浅析我国水泥工业的绿色发展之路

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(山西省建筑材料工业设计研究院，山西 太原 030013)

引言

能源是制约我国经济社会可持续、健康发展的重要因素。解决能源问题的根本出路是“要坚持开发与节约并举，把节约放在首位”。水泥工业属于资源密集型产业，其特点是能源及矿石资源消耗很大，使得资源不足和环境污染问题日趋严重，已经严重地制约了我国经济的可持续发展。因此，发展低碳经济，走新型工业化道路，提高能源利用效率，大力推进节能减排降耗，实现水泥工业的绿色制造，是水泥工业可持续发展的必由之路。

1 中国水泥工业发展现状

改革开放30多年来，我国水泥工业有了很大发展。科技进步速度加快，经济运行质量明显提高，结构调整也取得了很大进展。在新型干法水泥工艺技术与装备的开发方面，成绩尤为突出，通过优化设计，已经形成了1 000～10 000 t/d高质量熟料新型干法水泥生产线系列，新型干法水泥的主要技术经济指标达到国际先进水平，并进入国际市场，目前，市场占有率已达到48%以上。

虽然我国水泥工业的发展速度很快，但总体上与国外先进水平相比仍有一定差距，主要表现在：行业整体资源、能源消耗高，综合利用水平低，企业数量多、规模小，产业集中度低，结构不合理，产品档次低，经营模式粗放等。

2009年底，全国新型干法水泥生产线达1 000条以上。2010年全国新型干法熟料生产线设计产能规模已达12.56亿t，2012年又有125条生产线投产，新增熟料产能1.6亿t，全年规模以上水泥企业的水泥产量达到21.84亿t，但市场需求却只有大约16亿t，因此，同质化新型干法水泥技术的普及和产能的严重过剩，将成为中国现代水泥工业发展的一大特点。

2010年11月16日，工业和信息化部颁布了《水泥行业准入条件》(工原[2010]127号)。在相关文件中，提出了新建水泥(熟料)生产线要采用新型干法生产工艺，要配置纯低温余热发电；鼓励现有水泥(熟料)生产线进行低温余热发电、粉磨系统节能、变频调速和以消纳城市生活垃圾、污泥、工业废弃物可替代原料、燃料等节能减排的技术改造，鼓励现有水泥(熟料)企业兼并重组，支持不以新增产能为目的技术改造项目的准入条件，以达到抑制产能过剩和重复建设、加快结构调整、节能环保和资源综合利用的要求。随着政府宏观调控力度的加强，政策导向鼓励重点企业提高规模和利润率，加大产业结构调整步伐，未来行业集中度将显著提高，新型干法水泥产量将明显提升，水泥企业余热发电系统的政策扶持力度也会加强，水泥工业节能减排和环境保护将达到新的水平，出现了构建绿色、低碳水泥工业体系的有利形势。

2 节能减排与低碳经济的关系

水泥行业是能源、矿石资源消耗量大的资源密集型产业，高能耗、高排放、高污染、资源依赖型是水泥工业最为明显的生产工艺特性，我国吨水泥综合能耗与世界水平相比还有很大差距。由于不断地开采矿山和扩大生产，使得资源不足和环境污染的问题日趋严重，这样就大大地制约了水泥工业的发展。我们只有改变思路，发展低碳经济，构建绿色生态企业，开展资源综合利用，注重节能降耗问题，才能进一步促进水泥企业的结构调整和良性发展。走新型工业化道路，实现水泥工业的绿色制造，发展循环经济，是水泥行业的必由之路。水泥行业迫于能源压力所做出的“推动低碳经济、发展节能模式”这一具有全局性的战略选择，为水泥行业创造了实施结构调整、技术升级，进而完成产业升级的发展机遇，谁想走在行业的前面，谁就得抢先一步，抓住这一先机。

水泥工业发展面临的紧迫任务是：加快推动水泥工业低碳生产技术的研发和应用的步伐，通过技术创新、产业升级、新能源开发等手段，努力减少天然化石燃料的消耗，进一步促进水泥工业的节能、降耗、减排，从而实现水泥工业技术先进、绿色制造的目标，达到经济社会发展与生态环境保护全面进步的目的。

解决“低碳水泥”产业发展的根本途径是：必须抑制重复建设和产能过剩，淘汰落后产能，进一步加快产业技术升级和进步，加强水泥产业的精细化管理，鼓励更多技术先进的优秀企业加入到“低碳水泥”的发展体系中来，全面推动我国水泥行业节能减排和循环经济的发展。

