水泥工业CO2 环境负荷及对策分析

刘 迪（辽宁省环境科学研究院，辽宁 沈阳110031）

1 引言

水泥工业是国民经济建设的支柱产业，也是资源和能源消耗型产业，多年来一直是大气污染重点行业。新型干法水泥工艺是目前世界上最先进的水泥熟料生产工艺，其在环保方面的优势更为明显。尽管如此，由于其自身特性，其大气环境负荷仍相对较高，作为最主要的温室气体的CO2更是水泥生产过程中的排放大户，应给予足够的重视。

2 CO2 环境负荷分析

按水泥生产的生命周期考虑，CO2的环境负荷包括很多方面，除了水泥生产过程外，还包括水泥生产过程中消耗的煤和电力两项能源在生产过程中的环境负荷，这里只考虑水泥生产过程中的环境负荷。

2.1 CO2 的来源

水泥生产过程中产生的CO2主要来源于两个方面：原料石灰石的分解释放、煅烧水泥熟料所用的燃料（煤）燃烧释放。

（1）碳酸盐分解产生的CO2

众所周知，碳酸盐在高温条件下分解不仅会产生水泥熟料必需物质CaO，同时还产生CO2。石灰石中主要成分为碳酸钙，不同矿山所产矿石的品位不同，能够作为水泥熟料生产原料的石灰石品位应在45%～48%以上，另外石灰石中还含有少量的碳酸镁。在煅烧水泥熟料过程中，这两种物质都会分解，产生CO2。

化学反应方程式为：

（2）燃料燃烧产生的CO2

水泥生产过程中所用燃料分为熟料烧成用燃料和原料烘干用燃料，目前的新型干法水泥生产工艺采用窑尾余热对原料进行烘干，减少了因这部分燃料燃烧产生的CO2。

用于新型干法水泥熟料烧成的回转窑热源，主要由煤粉提供。

窑内煤粉燃烧过程如图1[1]所示。

图1 窑内煤粉燃烧过程

2.2 CO2 环境负荷计算方法

国内相关法律法规及排放标准中尚未对CO2的排放进行规定和限制，因此目前所有生产线的排放数据中都不包括 CO2的排放情况，这里采用理论计算法确定CO2的环境负荷。

燃料燃烧部分可采用热量碳当量法计算[2]，1J 热量燃料的二氧化碳排放量相当于8. 494 342×10-8kg。吨水泥释放二氧化碳的总量是Q1和Q2 之和。

碳酸盐分解产生的CO2：

燃料煤燃烧产生CO2：

式中：

Q1、Q2—CO2的排放量（kg/t）；

B1—原料石灰质用量（kg/t）；

B2—燃料煤用量（kg/t）；

η1—原料中CaO 含量（%）；

η2—原料中MgO 含量（%）；

Qar—燃料煤的低位发热值（kJ/kg）；

44—CO2分子量；

56—CaO 分子量；

40—MgO 分子量。

2.3 CO2 环境负荷案例分析

选择5 家国内有代表性的新型干法水泥生产企业（简称为水泥A 厂、水泥B 厂、水泥C 厂、水泥D厂、水泥E厂）进行CO2环境负荷案例分析。

根据上述计算方法和调研水泥企业情况，计算出调研企业生产单位功能水泥所引起的CO2环境负荷数据，如表1 所示。

由表1 可见：目前新型干法水泥企业单位功能水泥所引起的CO2环境负荷在500 kg/t·产品左右。与同期粉尘、NOX、SO2相比，环境负荷最大且比较显著。

3 降低CO2 环境负荷对策

表1 调研水泥企业CO2 环境负荷（kg/t·产品）

降低CO2的环境负荷对策主要有四方面：

（1）从提高生料的易烧性、提高燃烧器的效率、用可燃废料作替代燃料等方面来降低熟料烧成热耗[3-5]。

（2）采用替代原料降低石灰质原料用量、在保证水泥熟料性能的前提下降低熟料组成中CaO含量[6-7]。

（3）将新型干法水泥生产线回转窑窑尾和窑头产生的高温废气用于原料烘干和余热发电[8]。

（4）通过CO2分离回收技术将其再利用，从而达到CO2的“零”排放[9]。

4 结语

通过采用理论计算法确定目前新型干法水泥企业单位功能水泥所引起的CO2环境负荷在500 kg/t 产品左右，与同期粉尘、NOX、SO2相比，环境负荷最大且比较显著，应引起重视并积极研究和开发降低其环境负荷的对策。

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