田璐璐，王姍姍，王 克，岳 輝，王逸欣，劉 磊，張瑞芹

(鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究院，鄭州 450000)

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河南省水泥行業(yè)節(jié)能潛力及協(xié)同減排效果分析

田璐璐，王姍姍，王 克，岳 輝，王逸欣，劉 磊，張瑞芹

(鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究院，鄭州 450000)

水泥行業(yè)是河南省傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是能源消耗與環(huán)境污染大戶。該研究采用節(jié)能供給曲線方法對31項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行篩選，并分情景對河南省水泥行業(yè)2030年節(jié)能減排潛力進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明：(1)節(jié)能情景下2030年河南省水泥行業(yè)能源消費(fèi)量將達(dá)到613 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，較基準(zhǔn)情景節(jié)約能源306 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)電技術(shù)和其他節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力分別占93.22%和6.78%。其中節(jié)能潛力最大的技術(shù)為熟料替代技術(shù)和燃料替代技術(shù)，節(jié)電潛力最大的技術(shù)為低溫余熱回收發(fā)電技術(shù)與輥壓機(jī)球磨機(jī)聯(lián)合粉磨技術(shù)。(2)節(jié)能情景下2030年河南省水泥行業(yè)CO2、SO2、NOx、PM10排放量分別為6702 萬t、0.90 萬t、8.27 萬t和6.52 萬t，減排潛力為1174 萬t、0.40 萬t、1.24 萬t、1.02 萬t。減排潛力主要是由其他節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)的，其中熟料替代與燃料替代所帶來的減排效果最為明顯。

水泥行業(yè)； 節(jié)能供給曲線； 能源消費(fèi)； 碳排放； 大氣污染物

1 引 言

近年來隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的加快，作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)原材料行業(yè)的水泥生產(chǎn)量增長迅猛， 2013年全國水泥總產(chǎn)量為24.16億噸，比2000年增長304.71%。水泥行業(yè)是我國能源消耗的主要部門，同時(shí)也是CO2及大氣污染物的主要排放源[1]。在碳排放強(qiáng)度和峰值目標(biāo)的雙重約束下，我國水泥行業(yè)的能源消耗和溫室氣體排放控制面臨極大挑戰(zhàn)。積極化解過剩產(chǎn)能，推廣先進(jìn)可行的節(jié)能技術(shù)以提高能源利用效率，是經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下我國水泥行業(yè)實(shí)行節(jié)能減排的主要途徑。

作為全國水泥生產(chǎn)第二大省，河南省水泥行業(yè)的能源消耗和污染物排放將會對中國產(chǎn)生重大影響，研究河南省水泥行業(yè)的節(jié)能減排潛力具有非常重要的意義。因此，本研究結(jié)合河南省實(shí)際情況，考慮水泥行業(yè)節(jié)電與其他節(jié)能技術(shù)的影響，采用節(jié)能供給曲線模型對河南省2030年水泥行業(yè)節(jié)能潛力進(jìn)行預(yù)測，并分析其帶來的協(xié)同減排效應(yīng)。

2 試 驗(yàn)

2.1 節(jié)能供給曲線模型

節(jié)能供給曲線模型(energy conservation supply curve model，CSC模型)是一種結(jié)合工程技術(shù)分析與經(jīng)濟(jì)成本分析的模型。CSC模型將節(jié)能成本(cost of conserved energy，CCE)計(jì)算結(jié)果與節(jié)能潛力按照自上而下的排列順序所列的邊際成本曲線圖，用于分析在某個行業(yè)、企業(yè)或者部門的節(jié)能潛力和節(jié)能成本。節(jié)能成本是將傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)凈現(xiàn)值轉(zhuǎn)化為凈年值，通過與項(xiàng)目年節(jié)能量相比較而得到一個單位節(jié)能量投資成本值。從經(jīng)濟(jì)上講，節(jié)能成本小于0的技術(shù)在節(jié)能的同時(shí)給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)收益，而節(jié)能成本大于0的技術(shù)需要企業(yè)花費(fèi)一定的成本才能取得節(jié)能效果，因此認(rèn)為當(dāng)節(jié)能技術(shù)節(jié)能成本小于0時(shí)該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可行，且節(jié)能成本越小表明該技術(shù)的投資吸引力越大。節(jié)能成本主要計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中I為投資額，AF為年度因子，O&M為運(yùn)行成本，ESP為節(jié)能量，EP為能源價(jià)格，d為折現(xiàn)率，n為技術(shù)使用年限。本研究參考相關(guān)文獻(xiàn)[2,3]，設(shè)定煤炭價(jià)格為1000 元/tce，電價(jià)格0.55 元/kWh，折現(xiàn)率10%。

