水泥工業(yè)CO2 環(huán)境負(fù)荷及對(duì)策分析

劉 迪（遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110031）

1 引言

水泥工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是資源和能源消耗型產(chǎn)業(yè)，多年來一直是大氣污染重點(diǎn)行業(yè)。新型干法水泥工藝是目前世界上最先進(jìn)的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)更為明顯。盡管如此，由于其自身特性，其大氣環(huán)境負(fù)荷仍相對(duì)較高，作為最主要的溫室氣體的CO2更是水泥生產(chǎn)過程中的排放大戶，應(yīng)給予足夠的重視。

2 CO2 環(huán)境負(fù)荷分析

按水泥生產(chǎn)的生命周期考慮，CO2的環(huán)境負(fù)荷包括很多方面，除了水泥生產(chǎn)過程外，還包括水泥生產(chǎn)過程中消耗的煤和電力兩項(xiàng)能源在生產(chǎn)過程中的環(huán)境負(fù)荷，這里只考慮水泥生產(chǎn)過程中的環(huán)境負(fù)荷。

2.1 CO2 的來源

水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2主要來源于兩個(gè)方面：原料石灰石的分解釋放、煅燒水泥熟料所用的燃料（煤）燃燒釋放。

（1）碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2

眾所周知，碳酸鹽在高溫條件下分解不僅會(huì)產(chǎn)生水泥熟料必需物質(zhì)CaO，同時(shí)還產(chǎn)生CO2。石灰石中主要成分為碳酸鈣，不同礦山所產(chǎn)礦石的品位不同，能夠作為水泥熟料生產(chǎn)原料的石灰石品位應(yīng)在45%～48%以上，另外石灰石中還含有少量的碳酸鎂。在煅燒水泥熟料過程中，這兩種物質(zhì)都會(huì)分解，產(chǎn)生CO2。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：

（2）燃料燃燒產(chǎn)生的CO2

水泥生產(chǎn)過程中所用燃料分為熟料燒成用燃料和原料烘干用燃料，目前的新型干法水泥生產(chǎn)工藝采用窯尾余熱對(duì)原料進(jìn)行烘干，減少了因這部分燃料燃燒產(chǎn)生的CO2。

用于新型干法水泥熟料燒成的回轉(zhuǎn)窯熱源，主要由煤粉提供。

窯內(nèi)煤粉燃燒過程如圖1[1]所示。

圖1 窯內(nèi)煤粉燃燒過程

2.2 CO2 環(huán)境負(fù)荷計(jì)算方法

國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)及排放標(biāo)準(zhǔn)中尚未對(duì)CO2的排放進(jìn)行規(guī)定和限制，因此目前所有生產(chǎn)線的排放數(shù)據(jù)中都不包括 CO2的排放情況，這里采用理論計(jì)算法確定CO2的環(huán)境負(fù)荷。

燃料燃燒部分可采用熱量碳當(dāng)量法計(jì)算[2]，1J 熱量燃料的二氧化碳排放量相當(dāng)于8. 494 342×10-8kg。噸水泥釋放二氧化碳的總量是Q1和Q2 之和。

碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2：

燃料煤燃燒產(chǎn)生CO2：

式中：

Q1、Q2—CO2的排放量（kg/t）；

B1—原料石灰質(zhì)用量（kg/t）；

B2—燃料煤用量（kg/t）；

η1—原料中CaO 含量（%）；

η2—原料中MgO 含量（%）；

Qar—燃料煤的低位發(fā)熱值（kJ/kg）；

44—CO2分子量；

56—CaO 分子量；

40—MgO 分子量。

2.3 CO2 環(huán)境負(fù)荷案例分析

選擇5 家國內(nèi)有代表性的新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè)（簡稱為水泥A 廠、水泥B 廠、水泥C 廠、水泥D廠、水泥E廠）進(jìn)行CO2環(huán)境負(fù)荷案例分析。

根據(jù)上述計(jì)算方法和調(diào)研水泥企業(yè)情況，計(jì)算出調(diào)研企業(yè)生產(chǎn)單位功能水泥所引起的CO2環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，如表1 所示。

由表1 可見：目前新型干法水泥企業(yè)單位功能水泥所引起的CO2環(huán)境負(fù)荷在500 kg/t·產(chǎn)品左右。與同期粉塵、NOX、SO2相比，環(huán)境負(fù)荷最大且比較顯著。

3 降低CO2 環(huán)境負(fù)荷對(duì)策

表1 調(diào)研水泥企業(yè)CO2 環(huán)境負(fù)荷（kg/t·產(chǎn)品）

降低CO2的環(huán)境負(fù)荷對(duì)策主要有四方面：

（1）從提高生料的易燒性、提高燃燒器的效率、用可燃廢料作替代燃料等方面來降低熟料燒成熱耗[3-5]。

（2）采用替代原料降低石灰質(zhì)原料用量、在保證水泥熟料性能的前提下降低熟料組成中CaO含量[6-7]。

（3）將新型干法水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯窯尾和窯頭產(chǎn)生的高溫廢氣用于原料烘干和余熱發(fā)電[8]。

（4）通過CO2分離回收技術(shù)將其再利用，從而達(dá)到CO2的“零”排放[9]。

4 結(jié)語

通過采用理論計(jì)算法確定目前新型干法水泥企業(yè)單位功能水泥所引起的CO2環(huán)境負(fù)荷在500 kg/t 產(chǎn)品左右，與同期粉塵、NOX、SO2相比，環(huán)境負(fù)荷最大且比較顯著，應(yīng)引起重視并積極研究和開發(fā)降低其環(huán)境負(fù)荷的對(duì)策。

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