水泥行業(yè)二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)—以貴陽市為例

王 密 張鐵軍 何謀軍

（1. 貴陽市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站；2. 貴陽市委辦公廳，貴州貴陽 550001）

水泥行業(yè)二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)—以貴陽市為例

王 密1張鐵軍1何謀軍2

（1. 貴陽市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站；2. 貴陽市委辦公廳，貴州貴陽 550001）

本文從水泥行業(yè)二氧化碳的排放統(tǒng)計(jì)出發(fā)，研究二氧化碳排放的重要影響因素、二氧化碳排放的指標(biāo)體系，從而得出一套水泥行業(yè)二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)的核算方法。以貴陽市為例，從三種不同活動(dòng)水平的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)水泥行業(yè)生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的CO2排放量進(jìn)行估算比較，驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)核算方法的有效性，為貴陽市乃至全國水泥行業(yè)CO2的減排提供一個(gè)可行的科學(xué)依據(jù)。

二氧化碳；水泥行業(yè)；排放統(tǒng)計(jì)；貴陽

上世紀(jì)90年代以來，防止全球變暖和控制溫室氣體排放已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的問題。但我國對(duì)建材工業(yè)，尤其是水泥行業(yè)二氧化碳排放的嚴(yán)重性還缺乏認(rèn)識(shí)，沒有給予應(yīng)有的重視。進(jìn)入21世紀(jì)來我國為人類應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)制定相應(yīng)的國內(nèi)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、考核辦法以及相應(yīng)的政策措施和行動(dòng)，曾發(fā)布《中國應(yīng)對(duì)氣候變化國家方案》，明確了到2010年中國應(yīng)對(duì)氣候變化的目標(biāo)和基本原則。國家對(duì)此也逐步開展了相關(guān)研究，特別是在一些排放二氧化碳的重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域逐漸深入探討。

1 水泥行業(yè)二氧化碳排放的影響因素分析

1.1 水泥行業(yè)生產(chǎn)工藝流程

水泥生產(chǎn)主要分以下7個(gè)環(huán)節(jié)：1）原料的破碎及預(yù)均化；2）生料制備；3）生料均化；4）預(yù)熱分解；5)水泥熟料的燒成；6）水泥粉磨；7）水泥包裝。目前水泥行業(yè)生產(chǎn)主要有兩種工藝，一種是是傳統(tǒng)的濕法生產(chǎn)水泥工藝，一種是現(xiàn)在推廣的新型干法生產(chǎn)水泥工藝，其中濕法生產(chǎn)過程可分為：熟料制備、熟料煅燒、水泥粉磨及包裝三個(gè)階段，新型干法在生料制備上還是沿用濕法，不考慮設(shè)予均化堆場(chǎng)，在原料配料及摻渣中充分考慮廢物循環(huán)利用、降低對(duì)環(huán)境的影響，使得有害充分低，硫比例適當(dāng)，滿足濕磨干燒生產(chǎn)要求，不采用旁路通風(fēng)措施。新型干法（濕磨干燒）水泥生產(chǎn)工藝如下：

1.2 水泥行業(yè)二氧化碳排放的主要影響因素

從水泥行業(yè)生產(chǎn)工藝流程可以看出，水泥生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生水汽和氧化亞氮，更為顯著的是二氧化碳。其中熟料燒成階段是工藝的核心部分，熱能和電能的消耗絕大部分都集中在這部分，也是二氧化碳排放的主要環(huán)節(jié)。由此可知，水泥生產(chǎn)工藝過程中存在二氧化碳?xì)怏w源，即產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入到大氣中的實(shí)體單元或過程，例如水泥窯爐中燃料燃燒和碳酸鹽礦物的分解。這些由水泥生產(chǎn)企業(yè)擁有或控制的二氧化碳源產(chǎn)生的排放為直接二氧化碳排放，同時(shí)水泥生產(chǎn)企業(yè)消耗的輸入電力等產(chǎn)生的二氧化碳排放則為間接二氧化碳排放。因此，水泥企業(yè)二氧化碳排放可分為三個(gè)方面：生料中碳酸鹽分解和少量有機(jī)碳燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放；各種燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放；各工藝電力消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放。水泥生產(chǎn)企業(yè)間接二氧化碳排放主要是由于各種工藝過程的電力消耗，本研究中不考慮二氧化碳間接排放。