本研究在水泥行業(yè)選取了31種節(jié)能技術(shù)，按工序進(jìn)行分類，主要包括原料準(zhǔn)備工序12項(xiàng)，熟料制備工序11項(xiàng)，最終粉磨工序4項(xiàng)，綜合措施4項(xiàng)；按技術(shù)類型進(jìn)行分類，主要包括節(jié)電技術(shù)16項(xiàng)和其他節(jié)能技術(shù)15項(xiàng)。節(jié)能技術(shù)主要參數(shù)來自相關(guān)文獻(xiàn)[3,4]與《國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄》[5]，如表1所示。

表1 水泥行業(yè)節(jié)能措施相關(guān)參數(shù)

續(xù)表

2.2 能源消費(fèi)、溫室氣體與大氣污染物的排放計(jì)算方法

2.2.1 水泥行業(yè)能源消費(fèi)量的計(jì)算

本研究根據(jù)水泥產(chǎn)量和基準(zhǔn)年能源強(qiáng)度，并結(jié)合每年具體的節(jié)能潛力來計(jì)算水泥行業(yè)能源消費(fèi)量。按照所節(jié)約能源類型的不同，每年總的節(jié)能潛力可以細(xì)分為燃料節(jié)能潛力與電力節(jié)能潛力兩部分。計(jì)算方法見公式(3、4)。

ESi,j=ESfuel,i,j+ESele,i,j=Aj×PESfuel,i×(ηi,j-ηi,2013)+Aj×PESele,i×(ηi,j-ηi,2013)

(3)

(4)

其中，ES為節(jié)能潛力，i為節(jié)能技術(shù)，j為年份，Efuel為燃料節(jié)能潛力，ESele為節(jié)電潛力，EI為水泥能源強(qiáng)度，PESfuel為單位水泥燃料節(jié)能量，PESele為單位水泥節(jié)電量， 為節(jié)能技術(shù)推廣比例，E為能源消費(fèi)量，A為水泥產(chǎn)量。

研究中Aj通過預(yù)測得到，預(yù)測過程詳見2.3.1；EI2013來自于《2014年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》[6]。

2.2.2 水泥行業(yè)碳排放量的計(jì)算

水泥行業(yè)碳排放主要包括生產(chǎn)過程直接排放、燃料燃燒直接排放和電力消費(fèi)引起的間接排放三大部分。結(jié)合節(jié)能技術(shù)推廣所帶來的碳減排效應(yīng)，本研究根據(jù)每年的水泥生產(chǎn)情況、燃料消費(fèi)情況和電力消費(fèi)情況來計(jì)算得到水泥行業(yè)的碳排放量，計(jì)算方法見公式(5、6)。

CERi,j=CERfuel,i,j+CERele,i,j

=Aj×PESfuel,i×(ηi,j-ηi,2013)×Ffuel+Aj×PESele,i×(ηi,j-ηi,2013)×Fele

(5)

(6)

其中，CER為碳減排潛力，F(xiàn)fuel為燃料碳排放因子，F(xiàn)ele為電力碳排放因子，Cj為碳排放量，F(xiàn)pro為過程碳排放因子。

研究中Fpro與Ffuel來自相關(guān)文獻(xiàn)[7,8]，F(xiàn)ele采用國家發(fā)改委中國區(qū)域電網(wǎng)的基準(zhǔn)線排放因子，選用華中地區(qū)的排放因子[9]。

