李嶺 劉池一

[摘 要] 目前在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中環(huán)境問題已引起各方高度重視，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，我國碳排放量一直居高不下是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。在我國，水泥工業(yè)是碳排放量最大行業(yè)之一。本文根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝設(shè)定排放系數(shù)，設(shè)定不同情景對水泥工業(yè)碳排放量進(jìn)行預(yù)測，認(rèn)為通過綜合治理方法可以降低我國水泥工業(yè)碳排放量。

[關(guān)鍵詞] 工藝分析； 情景分析； 水泥； 碳排放量

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 050

[中圖分類號] F224.9； F201 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）05- 0088- 03

0 前 言

中國是世界上最大的發(fā)展中國家，也是世界最大的溫室氣體排放國家之一，如何采取有效措施在保證工業(yè)生產(chǎn)滿足發(fā)展需要的同時(shí)減少CO2氣體的排放量，是我國目前關(guān)注的焦點(diǎn)。2009年，我國在聯(lián)合國氣候變化大會(huì)上提出要大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，并且在當(dāng)年制訂了到2020年單位GDP的碳排放量比2005年下降40%-45%的計(jì)劃[1]。這個(gè)計(jì)劃深刻地影響著我國碳排放密集的工業(yè)部門，尤其影響著我國的水泥工業(yè)這個(gè)碳排放量巨大的工業(yè)的發(fā)展。我國是世界水泥生產(chǎn)大國，2010年我國水泥產(chǎn)量接近世界總產(chǎn)量的60%[2]。我國如果在水泥的生產(chǎn)中采取相應(yīng)的措施，在不影響水泥的產(chǎn)量的同時(shí)有效地降低CO2的排放，那么我國對世界CO2氣體的減排將起到了很大的推動(dòng)作用。

目前我國對于水泥工業(yè)減碳的研究相對比較單一，對水泥生產(chǎn)中排放的定量分析與比較還有進(jìn)一步研究的空間[3]。水泥生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)可以實(shí)施的減碳技術(shù)因?yàn)樵聿煌瑤淼臏p碳效率也有所差別，在實(shí)際生產(chǎn)中對水泥的產(chǎn)量也會(huì)帶來一定的影響。現(xiàn)有的文獻(xiàn)對于每種減碳技術(shù)的介紹大部分都停留在原理，并沒有對生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行考慮，也沒有結(jié)合當(dāng)今我國為了順應(yīng)國際要求提出的定量降低單位水泥生產(chǎn)碳排放這個(gè)實(shí)際情況[4]。

1 水泥生產(chǎn)的碳排放的工藝分析

水泥的生產(chǎn)流程包括生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨，也就是常說的“兩磨一燒”，在這些過程中會(huì)有大量CO2的排放。熟料的煅燒過程中水泥窯內(nèi)的生料受熱分解會(huì)排放出CO2氣體；煅燒需要消耗大量的燃料，燃料的燃燒也是CO2氣體排放的重要來源；生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨這些流程都需要電力的支持，我國的電力主要來源于燃料的燃燒通過熱能轉(zhuǎn)化而來，所以電力消耗會(huì)間接產(chǎn)生CO2氣體，這些氣體的排放也需要被計(jì)入水泥生產(chǎn)的CO2排放中。為了準(zhǔn)確得到水泥生產(chǎn)中CO2氣體排放的具體值，需要針對每一個(gè)方面進(jìn)行具體的研究。

1.1 碳酸鹽分解的碳排放

生料中的碳酸鹽分解主要是CaCO3和MgCO3受熱導(dǎo)致碳酸根分解產(chǎn)生CO2。此外生料中的有機(jī)碳（0.5%）也會(huì)燃燒產(chǎn)生CO2氣體（12kg / t），所以為了計(jì)算碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2氣體總量，可以通過對表1中CaO和MgO的成分進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)生產(chǎn)的熟料總量為1 t，那么生料中碳酸鹽分解的CO2排放量 = 65.06% × ■ + 2.94% × ■ × 1 000 = 543.36 kg，經(jīng)過計(jì)算可以得到煅燒過程中CO2排放總量E1 = 543.36 + 12 = 555.36 kg。

1.2 燃料燃燒的碳排放

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，每千克燃煤燃燒可以產(chǎn)生2.46 kg CO2，每燒成1 t熟料大約需要消耗0.15 t煤，故每噸熟料的生產(chǎn)燃料燃燒導(dǎo)致的氣體排放量：E2 = 2.46 × 0.15 × 1 000 = 369 kg。

1.3 電力消耗的間接碳排放

水泥生產(chǎn)中的電力消耗所間接排放的CO2可以通過單位水泥綜合電力消耗和排放因子（每千克標(biāo)準(zhǔn)煤排放CO2 2.46 kg）來計(jì)算。水泥生產(chǎn)在各階段消耗電量如表2所示，可以得到單位水泥綜合電力消耗為108 kW/h。每噸煤炭的發(fā)電量為2 460 kWh，所以單位水泥生產(chǎn)的電力消耗碳排放量為：E3 = ■ × 2.46 × 1 000 = 108 kg。

