浅析水泥温室气体排放污染与减排措施
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[关键词]温室气体排放;污染现状;减排措施
全球气候变暖已成为国际社会关注的焦点问题,它严重地影响了人类环境和自然生态,对人类社会可持续发展带来了巨大冲击,要遏制全球气候变暖,就必须减排,因为全球气候变暖主要是由人类活动排放过多的二氧化碳引起的,导致臭氧层变薄,这与工业有直接的联系,其中建筑行业的因素占到50%。而建材行业的主导产品是水泥。据了解,生产一吨水泥会产生将近一吨左右的二氧化碳,而眼下全球每年使用的水泥多达25亿吨,也就意味着每年仅仅水泥就会给大气增加约25亿吨的二氧化碳。2009年12月7日《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议在丹麦的哥本哈根召开,总理在会议上郑重表态:到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%,同时作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。
作为我国建材工业生产温室气体排放的水泥生产企业是实现上述减排指标的重中之重。水泥企业其排放温室气体CO2的污染程度有别于其他工业企业,主要包括:1.原料煅烧产生的二氧化碳;2.水泥窑传统燃料产生的二氧化碳;3.水泥窑替代燃料产生的二氧化碳;4.燃烧生物质燃料二氧化碳排放;5.由废水产生的二氧化碳排放。在水泥烧制过程中,大量生成和排放出CO2。其造成的污染量是:每生产一吨水泥熟料,按消耗1.2吨生料计算,水泥原料中碳酸盐分解放出约0.5吨CO2;燃料燃烧放出约0.4吨CO2。再加上原燃料本身的烘干脱水,总计CO2排放量近1吨。也就是说没生产一吨水泥熟料就要排放到大气中近1吨的CO2,二者的比例竟然是1:1,令人触目惊心。
一、水泥温室气体排放的现状与分析
(一)世界各国温室气体减排的现状
据美国《化学与工程新闻》杂志统计报道,2004年世界排放CO2的前20位国家(地区)中,美国是CO2排放最多的国家,达57.13亿吨;其次是中国,为31.76亿吨;第三位是俄罗斯,为15.53亿吨;第四位是日本,为11.82亿吨;第五位是印度,为10.10亿吨。美国得克萨斯州和加利福尼亚州分别位居第7和第14位,分别为6.56亿吨和3.83亿吨。我国二氧化碳排放总量居世界第二位。预计到2020年,在2000年的基础上增加1.32倍,估计2025年前后,我国二氧化碳排放量超过美国,居世界第一。目前我国至少排放二氧化碳38亿吨,到2030年可能到71亿吨,占世界二氧化碳排放增加总量的1/4以上。要实现:“到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的目标”任务十分繁重。
(二)我国水泥工业温室气体排放和减排的历史和现状
目前我国水泥单位产品综合能耗比国际先进水平高15%,节能减排空间大,是实现节能减排目标的重点行业。因此要实现水泥产业创新发展,必须从发展低碳水泥入手,在节能减排和低碳水泥上下工夫,不断调整产品结构,加快产品升级步伐。这才能在竞争中立于不败之地。水泥工业CO2的减排涉及水泥生产中诸多的技术层面,包括水泥生产新工艺及节能技术、资源的综合利用、水泥新品种的研制等,因而与水泥工业的发展状况有着直接的联系。1978年正值中国改革开放之初,全国水泥总产量为0.65亿吨;1985年总产量1.46亿吨,2003年,水泥年产量已达8.6亿吨,约占世界总产量的40%,居世界第一位。
水泥工业的产业结构如何?在改革开放之初,小水泥企业为主体,大中型水泥企业所占比例很小。