2.2.3 水泥行業(yè)常規(guī)大氣污染物排放量的計(jì)算

水泥行業(yè)SO2排放主要來自于燃料的燃燒，NOx與PM10的排放主要來自燃料的燃燒與過程的排放。本研究根據(jù)水泥產(chǎn)量和基準(zhǔn)年大氣污染物排放強(qiáng)度，結(jié)合節(jié)能技術(shù)所帶來的減排效應(yīng)計(jì)算得到三種污染物排放量，計(jì)算方法見公式(7、8)。

PERi,j,k=Aj×PESfuel,i×(ηi,j-ηi,2013)×ffuel,k

(7)

(8)

其中，PER為污染物減排潛力，k為污染物種類，ffuel為燃料污染物排放因子，PE為污染物排放量，f為水泥污染物排放因子。

fSO2、fNOx、ffuel，SO2、和ffuel，NOx排放因子來自于工業(yè)污染物產(chǎn)生和排放系數(shù)手冊[10]，fPM10與ffuel,PM10排放因子來自于張強(qiáng)[11,12]，并通過修正得到綜合排放因子。

2.3 情景分析法

2.3.1 關(guān)鍵假設(shè)

根據(jù)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)年人均水泥需求量為0.6～0.7 t/人時(shí)，水泥需求量將達(dá)到飽和，之后緩慢下降[13-14]。2013年河南省人均水泥消費(fèi)量已達(dá)到1.6 t/人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家飽和期人均水泥消費(fèi)量，這一方面取決于河南省公路、建筑壽命短與水泥產(chǎn)品質(zhì)量低[13]，另一方面是由水泥行業(yè)產(chǎn)能過剩導(dǎo)致的。面臨這種狀況，河南省已在提高產(chǎn)品質(zhì)量、嚴(yán)禁新增產(chǎn)能、對現(xiàn)有產(chǎn)能進(jìn)行減量替換等方面出臺相關(guān)政策[15-16]，因此預(yù)計(jì)未來河南省水泥消費(fèi)量不會再有大幅增長。但是河南省依然處于城市化發(fā)展進(jìn)程中，到2020年之后，城鎮(zhèn)化速度才有可能逐漸放緩[17]，因此2015～2020年期間水泥需求量并不會大幅減少。結(jié)合河南省發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)達(dá)國家發(fā)展歷程，本研究通過對人口和人均水泥需求量的預(yù)測得到河南省未來水泥需求量。由于河南省水泥市場主要集中在省內(nèi)，水泥的需求量即可認(rèn)為是水泥的產(chǎn)量。

人口的預(yù)測：河南省“十二五”期間人口年均增長率在0.50%左右，盡管全國已經(jīng)放開二胎政策，但是由于居民的生育二胎的傾向并不大，河南省人口并不會出現(xiàn)大幅度的增加。本研究假設(shè)2013～2015年期間人口年均增長率為0.55%，2015～2020期間為0.50%，2020～2025年期間為0.45%，2025～2030年期間為0.40%。

人均水泥需求量的預(yù)測：韓國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平屬于中等發(fā)達(dá)國家，地理位置上與中國最為接近，是中國現(xiàn)階段發(fā)展的目標(biāo)，因此本研究選取韓國水泥行業(yè)的發(fā)展趨勢作為參照。韓國人均水泥消費(fèi)在1997年達(dá)到峰值1.34 t/人[18]，之后緩慢下降，最終穩(wěn)定在1.00 t/人左右[14]，穩(wěn)定期人均水泥產(chǎn)量較峰值減少25%。本研究假設(shè)河南省人均水泥產(chǎn)量已達(dá)到峰值，2013～2015年人均水泥需求維持峰值水平不變，2020年為1.50 t/人，預(yù)計(jì)2025年河南省人均水泥產(chǎn)量達(dá)到1.40 t/人，2030年達(dá)到穩(wěn)定達(dá)到1.20 t/人。

通過人口及人均水泥需求的預(yù)測可得出河南省未來水泥行業(yè)產(chǎn)量(需求量)具體見表2。

表2 水泥行業(yè)需求量預(yù)測(萬t)

