水泥行業是二氧化碳排放大戶，其排放主要來自碳酸鹽的分解、燃料的燃燒和電力消耗。在生產工藝碳減排（如替代原料、熟料替代技術等）、生產能耗碳減排（如替代燃料、富氧燃燒技術、高效粉磨、余熱發電等）、新技術碳減排（如水泥窯二氧化碳捕集利用）及新能源技術等方面加強技術研發力度和推廣力度，可實現水泥行業綠色轉型發展，為達到碳中和目標作貢獻。  

關鍵詞：水泥行業碳中和碳減排技術  

引言  

面對日益嚴峻的氣候變化形勢，關于碳中和的行動舉措已經被多個國家列入了發展行動計劃。2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯合國大會一般性辯論會上發表重要講話時提出，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達峰，進而實現碳中和。2019年中國二氧化碳年排放量約100億t，占世界二氧化碳年排放量的30%，其中水泥行業排放約13.2億t，占全國工業企業二氧化碳總排放量的15%，二氧化碳減排任務艱巨。本文介紹水泥企業的碳排放及海螺集團在碳減排領域的舉措。  

01  

水泥生產過程中二氧化碳的排放  

按照二氧化碳排放來源，水泥生產企業二氧化碳排放可分為直接排放和間接排放。直接排放主要是生料中碳酸鹽分解和燃料燃燒產生的二氧化碳排放，排放主要集中于水泥熟料燒成工序；間接排放主要是各工藝過程電力消耗產生的二氧化碳排放，其直接排放點主要集中在火力發電廠。根據相關計算推算，水泥企業二氧化碳排放中直接排放約占總排放的98%，間接排放僅占2%。  

02  

二氧化碳減排技術在海螺的應用  

針對水泥生產企業，碳減排主要途徑有：一是技術性減排，即通過改善工藝優化指標、使用替代原燃料、添加礦化劑降低熟料燒成溫度、利用水泥窯余熱進行發電、新能源技術、水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化、提高熟料質量以及強化生產管理；二是市場與產業政策結合減排，即通過淘汰落后產能等手段進行碳減排。現結合上述二氧化碳減排途徑及相關實例，多角度闡述二氧化碳減排技術在海螺水泥的應用。  

2.1提高能源利用率  

新型干法水泥生產線的熱耗主要集中在熟料煅燒；電力消耗主要發生在原料開采及均化，生料制備，熟料煅燒，煤粉粉磨，水泥粉磨、輸送及包裝等環節。以海螺水泥CZ公司3號線項目為載體，開展生產線綜合能效提升研究。具體措施：生料粉磨系統更換為輥壓機終粉磨系統以降低電耗；預熱器系統采用低阻旋風筒和管道式分解爐、新型隔熱納米耐火材料，以提高系統的換熱效率、生料的分解率及降低設備表面的散熱量；優化風管設計，以降低系統阻力；窯主電機更換交流變頻電機，冷卻風機群啟用變頻高效風機，以降低電耗；篦冷機整體采用新型高效第四代篦冷機，以提高熟料冷卻效率和熱回收效率。  

以上技術方案的實施，CZ公司3號線系統標煤耗較改造前降低約10kg/t熟料，熟料綜合電耗較改造前降低約10kWh/t，按照年產熟料200萬t計算，則全年減少二氧化碳排放約67500t，若該改造方案在海螺集團全面推廣，年減排二氧化碳約850萬t。  

2.2采用替代燃料  

在“循環經濟”和“綠色能源低碳化”理念的指引下，海螺ZL公司生產線啟動替代燃料項目。通過研究生物質替代燃料的物理特性、燃料特性及污染物排放特性，通過CFD模擬等手段對生物質替代燃料使用后對分解爐工況參數進行模擬分析，提出生物質替代燃料技術應用的最佳技術方案，開發生物質替代燃料系統，降低煤炭資源的消耗，達到能源結構綠色低碳化的創新目標。  

海螺ZL公司替代燃料項目總規模為30萬t/a，項目已于2020年10月建成投產（見圖1），根據當地替代燃料資源情況，每年可消納稻草、油菜桿及樹皮總計26萬t，年節約標煤7.5萬t，年減排二氧化碳20萬t。該項技術若在海螺集團全面推廣應用，年節約標煤1080萬t，年減排二氧化碳約2800萬t。  