1.4 水泥生產(chǎn)排放CO2總量

根據(jù)已有資料顯示水泥熟料和水泥的換算比例系數(shù)為0.85。所以每噸水泥生產(chǎn)的碳排放量E = （E1 + E2） × 0.85 + E3 = 893.7 kg。若照預(yù)測出的水泥總需求450 475萬噸計(jì)算，根據(jù)目前我國水泥生產(chǎn)的工藝和水平，2020年我國水泥生產(chǎn)將要排放的CO2總量將超過40億噸。這些CO2的排放對環(huán)境的破壞是巨大的，所以減碳的實(shí)施勢在必行，刻不容緩。

2 用情景分析法研究減碳技術(shù)的效率

情景分析法也成為前景描述法、情景描述法等。它是通過假設(shè)、預(yù)測、模擬等手段生成未來情景，并分析其對目標(biāo)產(chǎn)生影響的方法。情景分析法與其他分析方法不同的地方在于它基于對未來的判斷來進(jìn)行分析，直接面向未來是情景分析法不同于其他方法的最有特色之處，同時(shí)也符合人類思考問題的一般方式。因此本文在對需求趨勢預(yù)測時(shí)采用情景分析法，在本方法使用過程中，核心與難點(diǎn)在于基本情景的設(shè)定。

按照目前的水泥生產(chǎn)工藝，結(jié)合文獻(xiàn)中對我國國民生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資額與水泥需求的相關(guān)性的分析，我們可以預(yù)測出按照這樣的生產(chǎn)到2020年我國水泥工業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳排放量將達(dá)到42億噸，這些氣體一旦排放到環(huán)境中，將會(huì)嚴(yán)重加劇世界范圍內(nèi)的溫室效應(yīng)，會(huì)給全人類帶來負(fù)面的影響。所以我們國家早在2009年的聯(lián)合國氣候變化大會(huì)上提出要大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，并且在當(dāng)年制定了到2020年是單位GDP的碳排放量比2005年下降40%～45%的計(jì)劃。水泥工業(yè)作為國家發(fā)展中的重要工業(yè)，也需要支持和積極響應(yīng)。當(dāng)然水泥的生產(chǎn)如果在使用了減碳技術(shù)的條件下能夠多大程度地降低碳排放并不能夠完全定量要求，所以使用情景學(xué)的方法結(jié)合國家對單位GDP的碳排放減少的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置稍低于、等同于和高于對單位GDP的碳減排標(biāo)準(zhǔn)的水泥生產(chǎn)的二氧化碳減排標(biāo)準(zhǔn)。

在考慮到水泥工業(yè)是一種較為單一的工業(yè)的情況下，設(shè)置了一個(gè)較單位GDP的碳減排稍低的標(biāo)準(zhǔn)約35%；較為符合單位GDP碳減排標(biāo)準(zhǔn)要求的減碳45%和高于單位GDP碳減排標(biāo)準(zhǔn)的情景我設(shè)置的是減碳50%，這3種情景的前提是滿足其他條件不受影響，例如國民生產(chǎn)總值的增長和固定資產(chǎn)投資額都保持原來的狀態(tài)不變。在這3種情景下分別研究水泥生產(chǎn)中3個(gè)排碳量較大的環(huán)節(jié)處各種減碳技術(shù)的實(shí)施后在滿足減碳要求的情境下允許生產(chǎn)的水泥總量能否達(dá)到水泥的需求，最終的結(jié)果將會(huì)通過表格呈現(xiàn)。

表中的數(shù)據(jù)是按照文獻(xiàn)中預(yù)測或計(jì)算的數(shù)據(jù)得到的。按照預(yù)測得到的2020年水泥生產(chǎn)總需求為42億噸與每噸水泥生產(chǎn)目前的排碳量為893.7 kg，可以得到2020年水泥生產(chǎn)照目前的工藝流程需要排放的二氧化碳量為40億噸。按照不同的減排情景可以得到在3種情景下到2020年允許排放的二氧化碳量分別為26億噸、22億噸和20億噸，再根據(jù)每種減碳方法可以減少的二氧化碳排放量分別計(jì)算出每種減碳方法的單獨(dú)實(shí)施的單位水泥生產(chǎn)碳排放。結(jié)合每種情景的總碳排放量就可以得到每種減碳方法單獨(dú)實(shí)施的情況下允許生產(chǎn)的水泥總量了。

按照對水泥需求的預(yù)測量為45億噸，根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可以看出在單獨(dú)實(shí)施減碳技術(shù)的情況下只有用電石渣代替生料這個(gè)方法可以在低情景下達(dá)到排碳量和需求量的共同要求，其他情景下和其他的減碳方法減碳的效率都比較低，無法達(dá)到要求。所以針對這樣的情況，我們需要將不同的減碳技術(shù)結(jié)合起來共同為水泥生產(chǎn)做貢獻(xiàn)。

主要參考文獻(xiàn)

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[4] 雷前治. 中國水泥的生產(chǎn)、消費(fèi)及發(fā)展趨勢[J]. 中國建材，2002（5）：15-17.