河南省2013—2018年水泥行业温室气体排放特征分析*

2021-06-01郝宗超卢中强郝大玮党照亮段理杰王高强

环境污染与防治 2021年5期

郝宗超卢中强郝大玮党照亮段理杰王高强

(1.河南省冶金研究所有限责任公司，河南郑州 450003；2.河南省科学院碳减排与利用工程技术中心，河南郑州 450000；3.河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000；4.河南省冶金研究所有限责任公司工业节能与绿色发展评价中心，河南郑州 450003)

联合国环境规划署(UNEP)发布的《2019年排放差距报告》显示，2018年全球温室气体排放量(以CO2当量计，下同)达到553亿t[1]，其中工业过程产生的CO2排放是温室气体的主要排放源，而水泥行业的CO2排放在工业过程中又占主导地位[2-6]。庞大的水泥制造规模带来大量CO2排放，对全球气候及生态环境产生了巨大影响[7-9]。

研究者们已对温室气体排放量核算方法、温室气体清单编制技术和碳排放峰值模拟预测等进行了不少研究，并已取得了一些进展[10-16]，但水泥行业由于原料种类繁多、生产过程排放复杂、企业数量多并且分布广等导致其温室气体排放数据收集和核算非常困难，因此水泥行业的具体排放行为及数据分析还很欠缺。

河南省作为我国新兴的工业大省，是全国主要的水泥产品生产基地[17]。本研究对河南省各地市水泥企业进行了调查，选取其中60家重点水泥生产企业，采用国家发展和改革委员会的《中国水泥生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》(发改办气候〔2013〕2526号)(以下简称《指南》)中方法，对河南省2013—2018年水泥生产企业核算边界内的化石燃料燃烧、替代燃料或废弃物中非生物质碳的燃烧、原料分解、生料中非燃烧碳煅烧、净购入使用电力和净购入使用热力对应的CO2排放进行了核算分析，以期为河南省降低水泥行业CO2排放提供基础数据，也为全国水泥行业制定碳减排政策和发展低碳经济提供借鉴。

1 方法

1.1 水泥生产企业的选取及计算方法的确定

参考国家发展和改革委员会办公厅《关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工作的通知》和《关于做好2016、2017年度碳排放报告与核查及排放监测计划制定工作的通知》的要求，在河南省水泥行业中，选择2013—2016年中任一年CO2排放量估计在2.6万t及以上的重点水泥生产企业，共60家，采用《指南》中的核算方法对2013—2018年的CO2排放量进行计算。

1.2 数据来源

60家重点水泥生产企业生产数据来源于实地调查。排放因子数据主要来源于《指南》，《指南》中未列出的排放因子参考国家发展和改革委员会的《省级温室气体清单编制指南(试行)》(发改办气候〔2011〕1041号)。

1.3 地域分区

河南省下辖17个地级市，1个省直辖县级市(济源市)。根据各地市地理位置，将河南省分为豫北、豫南、豫东、豫西和豫中5个地区，其中豫北包括安阳市、新乡市、焦作市、濮阳市、鹤壁市和济源市；豫南包括南阳市、驻马店市和信阳市；豫东包括开封市、商丘市和周口市；豫西包括洛阳市和三门峡市；豫中包括郑州市、平顶山市、许昌市和漯河市。

2 结果与讨论

2.1 水泥行业CO2排放总量状况

由图1可见，2013—2018年河南省水泥行业CO2排放总量总体呈现先升后降再平稳的趋势，先从2013年的7 270万t上升至2014年的7 816万t，后由2014年的7 816万t下降至2015年的7 246万t、2016年的6 435万t，2016年后变化不大。2014年以后出现下降并能稳定下来，原因在于国家对生态环境保护的重视，把污染防治攻坚战列入了全面建成小康社会的三大攻坚战中，河南省在京津冀边上，属于污染重点防治区域，而水泥行业又属于高耗能高污染高排放行业，国家及河南省相继实施了较为严格的水泥企业错峰生产等措施，并开展了水泥行业淘汰落后产能和清洁生产改造等行动。

图1 2013—2018年河南省水泥行业CO2排放总量Fig.1 CO2 total emissions of cement industry in Henan during 2013-2018

