我国水泥工业碳减排途径之探索

翟旭东

（南京市秦淮区金轮新村12号3-102室，210001）

我国水泥工业碳减排途径之探索

翟旭东

（南京市秦淮区金轮新村12号3-102室，210001）

就我国水泥工业持续发展面临的碳减排难题，从产能过剩、资源消耗、碳强度、能源利用率和窑型技术结构等五方面予以阐述，并提出相应解决途径和建议。

温室气体产能资源碳强度能源强度窑型技术结构途径

温室气体排放问题已成为当今世界关注的焦点。2009年在丹麦哥本哈根召开的世界气候大会被认为是人类拯救地球的最后一次机会。减少温室气体排放不再是简单的气候变化问题，它将涉及到世界各国政治和经济等各层面问题。国际能源机构在《世界能源展望》报告中发出警告，各国应马上采取行动，遏制灾难性的气候变暖，不然每拖延一年处理气候问题，抗防费就会增加5000亿美元来削减二氧化碳等废气的排放，我国作为世界大国对此决不能等闲视之。在不久前联合国召开的气候变化峰会上，胡锦涛主席代表中国政府向国际社会表明了中方在气候变化问题上的原则立场，明确提出了我国应对气候变化将采取的重大举措，要把应对气候变化作为国家经济社会发展的重大战略。

建国六十年来，我国水泥工业的发展令世界瞩目，至今已成为世界水泥生产第一大国。同时也要看到，2010年我国水泥工业碳排放量将达15亿吨以上（占2008年全国人造碳排放量的四分之一）。因此仅从碳排放量和碳强度（实际上是能源使用效率的体现）分析，中国的水泥工业只不过是个水泥生产大国，还不是水泥工业强国，目前，面临的碳排放问题如不能破解，寻求积极的碳减排途径，不仅给资源和能源供应带来巨大压力，而且将会影响其持续健康发展。

1 我国水泥工业碳排放量大的主要根源

1.1 总产能严重过剩

水泥生产过程中占比75%左右的石灰石分解和煤燃烧产生的二氧化碳是最主要的碳排放源，根据我国水泥能耗水平，据测算，每生产一吨水泥约产生0.7～0.8吨二氧化碳，所以削减过剩产能是我国水泥工业碳减排的最根本、最有效的措施。我国是世界水泥生产第一大国，目前全国共有水泥生产企业5000余家，水泥总产量连续20多年一直居世界第一位。2010年预计产能可达27亿吨。从生产规模上看，据中国水泥协会统计，截止2007年底，新型干法生产线797条，年产熟料产能为60704.20万吨，即每条生产线日平均熟料产能为2500吨（小于2000t/d生产线320条，占比40%），这说明2007年以前投产的新型干法生产线以中小规模为主。另据2009年9月29日国务院文，2009年在建水泥生产线418条，产能6.2亿吨，还有已核准尚未开工的生产线147条，产能2.1亿吨，据此计算每条生产线日产熟料不到4000吨。由此看来，我国水泥总产能虽然巨大，但整体规模不够大，所以生产成本较高，能耗的规模效益较差。

