基于水泥工業(yè)碳減排核算實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的研究
——以貴州省水泥產(chǎn)能節(jié)能減排為例

陳陽 李立凱 陳鵬

以貴州省水泥產(chǎn)能節(jié)能減排為例，分析了水泥行業(yè)通過技術(shù)性減排、市場調(diào)節(jié)、建立和完善碳排放管理體系等途徑減少碳排放，為去產(chǎn)能做好水泥常態(tài)化錯峰生產(chǎn)的措施和方法。以生態(tài)環(huán)境部《省級二氧化碳排放達(dá)峰行動方案編制指南》中的二氧化碳排放分析方法為原則，計算出水泥生產(chǎn)的二氧化碳排放達(dá)峰目標(biāo)，對于重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和中長期目標(biāo)具有重要意義。

水泥工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

進(jìn)入“十二五”時期，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，拉動水泥工業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)張，水泥工業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，推動結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)施“創(chuàng)新超前”發(fā)展戰(zhàn)略，推動科技創(chuàng)新進(jìn)步，提高發(fā)展水平，加快節(jié)能減排取得較大成效。但新水泥建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，產(chǎn)能不斷提高，市場結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的矛盾日益突出。貴州省在“十二五”期間開展了水泥行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改造，節(jié)能減排取得較大進(jìn)展。已全部淘汰能效低、環(huán)境污染大的立窯、濕法窯和干法中空窯等落后產(chǎn)能和工藝裝備，采用新型干法工藝生產(chǎn)水泥。加快推廣粉磨新技術(shù)、高能效燒成系統(tǒng)技術(shù)、大型高效袋式除塵技術(shù)等，水泥生產(chǎn)平均可比熟料綜合能耗小于115千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，水泥綜合能耗小于93千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。大型水泥熟料生產(chǎn)線采用脫硫脫硝綜合處理技術(shù)和高效袋式除塵設(shè)施等，降低了主要污染物的排放濃度和強(qiáng)度。2015年，工業(yè)能耗下降2.9%，水泥產(chǎn)量增長5.6%，廢氣處理能力下降21.9%，反映了工業(yè)節(jié)能降耗良好、水泥生產(chǎn)能力較大、工業(yè)大氣污染物控制能力需要加強(qiáng)的態(tài)勢。貴州省“十二五”水泥產(chǎn)量、工業(yè)能耗和廢氣治理能力見表1。

表1 貴州省“十二五”水泥產(chǎn)量、工業(yè)能耗和廢氣治理能力

目前，我國水泥行業(yè)仍然面臨一定程度的產(chǎn)量過剩、少數(shù)企業(yè)的水泥工業(yè)大氣污染物不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放或者超過重點(diǎn)污染物排放總量控制、超過水泥單位產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)、水泥生產(chǎn)智能化水平有待提高等問題。推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、削減產(chǎn)能、調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、錯峰生產(chǎn)是確保達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求和有效化解產(chǎn)能過剩的方法之一?！笆濉币詠?，貴州省現(xiàn)有85條新型干法水泥熟料生產(chǎn)線全部實(shí)行錯峰生產(chǎn)，有序化解過剩產(chǎn)能，通過產(chǎn)能“減量置換”等方式壓減部分低效產(chǎn)能，合理優(yōu)化生產(chǎn)力布局，積極促進(jìn)水泥行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。貴州省依托新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)改建水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、城市污泥等固體廢物的水泥熟料生產(chǎn)線23條，采用窯磨一體機(jī)模式，將除塵器等煙氣處理裝置收集的窯灰返回生料入窯系統(tǒng)，在線監(jiān)測窯頭、窯尾和頂級旋風(fēng)筒出口煙氣溫度、壓力、窯表面溫度和廢氣排放濃度，確保污染物排放達(dá)標(biāo)，形成替代燃料消耗、資源綜合利用的綠色建材生產(chǎn)格局。全省5年水泥產(chǎn)量共5.49億噸，其中，受疫情等因素影響，2020年第一季度水泥生產(chǎn)2 300萬噸，同比下降15%，二氧化碳年排放量減少132萬噸。貴州省年度水泥產(chǎn)量、二氧化碳排放量和減排量見表2。