圖1 水泥生產(chǎn)（濕磨干燒）工藝流程圖

通過對(duì)水泥生產(chǎn)過程二氧化碳的分析，水泥行業(yè)二氧化碳的直接排放主要有以下兩種情況：一是水泥窯（煅燒熟料所需）燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。原煤通過烘干粉磨后加入到水泥窯中，燃燒的火焰給水泥窯供熱，從而釋放二氧化碳。二是生產(chǎn)工藝過程中（烘干物料）二氧化碳的排放。在水泥生產(chǎn)中，熟料煅燒過程中物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，生料中以主要成分為碳酸鈣（CaCO3）和碳酸鎂（MgCO3）的石灰質(zhì)原料被加熱或煅燒成熟料（主要含CaO和MgO等），同時(shí)釋放二氧化碳，煅燒反應(yīng)公式為：

熟料是一種球狀中間產(chǎn)物，燃燒磨細(xì)后與少量硫酸鈣［石膏（CaSO2·2HO2）或硬石膏（CaSO4）］混合成為水凝水泥。

2 二氧化碳排放的指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 二氧化碳排放影響因素統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系建立的原則

（1）完備性原則。（2）獨(dú)立性原則。（3）相容性原則。（4）可操作性原則。

2.2 二氧化碳排放影響因素統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系

在對(duì)水泥行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過水泥行業(yè)CO2排放影響因素的分析來設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，研究中參考了OECD/IPCC國家溫室氣體清單編制方法。研究采用經(jīng)典德爾菲法，又名專家意見法，是依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即專家之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調(diào)查人員發(fā)生關(guān)系，通過多輪次調(diào)查專家對(duì)問卷所提問題的看法，經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納、修改，最后匯總成專家基本一致的看法，作為預(yù)測(cè)的結(jié)果。這種方法具有廣泛的代表性，較為可靠。

從水泥生產(chǎn)過程可知，水泥生產(chǎn)排放二氧化碳主要包括二個(gè)途徑：一是生產(chǎn)過程中對(duì)能源的利用而排放二氧化碳，即煅燒水泥熟料和烘干原料用燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。二是水泥生產(chǎn)工藝排放二氧化碳，也就是由生產(chǎn)水泥的主要原料石灰石中的碳酸鈣分解，生成水泥熟料必需的氧化鈣的同時(shí)生成的二氧化碳。

水泥生產(chǎn)間接二氧化碳排放有不同的來源，其中有些水泥生產(chǎn)企業(yè)外購電力和外購熟料是主要的間接排放來源，但外購電力和外購熟料均不納入本次水泥企業(yè)二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系的統(tǒng)計(jì)范圍。

通過本地專家咨詢及上述分析最終得到一套關(guān)于水泥行業(yè)二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)體系，見表1。

表1 水泥行業(yè)CO2排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系

3 水泥行業(yè)二氧化碳排放核算公式的建立

上文已經(jīng)分析了CO2排放的影響因素及相關(guān)指標(biāo)體系，因此從中可以得知，水泥行業(yè)CO2的直接排放主要來源于生產(chǎn)過程中對(duì)能源的利用和生產(chǎn)工藝中由原料所含的碳酸鈣分解生成孰料所含氧化鈣的環(huán)節(jié)。那么，這兩個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CO2之和即為CO2排放量。也就是說，通過煤炭消耗量、煤炭的平均低位發(fā)熱量、煤炭排放系數(shù)或煤炭平均含碳量可以統(tǒng)計(jì)出生產(chǎn)過程中能源燃燒生成的CO2排放量。

