中国水泥工业节能减排的潜力及发展战略

中国水泥工业节能减排的潜力及发展战略崔源声建筑材料工业技术情报研究所1.水泥工业的基本现状2009年，中国水泥的产量已经达到了16.5亿吨,而2009年全世界水泥的产量预计只有29亿吨左右。可以说，几乎世界水泥的一半以上在中国。尽管目前国家已经采取了控制措施，水泥产量的增长势头似乎还没有达到顶点。全国人均产量约1.2吨。许多发达省份已经人均1吨半到2吨以上，人均累计量也达到10吨以上。发达国家在20世纪70年代达到此数字时已经开始进入饱和状态。中国水泥的迅猛发展，在世界水泥史上是绝无仅有的。如此众多的水泥，在满足经济建设的同时，也消耗了大量的不可再生的天然资源和能源，加重了本来就十分脆弱的环境负荷，水泥企业的效益也每况愈下，度日艰难，四处寻求战略投资伙伴。水泥过量，是好是坏，众说纷纭。•从保护环境，节约资源和能源，倡导可持续发展的角度，以及提高水泥企业的经济效益等方面看，减少水泥的产量，提高水泥和建筑物的质量应该是当务之急。•中国为什么对水泥的需求如此之大，基本原因有两个：一是森林匮乏，森林的覆盖率低（18%左右），不能像过去老祖宗或欧美发达国家那样，住宅大多数采用木结构。二是建筑物平均寿命低，只有30几年，比发达国家要少2到3倍。三是基础设施薄弱，需求潜力巨大。•因此，中国不得不生产更多的水泥以满足市场的需求，以数量取胜。从可持续发展的角度看，我国水泥工业这种非常规发展状态既不符合企业和行业的近期利益，也不符合国家和民族的长远利益。2.从工艺和装备改进的角度看节能减排的潜力•2.1中国能源消耗的现状•中国是当今世界第二大能源消费国（见表1），按照过去２０年来中国经济的发展速度，２０１５年以前，中国对能源的需求预计将以每年４％～５％以上的速度增长。•以这种速度，到２０２５年，中国将超过美国成为世界上最大的能源消费和温室气体排放国家（据报道，2006年中国的温室气体排放已经超过美国）。•中国的常规能源煤炭、石油、天然气都存在枯竭的危机；而且由此而来的环境污染问题也日益严重，亟须得到控制。表1全国能源消费总量年份200120022003200420052006总量（亿吨标煤）11．713．8716．0318．4620．622.1增速（%）8.418.511.015.29.57.3GDP增长（%）7.38.09.19.59.910.7资料来源：国民经济和社会发展统计公报，国家统计局2.2水泥工业能源消耗在国家能源消耗中的比重由于企业缺乏具体的日常的能源统计数字，因此企业和国家的统计数字也大多是只有总量，然后再分摊到单位产品去计算。从国家对水泥制造业公布的能源消费总量数字来看，水泥行业2005年的燃料消耗水平在1.57亿吨标准煤左右（见表2），2009年为1.7亿吨左右。表2.2005年中国水泥工业的总能耗比重国家总能耗(亿吨标准煤)水泥的标准煤耗(亿吨标准煤)水泥工业的标准煤耗占国家总能耗的百分比20.61.577.6从表2中可以看出,水泥工业的燃料消耗在国家总能耗中的比重在7%以上。水泥的综合能耗包括了电耗，这部分电耗产生的二氧化碳不包括在水泥工业的直接排放计算中。过去10年来水泥工业消耗能源的情况见表3。表3水泥制造工业估计的能量消耗年1995200020012002200320042005（估计）水泥产量（百万t）475.915976647258629701064煤耗（百万t标煤）83.31100.31104.33117.74137.23151.32157.38热耗（kgce/t熟料）(NSP窑)133128125122119116110电耗（kWh/t水泥）10410210110010099100综合能耗（kgce/tcement）175168157162159156148资料来源:曾学敏,中国水泥协会2.3水泥工业的CO2排放估算根据国家能量消耗及水泥工业的能量消耗比重,计算出相应的CO2的排放情况,见表4。