表2 貴州省年度水泥產(chǎn)量、二氧化碳排放量和減排量

水泥行業(yè)發(fā)展的主要方向

“十四五”時期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，技術(shù)裝備水平不斷提高，水泥行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩問題基本解決，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率明顯提高，智能化、低碳化、綠色化發(fā)展水平不斷提高。貴州省將根據(jù)實(shí)際情況制定水泥工業(yè)低碳綠色發(fā)展路線。

第一，進(jìn)一步削減過剩產(chǎn)能，優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)，加快淘汰落后產(chǎn)能，促進(jìn)企業(yè)聯(lián)合重組，解決產(chǎn)能過剩問題，減少和消除過剩熟料產(chǎn)能。目前，嚴(yán)禁備案新建、新增水泥產(chǎn)能項(xiàng)目，暫停實(shí)際控制人不同的企業(yè)間水泥熟料產(chǎn)能置換。依法依規(guī)淘汰不達(dá)標(biāo)水泥熟料產(chǎn)能。強(qiáng)化依法行政和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，對經(jīng)整改達(dá)不到環(huán)保、能耗、安全、質(zhì)量等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求的熟料產(chǎn)能，依法有序關(guān)停與退出。

第二，開展水泥能耗、污染物排放對標(biāo)達(dá)標(biāo)，推廣節(jié)能技術(shù)和污染防治技術(shù)。通過水泥生產(chǎn)線球磨機(jī)粉磨改造，把進(jìn)球磨機(jī)粒徑控制在2毫米以下，并對球磨機(jī)內(nèi)部襯板、隔倉及分倉長度和研磨體級配進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，有效降低系統(tǒng)粉磨電耗；采用高壓擠壓料層粉碎原理，配以適當(dāng)?shù)拇蛏⒎旨壯b置，降低能耗；用富氧代替空氣助燃，改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和減少二氧化碳排放；采用熱回流和濃縮燃燒技術(shù)，減少常溫一次空氣吸熱量，通過二次空氣補(bǔ)償和加裝分焰器等，提高火焰梯度的燃燒強(qiáng)度，節(jié)能減排效果明顯；選擇和控制水泥生產(chǎn)的原（燃）料品質(zhì)，如合理的硫堿比，較低的N、Cl、F、重金屬含量等，應(yīng)用新型干法窯外預(yù)分解技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)、節(jié)能粉磨技術(shù)、原（燃）料預(yù)均化技術(shù)、自動化與智能化控制技術(shù)等，從源頭上削減污染物。安裝工藝自動控制系統(tǒng)，通過對生料及固體燃料給料、熟料燒成等工藝參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測（計）量與快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定，減少工藝波動造成的污染物非正常排放。研發(fā)微細(xì)粉塵（PM2.5）顆粒捕集、煙氣深度脫硫脫硝高效捕集及其集成協(xié)同控制技術(shù)與裝備等。

第三，推進(jìn)綠色發(fā)展，提升節(jié)能減排水平。繼續(xù)支持對現(xiàn)有企業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)改造，持續(xù)開展清潔生產(chǎn)。開發(fā)可燃廢棄物替代燃料技術(shù)和生物質(zhì)替代燃料技術(shù)，提高水泥窯替代燃料比例，降低水泥工業(yè)化石能源的消耗和二氧化碳的排放。實(shí)施水泥窯爐熱工效率提升行動，降低單位產(chǎn)品能源消耗和碳排放強(qiáng)度。開發(fā)水泥窯爐煙氣中二氧化碳分離、回收和利用技術(shù)。加快碳資產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)，著力提升水泥企業(yè)碳交易能力建設(shè)，穩(wěn)步推進(jìn)水泥企業(yè)加入全國碳排放權(quán)交易市場開展碳交易。

第四，加快實(shí)施智能化建設(shè)。結(jié)合水泥產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)資源計劃（ERP）、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等。推廣窯頭溫度檢測控制、窯尾喂料控制、筒體溫度檢測系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、窯磨模糊邏輯等控制技術(shù)。完善水泥生產(chǎn)單元可編程控制器（PLC）和分散式控制系統(tǒng)（DCS）計算機(jī)自動監(jiān)控和高效精準(zhǔn)調(diào)度的一體化系統(tǒng)。