2.3.2 主要情景

本研究經(jīng)過對節(jié)能技術(shù)節(jié)能成本的計(jì)算，篩選出經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)，如表3、4所示。為將節(jié)能技術(shù)推廣前后河南省水泥行業(yè)的能源消費(fèi)、碳排放與大氣污染物排放情況進(jìn)行對比，本研究設(shè)定了兩種情景對未來水泥行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了模擬，情景定義如下：

基準(zhǔn)情景：節(jié)能技術(shù)維持現(xiàn)有水平，不再有進(jìn)一步推廣，水泥單位能耗維持2013年水平不變。

節(jié)能情景：經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)得到進(jìn)一步的推廣，能源效率相應(yīng)提高的情景。

表3 節(jié)電技術(shù)節(jié)能成本

表4 其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能成本

3 結(jié)果與討論

3.1 未來河南省水泥行業(yè)節(jié)能潛力分析

3.1.1 河南省水泥行業(yè)節(jié)能潛力分析

未來各情景下水泥行業(yè)能源消費(fèi)情況如圖1所示。從圖中可知基準(zhǔn)情景下，2015、2020、2025和2030年能源消費(fèi)量分別達(dá)到1303、1254、1177和920萬tce。較基準(zhǔn)情景下減少4.26%、15.06%、24.93%和33.31%，節(jié)能潛力分別為56、189、294和307萬 tce，其中節(jié)電技術(shù)節(jié)能潛力所占比重從2015年的6.47%增長到2030年的6.78%。

基準(zhǔn)情景下河南省水泥行業(yè)能源消費(fèi)量僅受水泥產(chǎn)量的影響，將在2015年達(dá)到峰值，之后逐漸下降，且下降速度越來越快。而在節(jié)能情景下，即使到2015年水泥產(chǎn)量依舊有所增加，受節(jié)能技術(shù)的影響，能源消費(fèi)量仍呈下降趨勢，表明未來兩年內(nèi)，水泥行業(yè)節(jié)能技術(shù)對能源消費(fèi)的影響超過了產(chǎn)量，然而，盡管節(jié)能技術(shù)應(yīng)用潛力越來越小，而之后能源消費(fèi)下降速度并沒有放緩，表明2015年之后水泥產(chǎn)量的下降對水泥行業(yè)的能源消費(fèi)也起到重要作用。

圖1 水泥行業(yè)能源消費(fèi)預(yù)測Fig.1 Forecasting of energy consumption in cement industry

3.1.2 節(jié)電技術(shù)的節(jié)能潛力分析

根據(jù)表3中節(jié)電技術(shù)的節(jié)能成本計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)技術(shù)的節(jié)能潛力，可得節(jié)電技術(shù)的節(jié)能供給曲線，如圖2。2015、2020、2025、2030年節(jié)電技術(shù)的節(jié)電潛力分別為293、997、1582和1695GWh?？梢?，受城市建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，盡管水泥行業(yè)產(chǎn)量有所減少，節(jié)能技術(shù)節(jié)能潛力卻在不斷增長。

16項(xiàng)節(jié)電技術(shù)中僅有高效的生料立磨及煤立磨粉磨技術(shù)，原料混合機(jī)(均質(zhì)化)系統(tǒng)兩項(xiàng)技術(shù)不可用，可用技術(shù)的節(jié)電潛力占節(jié)電潛力總量的94.5%左右。14項(xiàng)可用節(jié)電技術(shù)中，最具投資吸引力的是高效煤炭分選機(jī)，生料的提升機(jī)運(yùn)輸與VFD原料磨通風(fēng)機(jī)，然而這三項(xiàng)技術(shù)節(jié)能潛力僅占可用節(jié)電技術(shù)的3.7%左右。

節(jié)能潛力最大的技術(shù)為低溫余熱回收發(fā)電和輥壓機(jī)球磨機(jī)聯(lián)合粉磨技術(shù)。低溫余熱回收發(fā)電技術(shù)節(jié)電收益僅為93 元/MWh，節(jié)能潛力卻占到43%左右，是政府正強(qiáng)力推廣的節(jié)電技術(shù)。輥壓機(jī)球磨機(jī)聯(lián)合粉磨技術(shù)節(jié)電潛力僅次于低溫余熱回收發(fā)電，節(jié)電潛力占17%左右，節(jié)電收益相對較高，技術(shù)自身對企業(yè)的投資吸引力也較大。

