可持续发展的日本水泥工业

2012-03-29刘砚秋

水泥技术 2012年6期

刘砚秋

可持续发展的日本水泥工业

Sustainable Development of Japanese Cement Industry

刘砚秋

2008年，日本水泥工业排放的CO2约占日本总排放量的4%（见图1、图2）。而水泥工业的特点是：要生产水泥，除了不可避免地要排放起源于能源中的CO2，而且还要排放起源于原料中的CO2（其主要原料石灰石受热分解生成CO2，即：CaCO3→CaO+CO2）。

水泥工业是典型的耗能大户，即能源费用占生产成本的比例很高，对于节能措施，世界各国的水泥工业，都率先把其作为最重要的课题进行攻关。目前，日本一边开发引进各种新技术，一边在原有的设备上采取办法，彻底有效地利用其能源。为此，日本水泥工业的能源效率居国际先进水平。

尽管像以前那样大幅度节能的余地变得越来越少了，但是，今后仍要尽可能地促进减排政策的落实。

普通水泥2009年各系统能源消耗比例见图3。

1 自主行动计划目标

图12 008年日本各部门的CO2排放比例

图2 2009年日本水泥工业CO2排放比例

图3 2009年各系统能源的实际消耗比例

现在，日本水泥工业均参加了日本经济团体联合会的“环境自主行动计划”。1996年12月，制定了“关于水泥工业环保的自主行动计划”，1998年10月修订，并确定了以下的目标值。

需要说明的是，受经济和政策的影响，水泥行业上下变动的量很大，因此难以预测将来的情况。但是，作为削减温室效应气体的措施，作为可控制的指标，采用了“水泥生产单位能耗”的办法。

1.1 目标

2010年水泥生产的单位能耗（水泥生产+自行发电+购电）要比1990年降低3.8%。

此外，上述目标要达到2008至2012年5年的平均值。

在2006年以前，目标为“3%左右”，而从2007年开始，已经明确为“3.8%”。

图4 水泥生产的单位能耗

表1 水泥工业解决温室效应方法的投资情况（2006～2009年）

图5 水泥生产单位热耗变化

图6 单位电耗的变化

水泥生产用的能源种类包括：普通煤、重油、石油焦炭、城市燃气和购电（不包括替代能源的废弃物）。水泥生产的单位能耗见图4。

1.2 覆盖率

2010年3月底，参加自主行动计划跟踪调查的，有18家公司，这18家公司均参加了水泥协会。

只有3家特殊水泥公司未参加水泥协会，一家生产白水泥（装饰用的白色水泥），另两家生产生态水泥，分别于2001年3月在千叶县市原市，2006年6月在东京都日出町建新厂，利用城市垃圾焚烧灰和污泥等废弃物作为原料处理。2009年，这3家水泥公司的实际生产规模，占整个日本的0.3%。

2 为完成目标所采取的办法

水泥工业为完成目标所采取的办法，主要是向以下4个方面进行投资（见表1）：

（1）开展节能设备的普及工作；

（2）扩大替代能源的废弃物使用量；

（3）扩大其他废弃物的使用量；

（4）扩大混合水泥的生产比例。

2.1 开展节能设备的普及工作

促进节能设备的普及工作，如磨机采用辊磨，引进预粉磨设备和高效选粉机，改善燃料喷嘴，控制大型风机的旋转等。对于占能耗70%以上的烧成系统，已经在1997年全部更换了新型先进设备（NSP或SP窑）。此外，在提高余热利用和热交换率等方面已经接近了极限，几乎没有改善余地，但是今后仍要按照自主行动计划，做最大程度的努力。

水泥生产单位热耗变化见图5，单位电耗的变化见图6。

2.2 扩大替代能源的废弃物使用量

设置废塑料、木屑、骨粉等燃烧设备，开展扩大替代能源的废弃物使用量。

扩大替代能源的废弃物使用量，成为增加预处理设备和厂内运输等水泥厂单位电耗的一个主要原因，然而，即便会引起一些负作用，还是能降低整个能源的消耗。

替代能源的废弃物，如果不能充分地利用到水泥工业，其废弃物就不得不焚烧或填埋处理，这时，废弃物中的碳成分最终会生成CO2或具有强大温室效应的CH4（甲烷）。另一方面，水泥厂充分利用替代能源的废弃物，仅此一项就可减少天然石灰石资源的使用量。如图8所示，即便把水泥厂和单纯焚烧设备合计起来，也会降低温室效应气体的排放量。