1.2 石灰石资源的大量消耗

水泥生产过程中，理论上一吨CaCO3分解将产生0.44吨二氧化碳，6亿吨过剩水泥产能带来13.3亿吨石灰石消耗，将产生数亿吨的碳排放。

石灰石既是生产水泥的主要原料，又是主要的碳排放源头。石灰石虽是地球上贮量最丰富、最广泛的矿产，但也决非“取之不尽，用之不竭”。据载，“我国的石灰石资源并不富裕，截止2007年全国已探明的石灰石基础贮量为750亿吨。其中具备经济开采条件的只有390亿吨（北京市规划设计院，2007）。2007年全国生产水泥13.6亿吨，耗用石灰石约16.5亿吨，照这样下去只要23.6年，具有经济开采价值的石灰石就用完了，已探明的石灰石矿也只够开采约45年半！”2010年水泥产能将达到27亿吨（其中新型干法水泥产能将达21亿吨以上）。根据新型干法窑对主要原料石灰石质量的高标准要求（高CaO含量、低K2O和Na2O含量），每年将消耗优质石灰石资源约25.5亿吨，若按27亿吨水泥测算，每年将耗用石灰石近40亿吨！这决非危言耸听。2008年4月21日报导显示，“据国家发改委预测，到2020年我国重要金属和非金属矿产资源可供储量的保障程度除稀土等有限资源保障程度为100%外，其余均大幅度下降，其中可采年限石灰石为30年”，这其中应包含无大规模开采价值的非优质石灰石资源。况且，优质石灰石还是化工、钢铁、造纸等工业必须的大宗基本原材料，石灰石资源危机已成为我国水泥工业持续稳定发展必须考虑的严重问题。10年以后怎么办？等不到10年占中国水泥总产能80%的新型干法水泥生产线将面临“无石之炊”的窘境。以江苏省为例，2002年全省石灰石资源基础储量约14.08亿吨，基本矿产资源的缺乏将使江苏的水泥生产企业长期面临原料供给的严重制约。按照省发改委2008年发布的《江苏省“十一五”水泥工业调整和发展专项规划》测算，2010年江苏水泥熟料产量将达到7582万吨，将需要1.1亿吨石灰石，江苏的石灰石资源够用20年吗？可以预见，未来江苏石灰石资源储藏量与消耗量之间的矛盾将愈加突出。为了不致于在若干年后，我国由水泥生产大国变成水泥进口大国，为了子孙后代，为了不在国家经济建设和国防建设上受制于人，我们必须象节约能源一样珍惜有限的石灰石资源。

1.3 温室气体排放量大

国务院总理温家宝2009年11月25日主持召开国务院常务会议，研究部署应对气候变化工作，会议决定到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。

我国是世界最大的碳排放国，2007年虽人均碳排放仅5.1吨，约为美国的1/4，但我国碳排放总量约为60.18亿吨（见表1），居世界之首。我国采取积极的碳减排措施后，到2020年碳排放达到最高峰80亿吨左右，2030年将降至60～70亿吨。即使实现这一目标，中国依然是世界最大的排放国，排放占世界总量的比重大大超过中国总人口占世界的比重。

表1 2008年世界碳排放量前六名亿吨

再分析一下我国水泥工业的碳排放形势，水泥生产是我国碳排放的主要源头之一，到2010年，我国水泥产能达27亿吨，按2008年世界水泥制造业产生的二氧化碳占全球人造二氧化碳的5%计（约14.6亿吨），同时考虑我国水泥生产能耗较高的因素，届时我国仅水泥生产产业所排放的二氧化碳至少将达15亿吨以上，占2008年全国碳排放总量的25%以上（如果2010年我国碳排放总量维持2008年碳排放总量水平60.18亿吨）！所以，我国水泥工业的碳排形势非常严峻。抑制水泥产能过剩，淘汰落后产能，提高能源利用效率是当前我国水泥工业碳减排的极其重要的战略措施。同时，由于水泥窑炉废气以二氧化碳为主，所以很有必要进行碳捕捉、输送、封存技术（CCS）的研究及其开发和试点应用。

1.4 能源利用率低，导致化石类燃料（煤）的消耗量增加

高效使用能源和节约能源的实质，就是降低碳排放。按照《国务院要求抑制钢铁风电等产业产能过剩》一文要求“新项目水泥熟料烧成热耗要低于105公斤标煤/吨，水泥综合电耗小于90千瓦时/吨水泥”，目前全国5000余家水泥生产企业究竟有多少能达到此要求？我国水泥工业整体上“企业能耗高、物耗高、浪费大，经济效率与发达国家差距很大”。