3 影响CO2排放的因素及减排措施

从世界范围看，水泥工业CO2的排放量约占全人类CO2排放总量的5%。在我国，水泥行业CO2的排放量约占全社会CO2排放总量的9%，由此可见，水泥工业排放的CO2对自然生态系统和人类生存环境的污染危害是非常严重的。在水泥生产过程中，CO2的排放主要是由于工艺过程中碳酸盐的分解，其次是燃料燃烧，石灰石分解和煤燃烧产生的CO2所占的比例为75%左右。以下从几个方面来分析水泥工业CO2排放的影响因素，并提出相应的减排措施。

3.1 原燃材料

水泥生产的主要原料是石灰石，工艺过程中排放的CO2主要是来自碳酸盐的分解，如果采用碳酸盐含量低的钙质原料，就可以显著降低工艺过程中CO2的排放量。广大水泥工作者通过不断地研究、试验和实践，找到了一些可行的办法，例如采用电石渣、高炉矿渣、钢渣及粉煤灰等碳酸盐含量低的工业废弃物作为原料替代石灰石，可减少CO2的排放。

我国主要以煤作为煅烧水泥熟料的燃料，煤的燃烧会产生CO2。如果熟料煅烧所采用的燃料的品种不同，其燃烧产生的CO2量就不同。使用替代燃料也是减少水泥生产过程中CO2排放量的一种有效途径，目前通常是采用CO2排放密度低的燃料或以废弃物作为替代燃料的方法，来减少熟料煅烧过程中CO2的排放量。

3.2 水泥品种

熟料是水泥的主要成分，而熟料生产过程中由于生料中的碳酸盐分解、少量有机碳燃烧以及各种燃料燃烧产生的CO2是很多的，因此，减少水泥中熟料的用量，将对减少水泥工业CO2的排放量具有重要的意义。混合材作为辅助性胶凝材料在水泥生产中的应用，不仅改善了水泥的各项性能，而且还可以降低水泥配料中熟料的比例。例如在矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥及复合水泥等通用硅酸盐水泥中，由于在水泥中添加了具有潜在水硬活性的胶凝材料——混合材，使得水泥中熟料的比例减小，从而有效地降低了单位水泥产量中的CO2排放量。

研究表明，在生料中掺入适量的镁渣和磷渣，通过合理调节生料的细度，可以显著提高熟料的质量，这样就可以在保证水泥性能的前提下，减少水泥熟料用量，增加混合材的掺加量，从而减少水泥生产中CO2的排放。另外，在硫铝酸盐水泥、高贝利特水泥等能耗低、CO2排放低的新品种水泥中，由于熟料矿物组成采用低碳化设计，原料中石灰石的配合比低，主要矿物的形成温度低，使得工艺过程中CO2的排放量降低。因此，对于不同品种的水泥，由于其原料和混合材掺加量的不同以及熟料矿物组成的不同，将会导致CO2的排放量也不相同。

3.3 水泥熟料热耗

水泥熟料热耗是影响CO2排放的直接因素，而水泥生产所采用的工艺、技术水平以及管理水平，均会对熟料煅烧热耗造成影响。降低水泥熟料煅烧过程中CO2排放量的主要途径是：采用先进工艺，合理利用余热，加强科学管理，采用新型干法技术，提高燃烧器效率，从而使熟料生产的热效率大大提高，相应地降低了煤耗，减少了CO2的排放。

3.4 电能消耗

水泥生产工艺过程中的电力消耗会间接产生CO2。据测算，1 kW·h电能间接产生0.83～0.93 kg的CO2。通常的做法是采用余热发电，以减少外部电能的消耗，那种单纯降低生产设备电耗的办法潜力不大。

由以上对CO2排放量影响因素的分析可知，水泥工业中的CO2排放量是可以通过采取一些方法和措施来减少的。一是调整技术结构，改进生产工艺；二是调整水泥企业组织结构；三是延伸水泥产业链；四是技术创新。

4 水泥工业的绿色发展之路

水泥工业的主要原料石灰石是不可再生资源，煤和电的消耗也是不能无限制地增长的。在资源和环境允许的前提下，要想把水泥工业建设成资源节约型、环境友好型产业，就必须促进水泥产业向低碳经济发展。水泥产业的低碳经济作为一种新的经济发展形态，其本质就是可持续发展。水泥工业的绿色发展主要有以下途径和措施。

