11月12日,在北京APEC峰会期间,中美双方在北京共同发表《中美气候变化联合声明》,《声明》中,中国宣示气候减排目标:计划2030年左右CO2排放达到峰值且将努力早日达峰,并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。国际上有评价认为,中国此次把2030年气候减排目标定得比较高,可能在现有经济发展模式下难以做到。

水泥是经济建设的重要材料,水泥工业也是国民经济的重要的基础产业。水泥工业传统的发展和生产模式,使得资源、能源都难以为续,对生态环境也造成了极为不利的影响。因此气候目标倒逼改革,改革水泥行业首当其冲,低碳经济是水泥工业发展的必由之路,推动水泥工业低碳生产技术研发和应用,促进水泥工业大幅度节能减排,实现水泥工业先进、绿色制造,是水泥工业发展面临的紧迫任务。

CO2来自哪里?水泥生产中,CO2的排放有直接排放和间接排放两种。直接排放主要是指碳酸盐的分解(CaCO3→ CaO + CO2)和燃料的燃烧的方式排放;间接排放则是指电力消耗。
原料替代:水泥工业利用各种工业废弃物作为混合材,掺入水泥熟料中一并粉磨成相应品种的水泥。这种方式简便易行,既可以利废又能直接增产水泥,降低生产成本。其次是将有些废物(赤泥、电石渣、有色冶炼渣、铸造砂等)用作水泥原料,替代一部分或全部石灰石、砂页岩、黏土等天然矿石。
    替代原料在我国水泥工业最广泛地应用于将硫酸渣或炼铜渣等替代水泥生料中的铁质原料,以及将磷石膏或脱硫石膏等替代水泥缓凝剂天然石膏。两者的利废量大致为水泥产量的7%,几乎所有的水泥企业都是这样做的。加上其他少数的水泥企业额外利用一些赤泥、淤泥、矸石、电石渣等,我国水泥工业替代原料的利废总量始终停留在水泥产量的10%左右,与美国水泥工业的情况相近,而与德国、日本的差 距较大。
燃料替代:燃料替代是指CO2排放因子小于标煤的替代燃料,标煤CO2排放因子为0.094kgCO2/MJ,而废轮胎的排放因子为0.085kg/MJ,废玻璃钢为0.083kg/MJ,均低于标煤CO2排放因子,因此使用这类替代燃料,可以降低CO2排放量。
    利用水泥回转窑来处置可燃废料,虽然要在工艺设备和测量设施投入资金,进行必要的改造,以适应用可燃废料作为替代燃料带来的技术和环保问题。但其投资比新建专用焚烧厂来说是大大节省了投资。
我国水泥行业使用替代燃料仍处于探索阶段,中国水泥工业的燃料替代主要是垃圾和污泥。
水泥窑协同处置城市生活垃圾:目前水泥窑协同处置垃圾废弃物在国内垃圾处理领域尚处于起步阶段,至今已有近20条生产线实现了生产示范,正常运行了2-5年,水泥窑协同处置在我国城市也已经被成功实践于生活垃圾处理领域。
    城市生活垃圾具有一定热值,其灰渣可用作熟料烧成原料或水泥制备混合材,因此协同处置城市生活垃圾具有一定的燃料替代率和原料替代率。
    以一条5000t/d新型干法水泥生产线,并设定其处理垃圾量为200t/d,即处置垃圾量占总熟料产量4%,其燃料替代率为5%-10%,原料替代率为2%-4%,则年减排CO2排放量约为0.9-1.6万吨。
富氧燃烧、全氧燃烧:富氧助燃技术用于水泥生产工艺,可改善燃料的燃烧工况,提高火焰温度及火焰黑度,缩短燃烧所需的时间,实现燃料的完全燃烧,从而加大火焰对物料的辐射传热能力提高整个系统的热效率,减少粉尘及CO、CO2,以及SOx、NOx等有害气体的排放量,有利于节能减排,同时还能够稳定整个窑系统的热工制度,提高水泥的生产效率和质量,延长水泥窑的维护周期,减轻司炉工的工作强度并明显改善工作环境。
