脫碳技術助力水泥行業在綠色革命洪流中砥礪前行
11月2日,科技部、生態環境部等五部門公布《“十四五”生態環境領域科技創新專項規劃》。《規劃》強調,研究火電、鋼鐵、水泥、化工、有色金屬、交通等行業深度脫碳技術,和數字化與低碳化協同的分布式能源系統支撐技術。
近年來,水泥行業在節能降碳方面持續發力,并取得了一定的成果。在此期間涉及到的具體措施與脫碳技術路徑有多個層面,主要集中在技術改造、能效提升、探索再生能源和碳捕集利用與封存技術等維度。
節能減排技術改造升級
近年來,海螺水泥對部分熟料生產線實施了綜合能效提升技改,廣泛開展篦冷機升級改造、低氮分解爐改造、原料磨改輥壓機、高效風機使用、新型隔熱納米材料使用等,同時使用燃煤促進劑,運用行業節能減排先進技術裝備,全面降低煤耗指標,進而減少二氧化碳排放。
祁連山水泥大力推進節能環保設備的使用。例如,將效率較低的普通風機改造為高效節能風機,改造后風機運行效率超過82%以上,節電率達到10-25%,年節電可達到6,500萬度,實現減碳8.13萬噸。
9月,山東魯中水泥完成日產7000噸旋窯技改項目,該生產線為山東省內單線產能最大的熟料生產線,節約標準煤6.8萬噸/年。
當前,為進一步降低生產能耗,水泥企業已經將生產線升級方向集中在數字化、智能化領域。國內涌現出包括泰安中聯、全椒海螺、宜春紅獅等在內的一批智能化生產線,極大的降低了生產能耗。
以全椒海螺為例,作為我國水泥行業首個全流程智能化示范工廠,解決了傳統水泥生產運行過程中存在資源能源利用率不高、質量控制難、勞動生產率偏低等問題,形成了“以智能生產為核心、以運行維護做保障、以智慧管理促經營”的水泥智能制造新模式。
海螺集團以建設智能工廠為依托,在內部形成各類智能化系統并推廣應用,勞動生產率提升19.9%、資源利用率提升5%、能源消耗下降1.2%、二氧化碳減排1.0%、質量穩定性提升3.7%,年增效逾10億元。
加速推進光伏應用
近年來,為減少化石燃料的使用,水泥企業在可再生能源領域積極探索,加速推進光伏發電的應用。
4月,紅獅集團祥云建云水泥有限公司舉行二期生產線竣工暨光伏項目啟動儀式。祥云建云分布式光伏總投資約1.2億元,建設規模16.2MW。項目建成后預計年均發電量2190萬度, 每年可節約標準煤7886噸,減少二氧化碳排放2.2萬噸、二氧化硫657噸。
今年5月,華潤羅定水泥分布式光伏發電項目動工活動近日在華潤水泥(羅定)有限公司舉行。項目建成后,預計年平均發電量1202.33萬kWh,減少二氧化碳排放10000噸。
10月31日,中國能建葛洲壩石門水泥公司5.48兆瓦分布式光伏項目地面部分按計劃一次并網成功,成為葛洲壩水泥首家應用光伏清潔電能的子公司,向推進節能降碳、助力實現“碳達峰、碳中和”目標邁出了堅實一步。
海螺水泥2021年完成海螺新能源股權收購,新增19個光伏電站、3個儲能電站。2022年計劃光伏發電裝機容量達到1GW。
2021年塔牌集團投資約13.39億元建設分布式光伏發電儲能一體化項目,向綠色低碳工業經濟轉型升級。塔牌集團對外稱,經測算,公司廠區內建設“自發自用、余電上網”光伏發電項目用電成本比當前外購電價節約20%以上。
二氧化碳資源化利用
企業將水泥窯排放廢氣中的二氧化碳捕集,并進行創新利用。
為進一步加快綠色環保從技術到產品的轉化,海螺集團于2019年在白馬山水泥廠建設年產3000噸干冰項目,將捕集的二氧化碳轉換為高附加值的干冰產品,開辟了一條利用企業副產品的新途徑。
今年6月,海螺集團在白馬山水泥廠碳捕集項目的基礎上,建設智慧農業溫室項目,創造高效率的光合作用環境,將水泥生產過程中捕集的二氧化碳作為農業氣肥使用,實現二氧化碳資源化利用。
為了解決生產中排放二氧化碳的問題,自2012年起,臺泥與臺灣工研院合作,推動“鈣回路碳捕捉先導型系統技術合作研究”及“二氧化碳捕獲與封存(CCUS)技術驗證與放大技術研發”。
捕獲的二氧化碳進行地質封存或養殖微藻。當藻類在生產的過程中,需要吸收陽光與二氧化碳固碳,能夠進一步進行碳捕捉以達成生態減碳,并創造高經濟價值的蝦紅素。也就是說,通過碳捕捉技術,被視為導致全球變暖、溫室效應元兇的二氧化碳,將徹底從廢物變黃金。
除了上面提到的以外,水泥企業原燃料替代方面也做了大量的工作。
華新水泥進行替代原料的質量分析與配料優化,加大對鋼渣、爐渣等工業副產品的利用率,利用替代原料對天然鈣基材料的替代。2021年,華新水泥窯線綜合利用各類工業廢渣338萬噸作為替代原料,直接減少碳排放34萬噸。
冀東水泥有序推進協同處置生物質垃圾、有熱值固廢等燃料替代技術,燃料替代率不斷提高。電石渣代替石灰石配料煅燒熟料技術在4家企業實現了產業化。成功研究開發硅酸二鈣含量40%的低碳熟料,在質量指標滿足低熱熟料標準的前提下,噸熟料碳排放量可減少約47千克。
水泥行業的碳減排行動開展已久,通過技改降低二氧化碳排放,利用原料替代、燃料替代、能源管控、余熱發電、發展低碳水泥、進行碳捕集等手段推動著水泥行業碳減排工作。而在各大水泥企業的未來規劃中,“綠色發展”、“低碳發展”等詞也頻頻出現。
華潤水泥在年報中敲下“減污降碳”的時刻表,目標至2025年,所有水泥生產基地窯頭窯尾煙氣的氮氧化物排放濃度力爭達到100mg/m3以下、二氧化硫排放濃度達50mg/m3以下、顆粒物排放濃度達10mg/m3以下。同時,于2025年二氧化碳排放總量達峰,噸熟料二氧化碳排放量較2020年下降2%,努力于2060年實現產業鏈碳中和。
祁連山水泥也在年報中指出,未來將強化節能減碳,加快綠色低碳轉型,重點抓好低碳熟料、高效燒成、替代燃料、高效粉磨等重點低碳技術攻關,積極開展綠色礦山和花園工廠建設。加強“雙碳”政策研究,加快構建碳資產管理體系,積極準備參與碳交易。
節能減排是一次世界級的綠色革命洪流,對水泥行業而言,當前的脫碳技術仍面臨諸多挑戰,亟待創新突破。為了實現水泥行業綠色低碳可持續發展,唯有水泥同仁共同朝著“減污降碳”的目標努力,水泥行業才能走向“綠色低碳轉型”的燦爛明天。
編輯:曾家明
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