我国水泥生产成本中能源成本约占70%～75%，据有关资料显示，2001～2007年水泥平均销售利润率仅为4.383%，见表2。

表2 中国水泥销售指标（2001～2007年）

这说明，有一部分工艺相对落后的水泥企业（包括不少早期建成的中小型新型干法生产线）的物耗、能耗利用率和生产率水平等指标落后，获利能力较低，经济效益较差。

1.5 水泥工业技术结构不尽合理，大量中小型新型干法窑能耗高

八、九十年代以前，传统机械立窑曾是我国水泥生产的主导窑型，立窑水泥产量曾占全国水泥总产能的80%以上。生产窑型主要以Φ2.5×10m为主。由于窑外分解技术的出现，机械立窑逐步被新型干法窑所替代。2007年以前投产的新型干法生产线以中小规模为主，平均每条生产线熟料日产能为2500吨，其中2000t/d规模占比40%。5000t/d规模生产线仅占17%。2009年在建和已核准尚未开工的生产线总产能将达8.3亿吨，平均每条生产线日产熟料不到4000吨。所以，从总体上看，27亿吨产能中4000t/d以下中小规模生产线占比较大。

国家发改委原副秘书长甘智和教授在《中小水泥企业要依靠科技进步》一文中明确指出，“作为重要的投资类产品，它的发展和地区的市场容量及区域经济的发展水平有极高的相关性”，所以“我国水泥消费市场在相当一段时期内有两个特征：在规模上，大、中、小相结合；在布局上，集中和分散相结合”。“综合考虑水泥消费市场分布格局、石灰石资源储量及交通运输成本等因素，我国水泥工业应在合理的销售范围内建设不同规模的水泥企业”，“在相当时期内应该是以大型水泥骨干企业为主，大、中、小企业并存，并进行合理布局”。

除了生产规模要与地区的市场容量需求及区域经济的发展水平相匹配外，同时窑型选择要与生产规模相适应。赵介山教授建议“增加资源利用率和熟料能耗（电耗、标准煤耗）评价指标”很有道理，不管立窑水泥企业还是新型干法水泥企业，都应当执行和遵守国家制定的水泥产品国家标准和环保国家标准，特别是当前应把节能减碳放在首要位置。通过制定统一的经济技术指标评价标准和运行规则，对不同窑型坚持优胜劣汰、不唯“成分论”、公平竞争“上岗”，这才符合国情民意。

分解炉在技术上虽然是一个重大突破，但从物理化学反应条件看，它并没有从根本上解决固相反应和固液相反应主要还是在回转窑内进行的问题，因而加热升温缓慢，降低了分解产物和中间相的活性，延缓化学反应速度，单位容积产量并不高（包括窑与预热器和分解炉容积）。因此，研究一种新的煅烧原理及其新工艺、新技术、新设备，改进现有煅烧方法乃是发展、改革水泥生产工艺的迫切问题。借助JT窑的启示，我认为应该充分利用机立窑节能、节资、利用次质原料和工业废渣能力强的优点，大大降低CO2排放。因此，研究开发高产能1200～4000t/d熟料的创新型机立窑，以丰富我国水泥工业单一的新型干法窑窑型的技术结构布局很有必要。

2 解决问题之途径

2.1 削减过剩产能

2.1.1 坚决淘汰落后产能

削减过剩产能是碳减排的重要措施，2007年全国水泥产量13.5亿吨，时隔仅3年，在流动性过剩和非理性（盲目扩张、重复建设）新建新型干法的“激情”推动下，导致2010年全国水泥产能预计将激增至27亿吨，整整翻了一番，这是我国水泥工业发展史上的一次重大失误。不仅造成资源、能源、资金的极大浪费，而且对生态环境的破坏极其严重，仅温室气体排放量激增约7亿吨以上！所以对过剩产能不仅仅是“抑制”，而应该大刀阔斧地坚决予以淘汰，特别是落后的机立窑产能和技经指标并不先进的中小型新型干法窑产能，将总产能维持在17～18亿吨水平较为合理。