堅持節(jié)能環(huán)保低碳綠色發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)碳達(dá)峰

“十四五”時期是我國建材行業(yè)提高質(zhì)量、創(chuàng)新發(fā)展、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的重要時期。在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新常態(tài)背景下，水泥產(chǎn)能過剩問題日益突出。因此，消除落后的生產(chǎn)能力，開拓新的需求，將產(chǎn)業(yè)鏈向高端拓展、向國外發(fā)展，已成為轉(zhuǎn)型升級的新趨勢。水泥行業(yè)是我國二氧化碳排放的重點(diǎn)行業(yè)，實(shí)現(xiàn)低碳減排十分重要。去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長、增效益已成為當(dāng)前水泥行業(yè)供給側(cè)改革的主要任務(wù)。

按照工業(yè)和信息化部與生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于進(jìn)一步做好水泥常態(tài)化錯峰生產(chǎn)的通知》的要求，2021年，貴州省所有水泥熟料生產(chǎn)線更加精準(zhǔn)、科學(xué)、有序推進(jìn)全省水泥企業(yè)的差異化錯峰生產(chǎn)。一是結(jié)合全省水泥企業(yè)節(jié)能減排措施和市場供求實(shí)際，堅持績效分級、差別化管理和控制，有序調(diào)整水泥窯停窯時間。在滿足市場有效供給的基礎(chǔ)上，實(shí)施更精確、更科學(xué)的錯峰生產(chǎn)，避免“一刀切”。通過差異化錯峰生產(chǎn)，促進(jìn)企業(yè)加快升級改造步伐，提升行業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和效益。二是加強(qiáng)管理和監(jiān)督檢查。省工業(yè)和信息化廳會同省生態(tài)環(huán)境廳負(fù)責(zé)督促各市（州）錯峰生產(chǎn)執(zhí)行情況，不定期開展督促檢查工作。對于不執(zhí)行行業(yè)規(guī)定、不守信用、不開展錯峰生產(chǎn)的企業(yè)，必要時進(jìn)行約談，拒不改正的要在下一年省級工業(yè)和信息化主管部門年度更新并公告的本地區(qū)水泥熟料生產(chǎn)線清單中注明，限制其生產(chǎn)線作為產(chǎn)能置換指標(biāo)交易。對未完成錯峰生產(chǎn)任務(wù)的企業(yè)，各地相關(guān)部門要督促其限期整改。三是省資源節(jié)約綜合利用協(xié)會和省水泥工業(yè)協(xié)會通過查看環(huán)境監(jiān)測、用電量數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)研等方法，掌握水泥企業(yè)執(zhí)行錯峰生產(chǎn)和節(jié)能減排情況，協(xié)助各市（州）工信部門及時協(xié)調(diào)解決相關(guān)問題，確保精準(zhǔn)錯峰、有序錯峰和有效錯峰。

以生態(tài)環(huán)境部《省級二氧化碳排放達(dá)峰行動方案編制指南》中的二氧化碳排放分析方法為原則，計算出水泥生產(chǎn)的二氧化碳排放達(dá)峰目標(biāo)?！笆奈濉逼陂g，貴州省水泥行業(yè)將通過技術(shù)性減排、市場調(diào)節(jié)、建立和完善碳排放管理體系等途徑減少碳排放。在繼續(xù)降低產(chǎn)能、淘汰落后產(chǎn)能和產(chǎn)能置換的基礎(chǔ)上，水泥年碳排放量將在0.81億噸后下降，噸水泥二氧化碳排放量0.68噸，同期減排二氧化碳38%，通過產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)的低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)施碳排放總量控制、行業(yè)碳排放標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目碳排放評價等相關(guān)制度，在國家統(tǒng)籌部署下，2025年實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)二氧化碳排放達(dá)峰目標(biāo)，預(yù)期在2060年前達(dá)到碳中和。