根据估算，2005年中国水泥工业的CO2的排放量约为8亿吨，基本和熟料产量相同。2006年的排放量如果熟料的产量为9亿吨，则CO2的排放量也接近9亿吨。2009年熟料10亿吨左右，也排放10亿吨CO2。2007年的熟料系数为0.7左右，则熟料产量也在9.52亿吨左右，CO2的排放量也差不多是这个数量。2009年熟料系数0.65。表4中国水泥工业2005年CO2排放的估算比例消耗的标准煤(亿吨)排放的CO2(亿吨)备注全国20.649.44按每公斤标准煤排放2.4公斤CO2计算。水泥工业综合能耗，包括熟料煅烧，原料烘干和电耗1.573.77包括来自电耗的间接CO2排放水泥工艺过程中碳酸盐分解产生的CO2,8x0.53434.27按每吨熟料排放0.5343吨CO2计算合计8.04直接排放应减去电耗的间接排放。结果应少于8亿吨。根据2006年的熟料产量，按国际上的大致估算方法，一吨熟料排一吨二氧化碳计算，如果熟料系数取0.7,则2006年的排放大致在8.68亿吨。占国家比例%15约为国际上的统计数字5%的3倍2.4水泥工业的能量效率不同窑型的能量消耗和能量效率差异比较大。根据水泥协会提供的统计数据（见表5），中国目前的几种窑型的热效率在17%到55%之间。比较好的窑外分解窑可以达到55%的热效率，而比较差的老式干法中空窑、湿法窑和普通立窑，热效率有的甚至不到20%。节能减排的首要任务看来是要尽快淘汰这些落后的生产能力。目前，这些落后的生产能力还占有整个国家水泥生产能力的一半左右。表5中国不同水泥窑的热效率窑型预分解窑预热器窑老式干法余热发电中空窑湿法窑老式干法中空窑立波尔窑机械立窑普通立窑热耗（kJ/kg）32604013543458527942409641805434热效率（%）50-5537-4429-3528-3517-2638-4232-4030熟料能耗（kgce/t）110137185200271140143186指数11.251.681.822.461.271.301.69资料来源:曾学敏,中国水泥协会2.5能效提高的潜力•由于没有确切的统计数字，我们只能根据如下几种数据来源计算能效改进的方法：•(1)根据国家发改委副主任张晓强（2005-6-27）的报告，目前中国的综合能源效率平均为33%。水泥工业如果也在此水平，则水泥工业未来的改善余地，即整体达到全国新型干法水泥的能效55%的最好水平，还有22%的改进空间。从表5可以看出，能效改进范围将基本是在立窑和新型干法窑之间进行。按2005年8亿吨熟料计算，则全行业完全实现55%的能效时，仅熟料烧成热耗一项，每年就可以节约标准煤约计（8x0.143–8x0.110=0.26亿吨标煤），相应地减排CO2为：•0.26亿吨x2.4=0.62亿吨•这个目标估计有可能在5年后实现。•(2)根据国家发改委发布的“十一五”（2006—2010）规划要求，水泥工业未来5年的节能目标为，水泥熟料热耗从130公斤标煤减低到110公斤标煤。•按以上每年的熟料产量计算，节约的能源也基本相同。节能率为15%左右，每年要减少熟料煤耗3%以上。计算的标煤节省量为：•8x0.130–8x0.110=0.16亿吨标煤•相应地减排CO2为：•0.16亿吨x2.4=0.384亿吨•(3)中央政府的计划是，在“十一五”（2006—2010）期间，每万元GDP产值的能耗要降低20%，每年降低4%，已经作为各级政府考核的目标，正在层层落实。•由此看来，中国水泥工业今后5年的能效改进在20%以上是可以达到的。这样，目前每年消耗的1.57亿吨的标煤，有可能在5年内由于效率的改进而减少到1亿吨标煤左右。•（4）利用余热发电来改进能源效率。目前国内的技术可以发电30到35kWh/kg熟料。每度电按排放0.9公斤CO2计算（0.380x2.4=0.9kg），则全行业若有一半的企业利用此项技术，按4亿吨熟料计算，可以减少CO2排放：4x30x103x0.9x10-3=0.108亿吨。