碳中和目標下海螺碳減排在行動

摘 要：水泥行業(yè)是二氧化碳排放大戶，減排任務艱巨。圍繞水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放源，結合海螺在碳減排方面做的實例，從提高能源利用率、采用替代燃料、富氧助力水泥熟料煅燒、水泥窯煙氣二氧化碳捕集利用等方面闡述水泥窯二氧化碳減排技術發(fā)展方向。

關鍵詞：水泥行業(yè)；碳中和；碳減排技術

0 引言

面對日益嚴峻的氣候變化形勢，關于碳中和的行動舉措已經(jīng)被多個國家列入了發(fā)展行動計劃。2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話提出，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達峰，進而實現(xiàn)碳中和。2019年中國二氧化碳年排放量約100億噸，占世界二氧化碳年排放量的30%，其中水泥行業(yè)排放約13.2億噸，占全國工業(yè)企業(yè)二氧化碳總排放量的15%，二氧化碳減排任務艱巨。本文介紹了水泥企業(yè)的排放及海螺在碳減排領域的舉措。

1 水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放

按照二氧化碳排放來源，水泥生產(chǎn)企業(yè)二氧化碳排放可分為直接排放和間接排放。直接排放主要是生料中碳酸鹽分解和各種燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放，排放主要集中于水泥熟料燒成工序；間接排放主要是各工藝過程電力消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放，排放主要集中在火力發(fā)電廠。根據(jù)相關計算推算，水泥企業(yè)二氧化碳排放中直接排放約占總排放的98%，間接排放僅占2%。

2 二氧化碳減排技術在海螺的應用

針對水泥生產(chǎn)企業(yè)，碳減排主要途徑有：一是技術性減排，即通過改善工藝優(yōu)化指標、使用替代原燃料、添加礦化劑降低熟料燒成溫度、利用水泥窯余熱進行發(fā)電、新能源技術、水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化、提高熟料品質量以及強化生產(chǎn)管理；二是市場與產(chǎn)業(yè)政策結合減排，即通過淘汰落后產(chǎn)能等手段進行碳減排。結合上述二氧化碳減排途徑及相關實例，多角度闡述二氧化碳減排技術在海螺的應用。

2.1 提高能源利用率

新型干法水泥生產(chǎn)線的熱耗主要來自熟料煅燒；電耗主要包括原料開采及均化，生料制備，熟料煅燒，煤粉粉磨，水泥粉磨、輸送及包裝等。以海螺CZ公司3#線項目載體，開展生產(chǎn)線綜合能效提升研究，生料粉磨系統(tǒng)更換為輥壓機終粉磨系統(tǒng)達到降低電耗目的，預熱器系統(tǒng)采用低阻旋風筒和管道式分解爐、新型隔熱納米耐火材料，提高系統(tǒng)的換熱效率、生料的分解率以及降低設備表面的散熱量；優(yōu)化風管設計，降低阻力損失；窯主電機更換為交流變頻電機，篦冷機整體新型高效第四代篦冷機，提高熟料冷卻效率和熱回收效率；冷卻風機群更換為變頻高效風機，降低電耗。

通過以上技術方案的實施，系統(tǒng)標煤耗較改造前降低約10kg/t.cl，熟料綜合電耗較改造前降低約10kwh/t.cl，按照年產(chǎn)熟料200萬噸，則全年減少二氧化碳排放約67500噸，若該項技術在海螺集團全面推廣，年減排二氧化碳約850萬噸。

2.2 采用替代燃料

根據(jù)“循環(huán)經(jīng)濟”和“綠色能源低碳化”的理念，針對海螺ZL公司生產(chǎn)線替代燃料的不同種類，進行資源化處理。通過研究生物質替代燃料的物理特性、燃料特性及污染物排放特性；通過CFD模擬等手段對生物質替代燃料使用后對分解爐工況參數(shù)進行模擬分析，提出生物質替代燃料技術應用的最佳技術方案，開發(fā)生物質替代燃料系統(tǒng)，降低煤炭資源的消耗，達到能源結構綠色低碳化的創(chuàng)新目標。

海螺ZL公司替代燃料項目總規(guī)模為30萬t/a，項目已于2020年10月建成投產(chǎn)，根據(jù)當?shù)靥娲剂腺Y源情況，每年可消納稻草、油菜桿及樹皮總計26萬噸，年節(jié)約標煤7.5萬噸，年減排二氧化碳20萬噸。該項技術若在海螺集團全面推廣應用，年節(jié)約標煤1080萬噸，年減排二氧化碳約2800萬噸。

2.3 選用替代原料

水泥熟料生產(chǎn)的主要原料是石灰石礦，主要成分是碳酸鹽，其分解過程中CO₂產(chǎn)生量約為占水泥生產(chǎn)企業(yè)二氧化碳排放的65%。通過對替代原料成分、生料配料最佳摻量等研究，選擇部分替代原料，可降低最低共熔點溫度，進而降低系統(tǒng)能耗。海螺LP公司采用黃磷渣配料，煅燒溫度降低，噸熟料煤耗下降1.5kg，通過采用電石渣、粉煤灰、硫酸渣等工業(yè)廢料替代部分原料，既減少了礦山的開采量又降低了二氧化碳的排放。