至于生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量，首先可以通過調(diào)查生產(chǎn)原料中石灰石消耗量（主要包括碳酸鈣和碳酸鎂），在假設(shè)該環(huán)節(jié)中CO2完全由石灰石產(chǎn)生的前提下，再利用其相應(yīng)的排放系數(shù)（碳酸鈣為0.44，碳酸鎂為0.52）可以統(tǒng)計(jì)出由原料分解燒成熟料過程中產(chǎn)生的CO2排放量。

其次，還可以通過企業(yè)孰料的產(chǎn)量、熟料中CaO含量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及排放系數(shù)統(tǒng)計(jì)出CO2排放量，這樣可以與前者由原料產(chǎn)生的CO2進(jìn)行對(duì)比分析。另外，如果在原料消耗量、熟料產(chǎn)量未給出的情況下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)年內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品水泥產(chǎn)量和類型、孰料含量比例并按熟料進(jìn)出口量進(jìn)行修正，利用水泥產(chǎn)量數(shù)據(jù)估算熟料產(chǎn)量，進(jìn)而根據(jù)熟料的CO2排放因子也可以估算出CO2的排放量。

由此分析可得出，水泥企業(yè)CO2排放量的估算公式主要有以下幾種：

（1）燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量核算公式

生產(chǎn)過程中對(duì)能源的燃燒利用產(chǎn)生的CO2核算方法即公式一：

燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量（噸或立方）

= 年用煤（燃油或燃?xì)猓┝浚▏嵒蛄⒎剑疗骄剂俊?4/12

公式二：排放CO2.燃料i=燃料消耗燃料i·排放系數(shù)CO2.燃料i

其中：排放CO2.燃料i：指某種燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量（kg）

燃料消耗燃料i：指某種燃料消耗量（kg）

排放系數(shù)CO2.燃料i：指燃燒某種單位燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放量（kg/TJ）

（2）生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量核算公式

經(jīng)分析研究，水泥行業(yè)生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量有三種核算方法。

公式三：（根據(jù)原料數(shù)據(jù)）

CO2排放量=石灰石含量×（CaCO3百分比×44/100+ MgCO3百分比×44/84）×1.02 = （CaCO3含量×0.44+ MgCO3含量×0.52）×1.02

注：該公式假設(shè)CO2完全由石灰石產(chǎn)生，且大約有2%的原料未完全燃燒。44為CO2的分子量，100為CaCO3的分子量，84為MgCO3的分子量。

公式四：（根據(jù)熟料生產(chǎn)數(shù)據(jù)）

CO2排放量= 熟料中CaO的含量百分比×44/56×熟料產(chǎn)量

注：公式中44為CO2的分子量，56為CaO的分子量，全國孰料中CaO的含量一般為65%，貴陽水泥廠熟料中CaO的含量大約為62%。

公式五：（根據(jù)水泥產(chǎn)量數(shù)據(jù)）

CO2排放量= 各類水泥產(chǎn)量×各類水泥的熟料比例×熟料的CO2排放因子

注：全國1噸水泥平均需要0.75噸熟料，貴州水泥廠1噸水泥平均大概需要0.80噸熟料。該方法中假設(shè)熟料中CaO的含量為65%， 100%的CaO完全來自CaCO3原料，則推算出熟料的缺省排放因子為0.53（貴陽市）。該公式中未考慮從國外進(jìn)口的熟料數(shù)量，對(duì)進(jìn)出口熟料數(shù)量未進(jìn)行修正。

4 案例分析——以貴陽市典型企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例

通過上文的研究可知，從水泥企業(yè)三種不同活動(dòng)水平的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都可以估算出CO2排放量，下面以貴陽市水泥行業(yè)典型企業(yè)2009年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，核算其CO2的排放量，其數(shù)據(jù)主要來源于該企業(yè)計(jì)審部和化驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果。