（1）技術(shù)性減排二氧化碳

通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)能源消耗管理、使用替代原燃料、余熱發(fā)電、水泥窯協(xié)同處置固體廢物、實(shí)行水泥行業(yè)強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)、提高熟料質(zhì)量和產(chǎn)品合格率等節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造減少碳排放。貴州省77戶水泥企業(yè)有序完成強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)審核，通過清潔生產(chǎn)無/低費(fèi)方案和中/高費(fèi)方案的實(shí)施，節(jié)能減排進(jìn)一步提高；使用的節(jié)能型變壓器、風(fēng)機(jī)水泵和變頻器等用能設(shè)備達(dá)到或優(yōu)于相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)能效限定值及能效等級中一級能效水平，提高能源效率；新型干法水泥熟料生產(chǎn)線98%采用了純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，在水泥回轉(zhuǎn)窯主機(jī)上裝置2臺余熱鍋爐（窯頭AQC鍋爐和窯尾SP鍋爐）和一臺汽輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了自用電量、降低水泥能耗和資源綜合利用；淘汰低標(biāo)號普通硅酸鹽水泥32.5標(biāo)號，生產(chǎn)和使用42.5標(biāo)號及以上水泥，優(yōu)化智能控制技術(shù)與裝備，提高熟料質(zhì)量和產(chǎn)品合格率；減少水泥工業(yè)大氣污染物排放，多數(shù)企業(yè)采用水泥窯氮氧化物減排組合技術(shù)，如節(jié)能型多通道低氮燃燒器、分解爐分級燃燒和選擇性非催化還原脫硝技術(shù)，氮氧化物削減效率達(dá)10%～40%，通過環(huán)保治污技術(shù)升級，推動水泥行業(yè)顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要大氣污染物達(dá)到超低濃度排放。水泥生產(chǎn)廢水包括熟料生產(chǎn)設(shè)備和水泥粉磨設(shè)備冷卻排污水、余熱發(fā)電鍋爐循環(huán)冷卻排污水等其他生產(chǎn)廢水，經(jīng)污水處理系統(tǒng)（過濾、沉淀、冷卻、活性污泥法、A/O法及反滲透吸附過濾等）后，全部用于水泥窯冷卻、噴灑粉塵、廠區(qū)綠化澆地及地面沖洗降塵、水泥罐車清洗等，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水利用，達(dá)到生產(chǎn)廢水零排放?？杀仁炝暇C合電耗和水泥綜合能耗分別達(dá)到小于等于56千瓦時/噸和小于等于88千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸國家標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)值，水泥窯及窯尾余熱利用的污染物排放二氧化硫和氮氧化物分別小于200毫克/立方米和400毫克/立方米的國家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）市場調(diào)節(jié)及建立健全碳排放管理體系

通過建立碳排放管理體系，嚴(yán)格執(zhí)行能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度的雙控制度，建立和完善碳排放總量和單位國內(nèi)生產(chǎn)總值減排目標(biāo)分解的實(shí)施制度，實(shí)施淘汰落后、錯峰生產(chǎn)、減量置換等壓減過剩產(chǎn)能手段進(jìn)行市場化與產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整的碳減排機(jī)制，切實(shí)鞏固削減產(chǎn)能過剩和減少碳排放的成果。進(jìn)一步實(shí)施節(jié)能減排和綠色發(fā)展工程，加快推進(jìn)水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、市政污泥等固體廢物能力，廢棄物按質(zhì)量要求添加到混凝土環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)和資源綜合利用，促進(jìn)水泥工業(yè)向綠色功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。開發(fā)研究水泥窯尾氣中二氧化碳的處理、捕獲和資源化利用技術(shù)，推廣水泥生產(chǎn)線全過程智能協(xié)同控制技術(shù)、生產(chǎn)智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、安全智能技術(shù)等綜合應(yīng)用。嚴(yán)格執(zhí)行通用水泥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)和大氣污染物排放等國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，將水泥行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系轉(zhuǎn)化為綠色生產(chǎn)評價標(biāo)準(zhǔn)體系，有效控制水泥生產(chǎn)全過程溫室氣體排放，率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的愿景。