2.1.2 严格控制任何规模的新生产线审批和新建

坚决执行2009年9月29日《国务院要求抑制钢铁风电等产业产能过剩》文件精神，对产能过剩行业确有必要建设的项目，需报国家发改委组织论证和核准。

对经批准的“等量淘汰”需建项目要严格执行国务院“新项目水泥熟料烧成热耗要低于105公斤标煤/吨，水泥综合电耗小于90千瓦时/吨水泥”的准入标准规定。

2.2 降低碳强度，减少碳排放

改变以化石类燃料（煤）为主的能源结构是碳减排的重要途径之一，重视再生能源的开发利用。例如德国宣称，到2020年将电能从再生能源中获取的比例从目前的9.4%提高到25%。

由于世界水泥生产碳排放量之巨大，所以国际能源署（IEA）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）下属的水泥可持续性发展倡议组织（CSI）通力合作，耗时12个月，终于制定出第一份涵盖整个水泥行业的减排技术路线图，作为全球首个行业性减排路线图，呼吁各国政府制定积极政策，提高水泥行业目前能够采用的减排措施的推广与使用，并鼓励对经济可行的碳捕捉与碳封存技术的研究，以进一步减少水泥工业二氧化碳排放量。报告认为，水泥行业通过采用矿渣和替代燃料、提高能源效率等手段以减少二氧化碳排放。我国近年水泥工业碳排放量见表3。

表3 近年我国水泥工业碳排放量

2.2.1 缩减产能，掐断碳排放源头

若将产能削减至2008年水平，则可减少约5亿吨碳排放量。

2.2.2 提高水泥生产能源强度，降低碳排放强度

按中国十大发电集团耗煤量与碳排放量关系，节约一吨煤可减排2.44吨CO2。按公斤熟料平均热耗760kcal降至国际平均水平710kcal，吨水泥综合电耗由110kWh降至国务院“准入标准”90kWh计，分别按总产能18亿吨和27亿吨测算，每年可减碳7100万吨和1.07亿吨（见表4）。

表4 节能与碳减排效果

由此看来，节能不仅能节约资源和能源，提高企业经济效益，而且大大减少温室气体排放。如将27亿吨产能削减至18亿吨，水泥生产碳排放量将从15亿吨降至9.3亿吨。

2.2.3 引入清洁发展机制(CDM)，参与国际碳市场交易

根据2005年2月正式生效的《京都议定书》规定，从2008～2012年，所有工业发达国家要将二氧化碳等6种温室气体的排放量在1990年的基础上降低5.2%。发达国家每帮助发展中国家减少1吨二氧化碳排放，就可获得等量排放权。此合作机制即为清洁发展机制（CDM）。这对于发达国家和发展中国家来说，进行排放权的交易，会达到双赢的结果。而且按照此规定，中国属于发展中国家，在2012年前免予承担具体减排义务，因此在中国境内所有减少的温室气体排放量，都可以按照议定书中的CDM机制转变成有价商品向发达国家出售。例如2007年12月18日，重庆润江水泥有限公司与瑞典碳资产管理公司达成正式协议，润江以8.8欧元/吨的价格，将减排的7.5万吨/年二氧化碳指标卖给对方，每年换来66万欧元的收入，2008～2018年的合同期内润江将净收益660万欧元。

对于中国的一些大型高耗能（如水泥生产）企业，可以按2005年2月生效的《京都议定书》中一项规定（有效期2008～2012年），通过CDM机制将二氧化碳作为有价商品向发达国家出售，而买方国家企业就可以获得等量的温室气体排放权。中国卖方企业不仅可以通过该交易挣得利润，还可以在发达国家购买方的帮助下降低能耗，提高企业效益。如我国将落后产能淘汰5亿吨，至少可减少碳排放3.5亿吨，即使按10欧元/吨二氧化碳参与国际碳市场交易，可获35亿欧元（近350亿人民币）的节能减排专项技改资金。在2012年《京都议定书》到期之前，我们应抓紧这短暂的三年时间多争取些CDM项目。