••当然，余热发电在一定时期内是否仍可以作为一项可以继续发展的节能选择技术，还要看水泥工艺的技术变革和企业的实际需要。仅就目前的发展势头推断，此项措施在5到10年内仍有可能对节能减排有加倍的贡献潜力。•（5）工艺过程长期的能效改进潜力•根据熟料烧成的理论热耗计算和节能设备改进的推断，以及发达国家在未来20年里技术进步对水泥工业节能的要求，我们可以看到，中国即便是通过各种工艺技术和设备措施实现节能20%以上的目标，仍有20%甚至更多的能效有待改进。•因为目前的水泥技术和工艺水平，较好的能效水平只有55%左右。未来远景潜力仍有待挖掘，这部分节能和减排的数量现在还不好计算。•从以上分析，可以大致推断，仅从工艺的角度，中国水泥工业在今后5到10年内，由于技术进步，包括工艺和装备改进，能效有提高20—40%的潜力，相应的CO2排放也可以减少20到40%，即按8亿吨的熟料计算，有1.6到3.2亿吨CO2的减排潜力。3.从扩大工业废弃物利用的角度看水泥工业的节能减排•中国目前拥有各种适合于做水泥原料和混合材的工业废弃物大约10亿吨。包括高炉矿渣，1.2到1.5亿吨；粉煤灰等燃煤产品，3到4亿吨；煤矸石，2亿多吨；钢渣，0.5亿吨；电石渣和赤泥等，1亿多吨；还有其他工业废渣和尾矿等。•2004到2005年，这些工业废弃物在水泥工业上已经应用了2.4到2.5亿吨，进一步利用这些废弃物的潜力还相当大。•特别是和混凝土行业一起来利用这些工业废弃物，包括大力发展混合水泥，把工业废弃物从目前利用的基础上，再提高一倍，达到5亿吨的水平，则水泥熟料还可以减少2.5亿吨的产量，CO2也可以减少差不多相同的数量。•根据国际上最新的发展趋势，EMC水泥利用废渣的潜力甚至可以达到50%到70%以上。•特别是和混凝土行业一起来利用这些工业废弃物，包括大力发展混合水泥，把工业废弃物从目前利用的基础上，再提高一倍，达到5亿吨的水平，则水泥熟料还可以减少2.5亿吨的产量，CO2也可以减少差不多相同的数量。•根据国际上最新的发展趋势，EMC水泥利用废渣的潜力甚至可以达到50%到70%以上。4.从生活废弃物作为AFR的角度看节能减排的潜力•据国家环境保护总局历年公布的《中国环境状况公报》显示，1999年，全国工业固体废物产生量7.84亿吨，2005年为13.4亿吨,全国工业固体废物综合利用量为7.7亿吨，综合利用率为56.1%，与上年基本持平。•中国现有668个城市。据专家统计，三分之二的城市被垃圾环带包围。垃圾仍以每年5%到10%的速度增长。•目前，中国市政垃圾每年产生量约1.5亿吨，历年垃圾堆存量已高达６０亿吨。根据国家环保总局预测，2010年我国城市垃圾年产量将为1.52亿吨，2015年和2020年将分别达到1.79、2.1亿吨。•1.5亿吨的市政垃圾，如果按5000kJ/kg的平均热值计算，垃圾的能源总量相当于7500x108MJ。核算标准煤为2.563x107吨,几乎可以替代目前中国水泥工业能耗的1/5，减少二氧化碳的排放量也接近1/5，约1.6亿吨。•中国的生活垃圾在水泥窑的协同处理方面基本上还是个空白，只有部分研究院所和水泥厂进行过试烧。德国在水泥窑利用废弃物（包括生活垃圾）替代原料和燃料(AFR)的比率全国平均今年有可能达到50%，个别水泥厂已经达到80%。•欧美发达国家在水泥窑处理包括生活垃圾在内的废弃物已经有20多年的成功经验。我国的主要问题是生活垃圾还没有分类收集，混合垃圾无法得到有效利用。发达国家生活垃圾分类是从每个家庭开始的，社会化收集体系完备，为水泥窑协同处理奠定了良好的基础。•目前，Holcim公司在泰国进行的水泥窑焚烧市政垃圾实验有可能成为中国学习的样板。•因为，中国的市政垃圾和泰国类似，都是没有经过分检的混合垃圾。•水泥窑烧未分检的家庭混合垃圾，世界上还没有成功的样板，既有技术问题，也有政策配套问题。•但是，我们相信只要有国家政策支持，社会各方面共同努力，水泥窑协同处理家庭混合垃圾的技术问题是可以解决的。•目前，Holcim公司在泰国进行的