从改革开放到现在,我们可以计算出水泥工业水泥总产量的平均增长速度为0.312亿吨/年,近几十年来,中国水泥工业一直处于高速增长中,水泥生产技术也取得了长足的进步。这表现为新型干法水泥生产技术的广泛应用。2002年中国新型干法水泥的生产能力为1亿吨,占当年水泥总产量的16%;2005年已达到4.8亿吨,占当年水泥总产量的45%。新型干法水泥的生产以原料均化、预分解窑煅烧、节能粉磨、工业自动化等为技术支撑,进而实现了水泥生产的大型化,并使水泥工业达到了除CO2之外的零排放。
二、水泥温室气体减排的技术措施
(一)减少降低烧成煤耗,多使用液体燃料或气体燃料(天然气)等替代燃料
水泥工业长期以来主要采用固体燃料――煤进行烧结,在煅烧过程中生成大量二氧化碳,污染严重。后来人们慢慢发现使用液体或气体燃料生产水泥,不仅单位热值高,燃烧完全,而且产生的二氧化碳比用煤要少。除了使用液体和气体燃料外,水泥行业越来越多地使用多种废料的替代燃料;替代燃料包括化石燃料部分,如废轮胎、废油和塑料,以及生物质部分,如废木料和污水污泥。实践证明:无论是液体、气体或者废料等替代燃料所排放的二氧化碳都比固体燃料煤低。
(二)淘汰落后的生产窑型,大力发展新型工艺技术
发展低碳水泥是水泥产业结构调整的必然趋势,我国水泥生产企业大多采用石灰饱和系数(KH)、硅酸率(SM)和铝氧率(IM)三个率值来进行配料控制。
我国目前的建材工业发展规划中产业机构的调整计划――大力发展建设新型干法窑型,并大量关停立窑等落后生产窑型,就是最有效地降低二氧化碳排放量的措施体现。
(三)改进水泥生产工艺中的配料方案
在长期的生产实践中,人们尝试使用生石灰、粉煤灰和矿渣等原料,发现在其煅烧过程中所排放的二氧化碳总量得到明显减少。
(四)提高生料的易燃性
选择合理的熟料,提高生料细度,适量加入矿化剂或复合矿化剂合理利用微量元素,可以改善生料易燃性或加速熟料烧成,从而降低熟料热耗,减少熟料烧成煤耗,最终实现降低二氧化碳的排放量的目的。
(五)大力发展散装水泥
水泥的流通和使用是以袋装和现场搅拌为主,袋装水泥需要大量包装纸,每生产1万吨包装水泥,需要包装纸60吨,折合木材330立方米,生产60吨纸需耗电7.2万千瓦时、煤炭78吨、烧碱22吨。去年全国生产的16.3亿吨水泥,如果有一半进行散装,就可节煤635万吨,减少向大气排放CO2近1 587.5万吨。
(六)积极推广高效粉磨设备及技术,改变传统落后的粉磨工艺
武汉市天沭科技发展有限公司自主研发的性能先进、高效节能的水泥、生料、矿粉生产新工艺、新技术,可使粉磨工艺节电30%~40%,使水泥、生料、矿粉综合电耗下降20%~30%。若全国60%的球磨机由立磨或辊压机联合粉磨系统替代,则可节电23亿千瓦时,相当于节约标煤82万吨。若辅以对风机电机实施变频节能改造,又可节电30%。同时,推广新型高效预分解系统。先进高效预分解系统中的一级筒出口温度可降低30℃左右,每降低10℃,每吨熟料可节约1千克标煤,按比计算每年可节约标煤11.4万吨。由于能源效率提高,还可实现年节约标煤17.6万吨的目标。
(七)鼓励发展余热发电
目前国内余热发电量为35千瓦时/吨
~40千瓦时/吨,按熟料的最低值计算,折煤约1 106万吨,若生产的熟料余热一半用于发电,则可减少向大气排放CO2近1 382.5万吨。
总之,降低CO2的排放量是中国水泥工业面临的新课题,对水泥工业的可持续发展有重要的影响。要以政策为主导,统筹规划,并制定财税金融政策,加大“产学研用”力度。水泥工业CO2的减排涉及到水泥生产工艺的多个技术层面,包括综合节能技术和原材料替代技术。通过发展循环经济、推动水泥工业的技术进步,中国水泥工业一定能实现CO2的显著减排。(编辑/穆杨)