2.2.4 进行碳捕捉、输送、封存技术（CCS）的研究，及其开发和试点应用

国际能源署（IEA）表示，到2050年全球需兴建3400个CSS项目，前10年由发达国家占主导地位，此后发展中国家将担负主要责任。国际能源机构还发布了一份“CSS路线图”，提出到2050年前，全球将在这一领域投入约3万亿美元，促进CSS技术的发展。我国正在加紧完成首家具有碳捕获和封存(CCS)技术的商业化发电厂。我国有着得天独厚的地质结构，有很多地方可以用于碳排放的地下储存，足够储存至少100年的碳排放量，例如拥有丰富油田和天然气田的中国东北，以及东海南海区域，均是实施“碳捕捉”技术的理想场所，这些都为我国水泥生产碳排放CCS技术的推广应用创造了良好的条件。

2.3 有理有度有节地利用现有石灰石资源，综合利用次质原料和工业废渣

（1）限制能耗较高的中小型新型干法水泥生产线发展，保护优质石灰石资源，确保大型和超大型新型干法水泥生产线的原料供给。

（2）发展中小型现代化机立窑，发挥其对原料适应性强的特点，充分利用质次较差和贮量分散的石灰石资源。

（3）综合利用工业废渣、城市污泥和废弃混凝土及建筑垃圾。

对少用熟料甚至不用熟料而又能提高水泥强度等性能的研究课题，有必要进行试验开发，以应对未来石灰石资源紧缺的危机。

2.4 通过窑型创新改造，提高窑炉热效率和降低烧成系统电耗

有资料介绍，在汇总的2007年以前699条生产线中，2000～2500t/d规模级生产线水泥熟料年生产能力最多，占到总能力的38.35%，其次是4000～5000t/d级规模生产线，占总量的34.93%。这两个级别的窑型占到总产能的73.28%，是我国新型干法生产线的主力窑型。从数量上看，2000t/d以下级规模生产线名列第一，有279条线，其次是2000～2500t/d规模级生产线，有264条线，两个级别生产线数量占到总数量的77.68%。占总产能半壁江山以上的3000t/d以下规模生产线徒有“新型干法”虚名，其公斤熟料热耗和水泥综合电耗分别在800kcal和110kWh/t左右，即使与先进的JT机立窑相比差距很大（JT窑公斤熟料热耗750kcal，42.5级水泥综合电耗86kWh/t），甚至比传统机立窑好不了多少，参照国务院“准入标准”当属淘汰范畴。由于此类窑型面广量大，不宜采用偏激的“一刀切”处理方法。2009年10月21日，国务院中央企业监事会主席乔龙德先生在国际水泥大会上的报告中就我国水泥工业结构性调整问题时指出，“目前，水泥工业发展总体上仍是一个结构性供过于求的现状，解决的途径不能用简单控制的办法，而要因地制宜地调控，简单的控制不利于结构优化和产业升级，有进有退、优胜劣汰是伴随结构调整的长期任务，新的、先进的不发展，落后的就难以退出”。笔者认为，借助JT窑的启示，研究开发高产能、高质量、低能耗、低碳排放的1200～4000t/d熟料的创新型机立窑，对3000t/d以下落后新型干法窑进行改造很有必要。乔龙德先生在前述国际水泥大会上说得好，“不管什么时候，也不管什么工艺，凡是落后了，都要受到限制甚至淘汰；同样不管什么情况下，先进的新技术的推广，凡是利废的、节能的或减碳的、有利促进水泥工业进步和产业升级的都应大力支持与发展。这样结构调整的目标才能实现。一会儿一个调子，走走停停是不利于结构调整和产业升级的”。

综上所述，本文通过对影响我国水泥工业发展中碳减排问题所涉及的五大根源，即产能过剩、资源利用、碳强度大、能源利用率低、窑型结构单一等予以浅析，并提出相应解决途径和建议，力争为我国水泥工业持续健康发展作出贡献。

（编辑：方圆）

TQ172.1 文献标识码：A 文章编号：1007-6344（2010）03-0008-06

2010-02-01】