圖2 節(jié)電技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.2 The energy-saving supply curve of the electricity-saving measures

圖3 其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.3 The energy-saving supply curve of the other energy-saving measures

圖4 水泥行業(yè)碳排放預(yù)測Fig.4 Forecasting of carbon emission in cement industry

3.1.3 其他節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力分析

根據(jù)表4中其他節(jié)能技術(shù)的節(jié)能成本，結(jié)合相應(yīng)技術(shù)的節(jié)能潛力可得這些節(jié)能技術(shù)的節(jié)能供給曲線，如圖3。從圖中可以看出，2015、2020、2025、2030年其他節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力分別為52、177、275和287 萬tce，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。

通過對節(jié)能成本的分析可知，所有其他節(jié)能技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上都可行，每節(jié)約1 tce能源的收益為434 元～1989 元。其中經(jīng)濟(jì)效益最好的為變頻調(diào)速系統(tǒng)與高效風(fēng)機(jī)與立磨終粉磨水泥技術(shù)，節(jié)能收益在1900 元/tce以上，但是這兩項(xiàng)技術(shù)的節(jié)能潛力卻較小，僅占節(jié)能潛力的2.8%左右。熟料替代與燃料替代是節(jié)能潛力最大的技術(shù)，節(jié)能潛力分別占30%和17%左右，且節(jié)能收益較好，均在1350 元/tce左右，是政府正強(qiáng)力推廣的節(jié)能技術(shù)。

3.2 河南省水泥行業(yè)溫室氣體減排潛力分析

2013年～2030年河南省水泥行業(yè)CO2排放預(yù)測結(jié)果如圖4所示。隨著未來水泥需求及能源消費(fèi)的變化，基準(zhǔn)情景下CO2排放在2015年達(dá)到峰值9703 萬t，到2020、2025和2030年分別降至9436、9006和7876 萬t。而節(jié)能情景下CO2排放從2013年就開始呈下降趨勢，2015、2020、2025和2030年分別降至9490、8712、7883和6702 萬t，CO2減排潛力為212、723、1123和1174 萬t。

通過節(jié)能技術(shù)的節(jié)能量與排放因子計(jì)算可得節(jié)能技術(shù)推廣帶來的協(xié)同減排效果，根據(jù)碳減排結(jié)果可知(如表5、6) ，其他節(jié)能技術(shù)推廣對河南省水泥行業(yè)CO2減排的貢獻(xiàn)率高達(dá)90.5%，其中協(xié)同減排效果最好的技術(shù)為熟料替代技術(shù)與燃料替代技術(shù)；相比之下，節(jié)電技術(shù)推廣帶來的CO2減排貢獻(xiàn)率僅為9.5%左右，其中CO2減排效果最好的技術(shù)為低溫余熱回收發(fā)電技術(shù)與輥壓機(jī)球磨機(jī)聯(lián)合粉磨技術(shù)。同時(shí)結(jié)合不同技術(shù)對節(jié)能潛力的貢獻(xiàn)程度，河南省水泥行業(yè)節(jié)能技術(shù)對CO2減排的貢獻(xiàn)率與節(jié)能潛力貢獻(xiàn)率基本吻合，即節(jié)能潛力越大的技術(shù)帶來的CO2減排效果越大。

表5 節(jié)電技術(shù)協(xié)同碳減排量

表6 其他節(jié)能技術(shù)協(xié)同碳減排量

續(xù)表

3.3 河南省水泥行業(yè)大氣污染物減排潛力分析

河南省水泥行業(yè)大氣污染物的排放預(yù)測結(jié)果如圖5～7所示。2030年SO2、NOx、PM10的排放量為8985～12975 t， NOx排放量為82735～95172 t，PM10排放量為65202～75428 t，減排潛力分別為3991噸、12437噸、10225噸。