（1）由公式一可知，能源的燃燒利用產(chǎn)生的CO2排放量

=114897×0.47×44/12

=198023.83（噸）

由公式二可知，能源的燃燒利用產(chǎn)生的CO2排放量

=114897×18902×103×98300/109

= 213486.28（噸）

由此看出，通過煤炭的含碳量估算得出的CO2排放量與煤炭低位發(fā)熱量及原煤排放系數(shù)估算出的CO2排放量相差不大，前者略低，一方面是原煤排放系數(shù)采用的國家缺省值，暫時(shí)未研究出貴州當(dāng)?shù)孛禾康腃O2排放系數(shù)，另外該廠提供的煤炭含碳量相對(duì)偏低，其數(shù)據(jù)難于考證，因而造成一些誤差。

（2）由公式三可知，生產(chǎn)工藝過程中CO2排放量

=石灰石含量×（CaCO3百分比×44/100+MgCO3百分比×44/84）×1.02= 653105（98%×0.44+2%×0.52）×1.02

=294179.39（噸）

由公式四可知，生產(chǎn)工藝過程中CO2排放量

=熟料中CaO的含量百分比×44/56×熟料產(chǎn)量

=62%×44/56×482700

= 235139.58（噸）

由公式五可知，生產(chǎn)工藝過程中CO2排放量

=各類水泥產(chǎn)量×各類水泥的熟料比例×熟料的CO2排放因子

=590000×0.80×0.53

=250160（噸）

由此可見，該廠2009年CO2排放量大約為465581.32噸（取平均值），由能源的燃燒利用產(chǎn)生的CO2與生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的CO2排放量之差非常小，由三種不同情況的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出來的生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的CO2排放量差異也很小，因此說明該方法在水泥行業(yè)CO2排放統(tǒng)計(jì)中是可行的。

公式四從熟料數(shù)量來核算CO2排放量比公式五從產(chǎn)品產(chǎn)量來核算CO2排放量的結(jié)果略低。其一，調(diào)查結(jié)果表明貴州水泥廠1噸熟料中CaO的含量約為62%，而全國平均值為65%；其二，該廠水泥產(chǎn)品主要為普通水泥和復(fù)合水泥2種，且以生產(chǎn)普通水泥為主，但2種水泥中熟料的含量不同，本文取熟料含量較高值80%，全國平均值為75%。如果公式五采用75%的熟料含量，其結(jié)果與公式四的誤差就很小。

公式三從原料數(shù)量來核算CO2排放量的結(jié)果略高于公式四和公式五。貴州水泥廠是全國重點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)，貴州省大中型骨干企業(yè)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量一般要求原料（石灰石）品質(zhì)高，而貴州碳酸巖發(fā)育典型，石灰石中碳酸鈣含量相對(duì)較高。普通水泥要求石灰石中碳酸鈣含量達(dá)90%以上（具體不確定，由企業(yè)對(duì)原料進(jìn)行分析化驗(yàn)），復(fù)合水泥要求稍低，甚至為80%以上，其含量、混合材摻量以及生產(chǎn)工藝水平?jīng)Q定于產(chǎn)品質(zhì)量，本文使用98%的碳酸鈣含量略高（未綜合考慮普通水泥和復(fù)合水泥中碳酸鈣的含量）。同時(shí)，石灰質(zhì)原料中除碳酸鈣和碳酸鎂外，還有少量的含硅、鋁、鐵等其他原料成分，本文未考慮少量成分原料（企業(yè)難于提供確切數(shù)據(jù)），致使其結(jié)果略高。

5 初步研究結(jié)論與政策建議

結(jié)論一：二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)在我國目前是一項(xiàng)嶄新的嘗試工作，以前在環(huán)境統(tǒng)計(jì)體系中從未涉及，同時(shí)，企業(yè)對(duì)二氧化碳減排認(rèn)識(shí)不夠，企業(yè)相關(guān)工作人員因未涉及過CO2的監(jiān)測(cè)、核算和統(tǒng)計(jì)知識(shí)，相關(guān)的軟硬件設(shè)施和技術(shù)指導(dǎo)規(guī)范都需重新配套建設(shè)，因此要獲得全面的CO2排放統(tǒng)計(jì)信息需要長期的實(shí)踐和探索。

