封存技术,这四种手段不是独立的，它们之间可相互影响。此外，世界上许多机构正在努力研究低碳水泥，但是这些新产品仍处在前期试验阶段，至于能否大规模推广目前尚不能确定。
1.提高能源效率
新型干法水泥生产过程中的热耗主要是熟料煅烧阶段窑系统的热耗；电耗主要包括：原料开采及混合5%，生料粉磨24%，生料均化6%，熟料煅烧22%（包括固体燃料粉磨），水泥粉磨38%，输送、包装5%。在提高水泥生产过程能源效率方面，国外采用的措施主要包括：提高窑系统的热效率、采用高效粉磨技术、高效冷却机技术、高效选粉机技术、余热回收利用、变频调速技术、多通道燃烧器以及提高水泥厂的自动化水平等。根据欧洲水泥协会统计，自上世纪70年代以来，欧洲水泥行业生产水泥所需的能源量已经下降了30%。
然而，根据国外的发展经验，随着熟料煅烧过程中热效率的升高、对生产过程中污染物排放要求的愈加严格以及水泥强度的提高，水泥生产过程中的电耗也将会有不同程度的增加。
2.采用替代燃料和替代原料
国外特别是德国水泥工业利用替代燃料己取得明显效果，所用的替代燃料主要是废轮胎、废塑料、废纸张和动物肉和骨头粉等。德国Teutonia水泥公司目前利用替代燃料约占总热耗的60％。考虑到国内对废轮胎、废塑料、废纸张由其他行业回收和利用更有价值，因此水泥行业目前还无法应用这些再生能源。但有些水泥厂己开始利用废皮革、生活垃圾等煅烧水泥熟料，可节省一些能源。目前国内在预分解生产线的设计中，在有条件的地方己应用煤矸石，一般用量在5％～6％，最高用量达8％。利用含CaO的工业废渣代替石灰石也可以节能，许多含CaO的工业废渣如碳化炉渣、矿渣、钢渣等都是经过高温煅烧后形成的，其CaO以（或以潜在的）硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐形式存在，无需经历石灰石配料时煅烧中的CaCO3分解，可省掉一部分 CaCO3分解热。CaCO3在890℃分解热为1645kJ／kg，按生产1t熟料需1.2t石灰石计，生产1kg熟料所需CaCO3分解热达1974kJ／kg，占熟料烧成热耗50％以上。另外，这些废渣中的 CaO不存在CO2，也减少了CO2的排放，因此这类钙质替代原料代替石灰石节能减排潜力很大。
3.调整水泥品种结构
国外所普遍采用的调整水泥品种结构的措施主要是提高混合材的掺加量，降低水泥产品中的熟料比例，实现碳减排。可以作为混合材的材料包括高炉矿渣、粉煤灰、天然火山灰质材料或石灰石粉等。
4.碳捕捉与碳封存
碳捕捉和封存（CCS）是一种新技术，利用这种技术可以在二氧化碳排放之处将其收集起来并压缩成液体，并通过管道输送，将其永久封存在地底深处。水泥行业的二氧化碳排放主要发生在燃料燃烧和石灰石煅烧阶段，对于它们的捕捉需要特殊的、低成本、高效率的碳捕捉技术。目前水泥行业已经开展了碳捕捉技术的研究。需要注意，只有整个碳捕捉链条，包括液碳的输送、合适的封存地点等可以运行的时候，碳捕捉才有意义。从技术角度来讲，2020年之前，水泥行业碳捕捉技术可能无法达到商业运用的水平。在此之前，需要进行大量的研究和测试。预计2015～2020年间，全球范围内或将有数个大型碳捕捉项目投入使用，如果按10～20个日产6000吨大型水泥窑碳、捕捉效率为80%来算，每年将减少二氧化碳排放25～30Mt。如果有适当的政策支持，预计2020年后，碳捕捉和封存技术可以投入商业使用。 碳捕捉技术的推广除受技术水平制约之外，还受到成本的制约。尽管随着科技的发展，碳捕捉成本约逐渐降低，但是预计每捕捉1吨二氧化碳，需要成本20～75欧元（只有在条件极为成熟时，才可以使成本降至20欧元）。
三、总结
水泥生产过程中的高耗能、高污染是不争的事实。如何做到既解决了水泥需要又能节能减排，是摆在世界水泥行业面前的难题。只有在实践中开发和研究在生产中的创新技术、改进工艺流程、使用节能设备才能实现水泥行业综合节能减排的目的。
（责任编辑：王帅）