2.2 水泥行业不同排放源CO2排放量

从表1可见，水泥行业CO2的两大主要排放源为原料分解和化石燃料燃烧，其中原料分解产生的CO2排放量为3 723.687 0万～4 596.135 1万t，占总排放量的57.87%～58.97%，化石燃料燃烧产生的CO2排放量为2 345.578 1万～2 798.945 3万t，占总排放量的35.62%～36.89%，两者共占总排放量的93.49%～95.86%。净购入使用电力和生料中非燃料碳煅烧产生的CO2排放量相对较小，分别为276.801 7万～346.746 3万、61.585 0万～78.684 8万t，分别占总排放量的4.25%～4.54%、0.96%～1.09%。河南省的替代燃料或废弃物中非生物质碳的燃烧主要是生活垃圾等固体废弃物的焚烧，由于符合协同处理生活垃圾和焚烧固体废弃物要求的水泥生产企业数量不多，因此河南省的该排放源CO2排放量较小，仅为0～0.723 0万t。由于河南省的水泥生产企业大多均有余热回收利用系统，生产产生的热力可用于余热发电或输出给其他企业，因此净购入使用热力产生的CO2排放量几乎都为负值，为-1.929 4万～0.226 3万t，2018年出现正值是由于部分水泥生产企业外购了热力用于厂区内供暖。

表1 2013—2018年河南省水泥行业不同排放源CO2排放量1)

2.3 水泥行业不同地区CO2排放量

由图2可见，5个地区中豫北水泥行业CO2排放量总体最大，占比达到30.94%～38.46%，其次是豫中，占比为34.29%～35.82%，豫南为17.63%～20.31%，豫西只有9.59%～13.53%，而豫东极少。

图2 2013—2018年河南省各地区水泥行业CO2排放量Fig.2 CO2 emissions of cement industry in various regions of Henan during 2013-2018

图3具体分析了河南省各地市2013—2018年水泥行业的CO2排放量及其年均增长率。新乡市CO2排放量最大，占比达到15.96%～20.70%；许昌市、郑州市、平顶山市和南阳市CO2排放量也较大，占比分别为8.21%～10.54%、11.92%～14.61%、9.30%～13.57%、11.33%～13.10%；安阳市、洛阳市、焦作市、驻马店市和三门峡市CO2排放量占比分别为5.76%～7.82%、5.43%～7.66%、4.49%～6.45%、4.10%～4.91%、3.87%～6.54%；鹤壁市、信阳市和济源市的CO2排放量相对较小，占比分别为2.89%～4.12%、1.97%～4.12%、0.34%～1.16%。分析发现，郑州市、平顶山市、安阳市、鹤壁市、新乡市、焦作市、驻马店市和南阳市的CO2排放量年均增长率为负，而洛阳市、许昌市、三门峡市、信阳市和济源市的CO2排放量年均增长率为正。

注：开封市、濮阳市、漯河市、商丘市和周口市的CO2排放量为零，故未在图中列出。

总体而言，河南省水泥行业CO2排放量有下降趋势，这说明国家及河南省实施的一些措施和行动有一定的成效。

2.4 水泥行业熟料烧成工段CO2排放量分析

由于水泥行业只有熟料烧成工段的CO2排放量才纳入碳交易配额，因此又根据《关于做好2016、2017年度碳排放报告与核查及排放监测计划制定工作的通知》中《碳排放补充数据核算报告模板》，专门对60家重点水泥生产企业熟料烧成工段的CO2排放量进行了核算分析。由图4可以看出，2013—2018年熟料烧成工段CO2排放总量的变化趋势与整个水泥行业的CO2排放总量基本一致，说明水泥行业的CO2排放主要由熟料烧成工段排放，其中2014年CO2排放总量最高，为7 597万t，2018年最低，为6 269万t。

图4 2013—2018年河南省水泥行业熟料烧成工段CO2排放总量Fig.4 CO2 total emissions of cement industry clinker firing section in Henan during 2013-2018

进一步分析2013—2018年熟料烧成工段CO2排放强度(见表2)可知，化石燃料燃烧的排放强度年际变化不大；碳酸盐分解的排放强度总体上有波动下降的趋势，其原因是近些年的水泥原料中CaO 和MgO含量有所下降，部分水泥生产企业还对原料的配备进行了调整，减少了石灰石和黏土的用量，采用粉煤灰和电石渣等CO2排放量小的原料进行了替代；消耗电力的排放强度呈波动状态，2016年上升最明显，这是因为一方面企业对节能减排非常重视，许多企业都进行了相应的技术改造，并增强了对能源消耗的管理，特别是电力消耗方面，但另一方面由于环保要求的提升，企业也必须进行环保设备改造，投入新的除尘降噪设备，又使得耗电量上升，两方面的综合作用使得电力消耗的排放强度呈现波动状态，但相对比较稳定；由于在调查的企业中90%以上的企业均配置有余热发电系统，而没有余热发电系统的企业也有不同程度的余热利用，比如用于对电石渣等原材料的烘干、转化为蒸气输送到相关需求企业等，因此消耗热力的排放强度小于等于零。综合而言，2013—2018年河南省水泥行业熟料烧成工段CO2排放强度呈现下降趋势，原因同样在于近年国家及河南省实施的一些措施和行动。