結(jié)論二：目前國家對(duì)水泥行業(yè)在政策方面有些調(diào)整，要求取締濕法窯，但對(duì)于落后的貴州及其偏遠(yuǎn)地區(qū)有些難度，相對(duì)東部及沿海地區(qū)要滯后，以致二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)上會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。

結(jié)論三：貴陽作為西部欠發(fā)達(dá)、欠開發(fā)的省會(huì)城市，在生產(chǎn)工藝、技術(shù)等方面稍落后，同時(shí)，由于資金等問題導(dǎo)致設(shè)備更新、維護(hù)等方面有困難，可能導(dǎo)致二氧化碳統(tǒng)計(jì)上與實(shí)際排放有一定差距。

結(jié)論四：本次二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)是根據(jù)試點(diǎn)城市企業(yè)實(shí)際情況開展，其二氧化碳影響因子僅供各地參考，未予以考慮的因子有待進(jìn)一步研究。特別是水泥企業(yè)的替代原料（電石渣、鋼渣）和窯頭排氣筒中煙氣中的粉塵所產(chǎn)生的二氧化碳是否應(yīng)納入到排放總量的統(tǒng)計(jì)，以及部分混合材是否直接產(chǎn)生CO2，這些問題將納入今后的研究范疇。

基于以上研究結(jié)論，提出以下政策建議：

第一，建議國家或地方立法，將二氧化碳統(tǒng)計(jì)納入相關(guān)統(tǒng)計(jì)范疇，以提高政府及相關(guān)企業(yè)的重視程度，確保二氧化碳統(tǒng)計(jì)工作依法順利開展。

第二，建議排污企業(yè)將二氧化碳濃度納入環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一。

第三，建議國家研究一套二氧化碳排放重點(diǎn)行業(yè)的二氧化碳排放系數(shù)，以便統(tǒng)計(jì)。

第四，建議國家加大資金投入，確保二氧化碳統(tǒng)計(jì)工作正常開展。

［1］ 朱松麗．水泥行業(yè)的溫室氣體排放及減排措施淺析中國能源，2000（7）：25-28.

［2］ 溫室氣體（CO2）排放統(tǒng)計(jì)技術(shù)方法研究．中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，2009.3.

［3］ 中日環(huán)境合作示范城市（貴陽）貴州水泥廠粉塵綜合治理項(xiàng)目．貴州省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所，1999.8.

［4］汪瀾．水泥生產(chǎn)企業(yè)CO2的計(jì)算．中國水泥，2009（11）.

［5］ 鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放影響因素分析．中國化工信息網(wǎng)，2009.3.18.

［6］通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)（GB 175-2007），2008.6.

Statistics about Carbon Dioxide Emissions in Cement Industry

WANG Mi1ZHANG Tiejun1HE Moujun2

(1.Guiyang Environmental Monitor Central Station, Guiyang 520002; 2. Ministry Offi cial of Guiyang, Guiyang 550001)

Based on statistics of carbon dioxide emission, this paper studies its important affecting factors and index system, and further concludes a set of accounting method to estimate carbon dioxide emission in the cement industry. With the example of Guiyang,this paper makes a comparative estimate of carbon dioxide emission in the process of cement production by means of three levels of the statistical data, and verifi es the validity of the accounting method, in order to provide a feasible scientifi c basis for carbon dioxide emission reduction of cement industry in Guiyang and even the whole country.

Carbon; Cement Industry; Statistic Emissions; Guiyang

X51

A

1673-288X（2012）04-0069-05

項(xiàng)目資助: 中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站子課題《貴陽市重點(diǎn)行業(yè)溫室氣體排放統(tǒng)計(jì)》項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)

王密, 碩士, 環(huán)保工程師, 主要從事方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境生態(tài)