圖5 水泥行業(yè)SO2排放預(yù)測Fig.5 Forecasting of SO2 emission in cement industry

圖6 水泥行業(yè)NOx排放預(yù)測Fig.6 Forecasting of NOx emission in cement industry

圖7 水泥行業(yè)PM10排放預(yù)測Fig.7 Forecasting of PM10 emission in cement industry

通過分析節(jié)能技術(shù)推廣帶來的大氣污染物協(xié)同減排效果(如表7所示)可知，協(xié)同減排潛力最大的技術(shù)為熟料替代技術(shù)與燃料替代技術(shù)，分別占常規(guī)大氣污染物減排潛力的33%和18%；節(jié)能技術(shù)推廣對SO2的協(xié)同減排效益明顯大于NOx與PM10，這是由于水泥行業(yè)SO2排放主要由燃料燃燒產(chǎn)生，而NOx與PM10排放包括燃料燃燒和水泥生產(chǎn)過程排放兩部分，本研究僅考慮了節(jié)能技術(shù)推廣對燃料燃燒排放部分的協(xié)同減排效果，并未考慮污染物終端治理技術(shù)。

盡管節(jié)能技術(shù)推廣對大氣污染物排放有一定的協(xié)同減排效果，但是節(jié)能情景下2015年水泥行業(yè)SO2和NOx排放量分別為15260 t和114989 t，較2010年仍有一定幅度的增長，無法實(shí)現(xiàn)SO2排放較“十一五”末減排8%[15]，NOx減排12%的目標(biāo)[19]，因此未來需要在河南省水泥行業(yè)大力推廣脫硫脫硝等終端治理技術(shù)措施。

表7 其他節(jié)能技術(shù)大氣污染物協(xié)同減排量

4 敏感性分析

節(jié)能成本直接受到折現(xiàn)率、能源價(jià)格等因素的影響，能源價(jià)格受地區(qū)與時(shí)間的影響會有一定幅度的變化，而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，折現(xiàn)率大小也定然會有一定程度的波動。將能源價(jià)格與折現(xiàn)率設(shè)定為一個恒定的值，必然導(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的不確定性。本研究就不同折現(xiàn)率與能源價(jià)格下的節(jié)能成本進(jìn)行敏感性分析。

4.1 能源價(jià)格

圖8 不同能源價(jià)格下節(jié)電技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.8 Energy-saving supply curve of the electricity-saving measures in different energy price

圖9 不同能源價(jià)格下其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.9 Energy-saving supply curve of the other energy-saving measures in different energy discount

本研究將能源價(jià)格分別上調(diào)與下降20%，進(jìn)而對節(jié)能成本進(jìn)行敏感性的分析，結(jié)果如圖8，9所示。由于低溫余熱回收發(fā)電、高效分類(節(jié)電技術(shù))和礦渣粉的生產(chǎn)(其他節(jié)能技術(shù))的節(jié)能收益接近于0，在能源價(jià)格(電價(jià))下調(diào)20%時(shí)，這三項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)不再具有投資吸引力，節(jié)電技術(shù)與其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能潛力將分別減少52%和1.5%左右。而由于高效的生料立磨及煤立磨粉磨技術(shù)節(jié)能成本相對較大，即使能源價(jià)格上調(diào)20%，也無法使這兩項(xiàng)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可行。

4.2 折現(xiàn)率

本研究選取折現(xiàn)率為4%和30%對節(jié)能成本進(jìn)行敏感性分析，如圖10、11。當(dāng)折現(xiàn)率為4%時(shí)，節(jié)電技術(shù)中，高效的立磨及煤立磨粉磨技術(shù)將會有5.96 元/MWh的收益，使得節(jié)電技術(shù)節(jié)能潛力有2%左右的增加，然而在折現(xiàn)率為30%時(shí)生料輥壓機(jī)過程控制、窯分級調(diào)速驅(qū)動、粉磨過程高效分類、低溫余熱回收發(fā)電和高效分類都將不再給企業(yè)帶來節(jié)能收益，節(jié)電技術(shù)節(jié)能潛力將有71%左右的大幅減少；其他節(jié)能技術(shù)中，折現(xiàn)率的降低對技術(shù)的篩選并不產(chǎn)生任何影響，而當(dāng)折現(xiàn)率升高到30%，預(yù)熱窯與分解窯的升級，回轉(zhuǎn)窯中預(yù)熱器多預(yù)熱階段與礦渣粉生產(chǎn)節(jié)能成本的升高將導(dǎo)致節(jié)能潛力約15%的減少。