2.3選用替代原料  

水泥熟料生產的主要原料是石灰石礦，主要成分是碳酸鹽，其分解過程中CO₂產生量約占水泥生產企業二氧化碳排放的65%。在研究替代原料成分、生料配料最佳摻量的基礎上，選擇部分替代原料，可降低最低共熔點溫度，進而降低系統能耗。海螺集團LP公司采用黃磷渣配料，煅燒溫度降低，噸熟料煤耗下降1.5kg；采用電石渣、粉煤灰、硫酸渣等工業廢料替代部分原料，既減少了礦山的開采量，又降低了二氧化碳的排放。  

2.4充分回收利用水泥窯余熱  

在熟料生產過程中，由預熱器出口和篦冷機排出的廢氣余熱約占熟料燒成熱耗的33%。海螺水泥生產企業配套建設余熱發電系統（見圖2），利用預熱器出口和篦冷機中段出口的廢氣余熱進行發電，并將這些電能用于企業生產，減少外電的采購量，實質上減少了燃煤發電廠的煤的用量，間接地減少了二氧化碳排放。同時利用發電鍋爐后的廢氣余熱進行物料的烘干，減少烘干物料所用的燃料，海螺集團年余熱發電量約為87億kWh，水泥企業用電量大幅減少，全年減少二氧化碳的排放約790萬t。  

2.5富氧助力水泥熟料煅燒  

采用高于普通空氣的助燃氣體，有利于入窯爐煤粉的充分燃燒，海螺集團在充分調研制氧技術發展現狀和研究利用富氧對水泥熟料煅燒產生影響的基礎上，以海螺CZ公司2號線為項目載體實施富氧燃燒技術，制取富氧代替一次風和窯爐送煤風，助力煤粉的燃燒，提高火焰的強度和窯內溫度。  

項目于2020年9月建成（見圖3）投運，實際測試，熟料燒成系統標煤耗較技改前降低約6kg/t熟料，按照年產熟料200萬t計算，則全年減少二氧化碳排放約31000t。若該技術在海螺集團全面推廣，年節約標煤約150萬t，年減排二氧化碳約387萬t。  

2.6水泥窯煙氣中二氧化碳的捕集利用  

國際能源署發布2020年水泥行業技術路線圖，預計到2050年，水泥行業通過采取其他常規碳減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。二氧化碳捕集利用是水泥等難以減排行業實現凈零排放為數不多的可行性技術方案。目前，二氧化碳捕集利用技術在水泥行業的可行性已經得到驗證，海螺集團于2018年建成世界首條水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化示范項目（見圖4），規模為50000tCO₂/a，實現了二氧化碳資源化利用。下一步將加大二氧化碳捕集利用技術和高附加值二氧化碳衍生產品的研發投入，爭取在“十四五”期間建成水泥廠全規模二氧化碳捕集利用示范項目，為水泥行業碳減排起示范引領作用。  

2.7新能源技術開發應用  

為加速推進新能源業務發展，提升增長動能，滿足綠色發展需要，海螺集團全資成立海螺投資公司，聚焦新能源、新材料等新興產業。目前已利用建構筑物屋頂及空地布局光伏發電、風能發電和儲能等產業，以實現減排任務。  

公司光伏項目截止2020年底裝機量為130MW，累積發電量為2.79億度電，減排二氧化碳約25萬t。在海螺某子公司建成分散式風電示范項目，裝機1.5MW，年發電量320萬度，年減排二氧化碳約3000t。同時在海螺某子公司開發建設了化學儲能示范項目，儲能電站裝機總容量12MW/44MWh，共實現電力峰谷轉移4000萬度，為實現能源梯級利用、合理利用發揮能量。  

2.8創建“三綠”工廠，進而實現碳匯  

碳匯是指通過植樹造林、森林管理、植被恢復等措施，利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定在植被和土壤中，從而減少溫室氣體在大氣中的濃度。海螺集團每個工廠大力開展礦山覆綠、植樹造林等，廣泛創建綠色礦山、綠色工廠和綠色供應鏈，實現部分碳匯。  

03  

結束語  

水泥行業是二氧化碳排放大戶，其排放主要來自碳酸鹽的分解、燃料的燃燒和電力消耗。進一步在生產工藝碳減排（如替代原料、熟料替代技術等）、生產能耗碳減排（如替代燃料、富氧燃燒技術、高效粉磨、余熱發電等）、新技術碳減排（如水泥窯二氧化碳捕集利用）及新能源技術等方面加強技術研發力度，大力推廣應用節能減排技術實現水泥行業的節能減排目標，實現水泥行業綠色轉型發展，進而為達到碳中和目標作出積極貢獻。