2.4 充分回收利用水泥窯余熱

在熟料生產(chǎn)過程中，由預熱器出口和篦冷機排出的廢氣余熱約占熟料燒成熱耗的33%。海螺水泥生產(chǎn)企業(yè)配套建設余熱發(fā)電系統(tǒng)，利用預熱器出口和篦冷機中段出口的廢氣余熱進行發(fā)電，并將這些電能用于企業(yè)生產(chǎn)，減少外電的采購量，實質上減少了燃煤發(fā)電廠的煤的用量，間接的減少了二氧化碳排放；同時利用發(fā)電鍋爐后的廢氣余熱進行物料的烘干，減少烘干物料所用的燃料，海螺全年余熱發(fā)電的電量約為87億千瓦時，水泥企業(yè)用電量大幅減少，則全年減少二氧化碳的排放約790萬噸。

2.5 富氧助力水泥熟料煅燒

采用高于普通空氣的助燃氣體，有利于入窯爐煤粉的充分燃燒，海螺在充分調(diào)研制氧技術發(fā)展現(xiàn)狀和研究利用富氧對水泥熟料煅燒產(chǎn)生影響的基礎上，以海螺CZ公司2#線為項目載體實施富氧燃燒技術，制取富氧代替一次風和窯爐送煤風，助力煤粉的燃燒，提到火焰的強度和窯內(nèi)溫度。

項目于2020年9月建成投運，根據(jù)測試熟料燒成系統(tǒng)標煤耗較技改前降低約6kg/t.cl，按照年產(chǎn)熟料200萬噸，則全年減少二氧化碳的排放約31000噸。若該技術在海螺集團全面推廣，年節(jié)約標煤約150萬噸，年減排二氧化碳約370萬噸。

2.6 水泥窯煙氣二氧化碳捕集利用

國際能源署發(fā)布2020年水泥行業(yè)技術路線圖，預計到2050年，水泥行業(yè)通過采取其他常規(guī)碳減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。二氧化碳捕集利用是水泥等行業(yè)難以減排行業(yè)實現(xiàn)凈零排放為數(shù)不多的可行性技術方案。目前，二氧化碳捕集利用技術在水泥行業(yè)的可行性已經(jīng)得到驗證，海螺于2018年建成世界首條水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化示范項目，規(guī)模為50000噸CO₂/年，實現(xiàn)了二氧化碳資源化利用。下一步將加大二氧化碳捕集利用技術和高附加值二氧化碳衍生產(chǎn)品的研發(fā)投入，爭取在“十四五”期間建成水泥廠全規(guī)模二氧化碳捕集利用示范項目，為水泥行業(yè)碳減排起示范引領作用。

2.7 新能源技術開發(fā)應用

為加速推進新能源業(yè)務發(fā)展，提升增長動能，滿足綠色發(fā)展需要。海螺集團全資成立海螺投資公司，聚焦新能源、新材料等新興產(chǎn)業(yè)。目前已利用建構筑物屋頂及空地布局光伏發(fā)電，風能發(fā)電和儲能等產(chǎn)業(yè)，以實現(xiàn)減排任務。

公司光伏項目截止2020年底裝機量為130MW，累積發(fā)電量為2.79億度電，減排二氧化碳約25萬噸。在海螺某子公司建成分散式風電示范項目，裝機1.5MW，年發(fā)電量320萬度電，年減排二氧化碳約3000噸。同時在海螺某子公司開發(fā)建設了化學儲能示范項目，儲能電站裝機總容量12MW/44MWh，共實現(xiàn)電力峰谷轉移4000萬度，為實現(xiàn)能源梯級利用、合理利用發(fā)揮能量。

2.8 創(chuàng)建“三綠”工廠，進而實現(xiàn)碳匯

碳匯是指通過植樹造林、森林管理、植被恢復等措施，利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定在植被和土壤中，從而減少溫室氣體在大氣中的濃度。海螺每個工廠大力開展礦山覆綠、植樹造林等，廣泛創(chuàng)建綠色礦山、綠色工廠和綠色供應鏈，實現(xiàn)部分碳匯。

3. 總結

水泥行業(yè)是二氧化碳排放大戶，其排放主要來碳酸鹽的分解、燃料的燃燒和電力消耗。進一步在生產(chǎn)工藝碳減排（如替代原料、熟料替代技術等）、生產(chǎn)能耗碳減排（如替代燃料、富氧燃燒技術、高效粉磨、余熱發(fā)電等）、新技術碳減排（如水泥窯二氧化碳捕集利用）及新能源技術等方面加強技術研發(fā)力度，大力推廣應用節(jié)能減排技術實現(xiàn)水泥行業(yè)的節(jié)能減排減排目標，實現(xiàn)水泥行業(yè)綠色轉型發(fā)展，進而為達到碳中和目標做出積極貢獻。