圖10 不同折現(xiàn)率下節(jié)電技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.10 Energy-saving supply curve of the energy-saving measures in different discount

圖11 不同折現(xiàn)率下其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能供給曲線Fig.11 Energy-saving supply curve of the other energy-saving measures in different discount

5 結(jié) 論

經(jīng)過對河南省水泥行業(yè)節(jié)能潛力及協(xié)同減排效果的分析預(yù)測可得以下結(jié)論：

河南省水泥行業(yè)能源消費(fèi)、碳排放與大氣污染物排放量將在未來兩年內(nèi)達(dá)到峰值，之后逐漸減少，到2030年能源消費(fèi)量將達(dá)到613～920萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，碳排放量為6702～7876 萬t，SO2排放量8985～12975 t， NOx排放量為82735～95172 t，PM10排放量為65202～75428 t。

河南省水泥行業(yè)2030年節(jié)能潛力為307 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)電技術(shù)與其他節(jié)能技術(shù)節(jié)能潛力分別占93.22%和6.78%。其中，低溫余熱回收發(fā)電技術(shù)與輥壓機(jī)球磨機(jī)聯(lián)合粉磨技術(shù)為節(jié)能潛力最大的節(jié)電技術(shù)，節(jié)能潛力占節(jié)電技術(shù)節(jié)能潛力的60%左右；熟料替代與燃料替代是其他節(jié)能技術(shù)中節(jié)能潛力最大的技術(shù)，節(jié)能潛力占47%左右。

2030年CO2、SO2、NOx、PM10減排潛力分別為1174 萬t、3991 t、12437 t、10225 t，主要是由其他節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)的。其中熟料替代與燃料替代所帶來的減排效果最為明顯，對CO2與三種大氣污染物減排潛力占總減排潛力的45%和50%左右。

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Analysis of Potential Energy-Saving and Co-benefits on Emission Reduction in Henan's Cement Industry

TIANLu-lu,WANGShan-shan,WANGKe,YUEHui,WANGYi-xin,LIULei,ZHANGRui-qin

(College of Chemistry and Molecular Engineering & Environmental Science Research Institute,Zhengzhou University,Zhengzhou 450000,China)

Cement industry is a traditional energy-intensive industry in Henan Province,which emits a lot of air pollutants.In this article,the economically feasible measures were selected by using energy-saving supply curve method from 31 energy-saving measures,and then the potential of energy-saving and emission reduction were forecasted under different scenarios in 2030 in Henan's cement industry.The results show that (1)In energy-saving scenario in 2030 energy consumption in Henan's cement industry will reach 6.13 million t of coal equivalent,and the energy-saving potential are 306 million t of coal equivalent compared to the baseline scenario.The energy-saving potential of the electricity-saving measures and energy-saving measures contribute to 93.22% and 6.78% respectively,in which low temperature heat recovery for power generation and high pressure roller press for ball mill pre-grinding are the most electricity-saving measures,and blended cement replacement and use of alternative fuel are the most energy-saving measures.(2)In energy-saving scenario the emissions of carbon CO2,SO2,NOxand PM10in energy-saving scenario in 2030 will be 67.02 million t,9 thousand t,82.7thousand t,and 65.2 thousand t respectively.The potential of emission reduction 11.74 million t,4.0 thousand t,12.4 thousand t,and 10.2 thousand t in which blended cement replacement and use of alternative fuel have the most reduction potential.

cement industry;energy-saving supply curve method;energy consumption;carbon emission

美國能源基金項(xiàng)目(G-1410-22231)

田璐璐(1990-)，女，碩士研究生.主要從事節(jié)能減排方面的研究.

張瑞芹，教授

TQ172

A

1001-1625(2016)12-3915-10