水泥生产热耗和替代能源的废弃物之比例变化见图7，由于水泥工业使用替代能源的废弃物，降低了CO2的排放量（见图8）。

2.3 扩大其他废弃物的使用量

充分利用粉煤灰、下水道污泥和城市垃圾等废弃物，以降低天然原料的使用量。

几乎不能再利用的废弃物，经燃烧或直接做填埋处理。水泥工业把这些废弃物作为水泥原料或燃料的替代物充分利用，削减了新建的最终垃圾处理厂，节约了处理时所消耗的能源。此外，由于再次利用含有大量CaO的废弃物，从而也消减了源于原料的CO2，不仅削减了温室效应气体的排放，而且对创造循环型社会做出了巨大的贡献。水泥产量和废弃物使用量的变化见图9。

2.4 扩大混合水泥的生产比例

混合水泥，是普通水泥的熟料，除了石膏以外，还掺入各种混合材制作的水泥。各种混合水泥具有不同的特征，可用于各个方面。

和普通水泥相比，熟料的比例越小，则烧成所需的能源就越少，所以要增加混合水泥的生产设备，加强发货设备的能力。

如图10所示，2001年以后，混合水泥的生产比例逐年减少，但是在2006年以后，尽管民间需求仍在减少，然而由于公共需求的比例增加，混合水泥的比例仍有所增加。

3 能源消耗和CO2排放的情况

3.1 能源的使用量

图7 水泥生产热耗和替代能源的废弃物之比例变化

图8 由于水泥工业使用替代能源的废弃物，降低了CO2的排放量

图9 水泥产量和废弃物使用量的变化

图10 混合水泥生产比例的变化

2009年能源的使用量和1990年相比，减少了39%,这是因为单位能耗降低了3.2%，而产量减少了38%。3.2CO2排放量

2009年，源于能源的CO2排放量和1990年相比，减少了36%，而CO2的单位排放量和1990年相比，却增加了1.9%。

单位能耗降低，而CO2单位排放量增加的主要原因是，厂家自身余热发电的比例上升（余热发电和由各种电源构成的外购电源相比，CO2的单位排放量要大）。

火力余热发电量的绝对数量，自1997年后没有太大的变动，但是1997年以后，由于产量减少，外购电减少，结果火力余热发电量的比例却上升了。

为了应对这个情况，最近纷纷引进以木屑等为燃料的发电，所产生的炉灰通常是二次废弃物，但是在水泥厂却可以利用炉灰作为原料，所以完全不产生工业废弃物，可以说只有在水泥厂才能够处理这些东西。

起源于原料（源于流程）的CO2单位排放量，由于混合水泥的生产比例减少，至2006年有增加的趋势。然而尽管民间需求减少，使用于公用工程的混合水泥比例却在增加，因此CO2单位排放量仍有降低的趋势。

4 废弃物利用

图11 2008年主要废弃物和副产品在水泥工业的利用情况

日本水泥工业，很早以前就努力把其他工业产生的废轮胎、粉煤灰等废弃物和副产品，作为原料、燃料和产品的一部分加以充分利用。最近，日本各地更积极地利用下水道污泥和一般的垃圾焚烧炉灰等生活中产生的废弃物。2008年，约有2950万吨的大量的废弃物安全有效地利用于水泥工业，对于减轻最终垃圾处理厂的负担做出了巨大的贡献（见图11）。

废弃物在水泥厂的利用，不仅延长了最终垃圾处理厂的寿命，而且节约了石灰石和起源于化石能源的天然资源，减少了把废弃物焚烧、填埋处理和处理厂维持管理所产生的环境负担。更值得一提的是，据说垃圾发电所回收的热能，仅为20%左右，而水泥窑的热回收率却高达70%以上，对整个社会的节能，做出了巨大的贡献。

目前，各废弃物的分类处理，各循环利用方法，其平均的环境负荷数据尚不明朗，但是在将来明确这些问题时，要用LCA（低成本自动化）的观点评估，水泥工业利用废弃物降低温室效应的作用，要用统计的方法论证。