    在富氧燃烧的基础上,水泥业又开始探索水泥窑全氧燃烧技术。水泥窑全氧燃烧就是把燃料与85%-100%的氧气以及富含CO2的循环废气按预定燃料比混合,将其代替空气鼓入分解炉和回转窑炉中助燃燃料的技术。
    据了解,目前,全氧燃烧技术在水泥行业中尚处于理论模拟阶段,但在玻璃行业已有运用实践。相信在不久的将来,全氧燃烧技术也将助益水泥行业节能降耗。
预烧成窑炉技术:回转窑中仍存在堆积态传热,窑尾部分生料传热及反应热量需求与热量供给间存在矛盾,限制了熟料烧成热耗的降低和单机窑产量的提高;通过提高入窑生料活性,缩短物料在窑内的缓慢升温,加快后续固液相反应。基于熟料烧成过程中多阶段形成的客观事实,提出的具有创新性的概念型生产工艺——水泥预烧成技术,以期进一步增强换热效率,提高物料反应活性,减少回转窑热损失和热负荷,建立新一代,高能效水泥窑炉工艺模型。
能源管控技术:水泥生产能源管控一体化技术是以能源为核心,通过数据采集、管理、分析和应用对水泥生产实时监控、生产管理、设备管理、能源管理、质量管理等进行信息化管理,对分解炉、回转窑、篦冷机、粉磨系统等重要工段进行智能控制,形成水泥生产能源管控一体化技术。
    通过安装数据仪表对各种能源进行实时监测,以多种通讯方式传输到能源数据服务器。同时对海量的能源数据进行整理和统计,实时管理能耗并发现能耗异常情况,对能耗的各种影响因素进行分析,自动寻找能效薄弱环节。
余热发电技术:将水泥窑窑头、窑尾排放的废气余热转化为电能的纯低温余热发电技术在水泥行业已经颇有历史,也是水泥行业最为熟悉和普及的碳减排技术。目前,一般纯低温余热发电项目吨熟料发电量已达到37-42千瓦时,使水泥生产线的自供电量达到1/3以上。
    余热发电产生的净电力约为33kWh/t熟料,折合为CO2减排为28.4kg/t熟料,各种大气污染物也得到相应减排,全年可节约电耗4950万kWh,减排CO2约4.3万吨。目前80%左右的水泥生产企业都采用了此技术。
发展低碳水泥:20世纪70年代到80年代,中国建材研究院发明和开发出硫铝酸盐(CSA)水泥。CSA水泥熟料矿物组成主要是C4A3S和C2S,与硅酸盐水泥有很大区别。CSA熟料化学组成中CaO含量比硅酸盐水泥低24%。CSA水泥熟料烧成温度1300-1350℃,比硅酸盐水泥低100℃。与硅酸盐水泥相比,生产CSA水泥熟料可减排CO230%以上。
调整品种结构:品种结构与减排CO2有着密切的关系。我国水泥品种结构是多品种多等级的模式。多品种多等级的结构模式为采用熟料替代物创造了条件。目前企业生产和销售的水泥主要是低等级(如P.C32.5)和中等级(P.O42.5)的品种,高等级硅酸盐水泥比例很低。
    12月10日,国家标准化管理委员会官网公布:关于批准发布GB175-2007《通用硅酸盐水泥》国家标准第2号修改单的公告,修改单主要内容是取消32.5复合硅酸盐水泥。将会推广和扩大高强度等级水泥的使用。
碳捕集:减缓温室气体排放的新技术.除了直接减排外,CO2还可以通过捕集与封存技术进行回收,捕集和封存技术被广泛认为是目前唯一能够大规模减少由于化石能源利用而导致的CO2排放的前沿技术,是在不降低当前化石燃料使用量的情况下减少排入大气CO2气体量的手段,是世界各国普遍关注的减缓温室气体排放的重要技术之一。
    CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)碳捕获、利用与封存是应对全球气候变化的关键技术之一,受到世界各国的高度重视,纷纷加大研发力度,在CO2驱油等方面取得进展,但在产业化方面还存在困难。随着技术的进步及成本的降低,CCUS前景光明。
在水泥行业,台湾水泥在碳捕集技术的研发与应用上已经走在了前列。台湾水泥公司与工研院绿能所合作研发