水泥行业碳减排潜力分析
2019-09-29 蛰伏的老张 易碳家

     水泥行业作为原国家发改委确定的首批纳入国家碳市场的行业（尽管目前仅电力行业纳入首批），但就其碳排放总量和行业的碳排放核算、核查的技术方法的成熟度而言，水泥行业具备进入全国碳市场的成熟途径。因此，了解水泥企业碳减排潜力和碳减排途径，对于水泥企业后续进入全国碳市场具有深远的意义。​
 

一、目前水泥行业的主要减排途径：

    1）主要减排路径还是集中在能耗（热耗和电耗）的优化，包括：

1、降低熟料烧成热耗（采用高热值煤炭、降低预热器阻力）
2、提升AF（可替代燃料）/TSR（可替代衍生燃料）的替代率
3、现场风机、空压机能效提升
4、磨机改造与优化
5、窑系统漏风治理
6、余热发电系统优化与发电量提升
7、工艺优化（避免过度粉磨与过度煅烧等）
2）非主动性选择可替代原料。对于替代原料，水泥工厂一般更多的从生产成本上去考虑，结合区域可替代原料（磷石膏、钢渣、电石渣、脱硫石膏、污泥、建筑垃圾等）的来源，采用“被动”方式使用可替代原料。由于现阶段工艺过程排放的稳定性，除非碳定价会对生产成本产生较大影响，否则水泥工厂对该种方案的选择永远处于被动。
二、减排潜力分析
基于原NDRC 2013-2015年水泥行业碳排放数据分析，熟料环节（从原料进厂到熟料进入熟料库底止，具体与水泥单位产品能效定额GB16780一致），行业的吨熟料CO2排放量约860kg/t（不考虑海拔修正），考虑到十三五周期内水泥行业能效提升及碳排放统计数据准确性的提升（各省市的碳排放建设能力提升、统计口径优化等），假定吨熟料CO2排放量为850kg/t熟料。
表1   GB16780熟料环节能耗限额新旧标准对标
GB16780 生料加工电耗 熟料烧成工段电耗 熟料烧成工段煤耗 备注
2012版本（新建企业） 18.5kwh/t 60.75 108kgce/t 假定生熟料消耗比1.5，生料加工电耗18.5，熟料工段电耗33
2019征求意见（2级） - 48.82 105.7kgce/t  
基于原NDRC发布的水泥行业温室气体核算指南，假定国内水泥企业吨熟料余热净发电量为30kwh/t熟料，所有的化石燃料均以烟煤核算，以GB16780-2012新建企业的能耗限额为标准，估算吨熟料工业过程排放：
化石燃料排放量=108*7000*4.1816*26.18*44/12*0.98/1000000=297.39kg,
电力排放量=（60.75-30）*0.6101=18.76kg ，
估算工业过程排放量=850-297.39-18.76=533.85kg。
再基于G16780-2019征求意见稿，在不考虑工业过程排放变化的前提下，所有水泥企业全部达到2级能效限额的基础上，核算吨熟料CO2排放量：
化石燃料排放量=291.06kg
电力排放量=11.48kg
吨熟料CO2排放量=533.85+291.06+11.48=836.39kg
减排效率=（850-836.39）/850=1.6%，以行业14亿吨熟料产量核算，即所有的水泥企业能耗分分步能耗均能达到新GB19780 二级标准要求，产生的
年减排总量=（850-836.39）/1000*14=1905.4万吨，相当于淘汰熟料产能约2200万吨。
三、后续碳减排途径分析
若GB16780-2019方案落地，现有企业达到2级能耗限额，且碳成本将对生产成本产生较大影响的前提下，可选择的减排方案：
1）考虑使用更优质的煤炭（除非碳价高的离谱，一般企业不会选择）或者大幅度提升替代燃料的替代率。

燃料品种

单位热值含碳量（tC/TJ）

燃料碳氧化率（%）

每供应1Kcal热量对应的CO2排放(kg)

假定吨熟料热耗740kcal，吨熟料化石燃料排放（kg)

吨熟料生产因燃料品种，增加CO2量（以烟煤为基准）-kg

无烟煤

27.40

98

0.412

304.66

14.45

烟煤

26.10

98

0.392

290.21

0.00

褐煤

28.00

98

0.421

311.34

21.13

洗精煤

25.40

98

0.382

282.43

-7.78

其他煤制品

33.60

98

0.505

373.60

83.39

石油焦

27.50

98

0.413

305.78

15.57

焦炭

29.50

98

0.443

328.02

37.81

RDF

现有温室气体量化指南中均不核算RDF产生的碳排放，属于正向贡献
2）考虑使用更多的替代原料。熟料中CaO绝对值下降1%，吨熟料CO2减排7.86kg,MgO绝对值下降0.1%，吨熟料CO2减排1.1kg。还记得粉煤灰的故事嘛？当年粉煤灰求着别人拖走，现在的粉煤灰都是爹了。所以，需求决定了价格，且国家强力治超，水泥原材料的输送半径范围决定了成本，加上本身的水泥生产区域性，都决定了使用更多的替代原料，并不可持续。
3）考虑碳捕集及后续商业化。目前国内CCUS最多的还是热电企业，集中在华能等大型央企集团，水泥业内只有海螺和亚泥有尝试。富养燃烧后捕集，用于食品制造、化肥制造等均可以实现。国际上也在研究CO2提纯后再生CaCO3,但还未见工业应用。业内CCUS的实施，主要还是集中在靠近油田，用于驱油或者深地质封存。最近，中国的准格尔项目，与挪威石油牵头的北光项目、壳牌牵头的鹿特丹项目、美国墨西哥湾项目以及BP英国提赛德项目，被纳入油气行业倡议组织OGCI部署的五个CCUS产业中心。考虑到CO2输送管道距离及泄露的风险，不具备深地质条件的水泥工厂很难实施CCUS。CCUS应该是集中了商业、工业技术和自然条件等诸多因素后的CO2减排运用。近期大规模应用于水泥行业的可能性较小。
综上，在水泥制造工艺不发生重大变化，石灰石不具有较高程度替代的前提下，大力发展水泥窑协同处置，提升化石燃料的替代率，是目前水泥行业碳减排的最佳出路。当然，达到GB16780最新能耗限额标准是最低要求，也是企业必须遵守的红线。
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