4.1 彻底淘汰落后水泥

国家的产业政策要求：利用法律手段彻底淘汰立窑水泥，鼓励发展新型干法水泥；组建大型龙头企业，实行规模化经营；实施可持续性发展战略，发展绿色循环经济。实现水泥产业结构的调整需要彻底淘汰落后产能，水泥工业走低碳绿色发展之路也必须以彻底淘汰落后水泥为前提条件。新型干法水泥生产技术的应用和发展，使水泥生产具有优质、高效、低耗、环保的特点，不仅节约了大量的资源和能源，而且还减少了CO2排放量；粉尘、SO2和NOX排放及噪声污染问题，已通过采用高效除尘技术、烟气脱硫技术及遮幕技术等基本得到了解决；利用低品位原燃材料及工业废弃物作为替代品，显著减少了CO2的排放，既减轻了社会环境负荷，又推动了水泥工业的可持续发展。

4.2 做好节能升级工作

(1)发展循环经济。新型干法水泥企业，利用水泥窑协同处置工业废弃物、生活垃圾、有毒有害废弃物、城市污泥等，以实现水泥产业绿色发展。

(2)建设余热发电生产线。截止到2009年，已经配套建成余热发电生产线近500条，到2020年，还有1 000条新型干法水泥生产线需要配套建设余热发电装置。

(3)采用节能水泥粉磨技术。对年产60万t以上规模的粉磨系统，通过采用性能先进的、以料层挤压粉磨工艺为主的辊式磨技术装备，改变原有的以球磨、管磨为主的粉磨工艺；采用变频电机对现有大功率电机进行改造；采用节能环保的开凿设备改进矿山开采；按照新的排放标准，对收尘系统进行达标改造。

(4)生产过程采用自动化控制系统等。

由此来看，水泥工业低碳经济的发展空间还是很大的。

4.3 通过技术创新减少CO2排放量

要以节能增效为原则，规范节能减排的目标和标准，明确技术路线，谋求高效率与可持续发展。

(1)采用先进、可靠、适用的技术，提高各个工艺环节的能效；通过自主创新，研发新的破碎和粉磨技术、新的窑炉煅烧和分解技术。

(2)回收水泥生产过程中产生的CO2，并使其成为生产其他化学品的原料，减少CO2排放量。

(3)通过调整水泥品种结构，减少熟料生产过程中产生的CO2量。

(4)提高替代原料、燃料的比例，减少石灰石和化石燃料的消耗，节约资源、能源。

4.4 延长产业链，提高水泥附加值

通过上下延伸，延长产业链，使水泥企业由销售水泥向销售商品混凝土转变。由于1 m3商品混凝土与1 t水泥的价格差不多，而生产3 m3商品混凝土仅需消耗1 t水泥。通过延伸产业链，不仅可以使水泥产生更多的附加值，同时也会使水泥工业单位GDP的CO2排放指标降低。

5 结语

中国是世界上仅次于美国的第二大CO2排放国，发展低碳经济对于我国这样一个人均占有资源、能源很有限的国家来讲十分必要。而水泥工业是我国继煤电和钢铁之后CO2排放量大的产业，因此，水泥工业发展低碳经济对于促进CO2减排有着非常重要的作用。

低碳经济的实质是提高能源利用效率和发展循环经济，为了解决这个问题和保护人类生存环境，必须加强科技创新。要充分发挥合理处置工业废弃物、城市废物和水泥综合利用的独特优势，通过水泥与煤炭、冶金、化工、电力、轻工以及建筑、房地产开发等产业的联动来发展循环经济，提高资源综合利用率，向多元产业发展，增加水泥产品附加值，有效地控制工业生产过程中的温室气体排放，走出一条低消耗、低排放、高效益、高产出的新型工业化道路。

水泥行业应撇弃粗放发展的模式，加快转变发展方式，更加注重发展的质量和效益。加强重组整合，推进水泥行业的整体协调发展。

低碳生产技术是水泥工业绿色发展的方向。必须积极把握机遇，实施可持续发展战略，加快产业结构调整和升级，增强自主创新能力，高度重视研发工作，推广市场现有的低碳技术，开发新的低碳技术和低碳产品，推动水泥行业向可持续发展的生态工业转变，努力实现水泥工业与资源、环境、经济和社会的全面协调的可持续发展，建成资源节约型、环境友好型社会。

参考文献：

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[2] 韩仲琦.低碳经济与我国水泥工业[J].21世纪建筑材料，2010，2(3)：7-11.

[3] 国家发展和改革委员会.水泥工业发展专项规划[S].新世纪水泥导报，2006(6)：52-55.

[4] 2006水泥峰会聚焦循环经济——访“2006中国国际水泥行业峰会”秘书长庄春来[J].中国水泥，2006(1)：30-31.