河南省2013—2018年水泥行業(yè)溫室氣體排放特征分析*

郝宗超 盧中強 郝大瑋 黨照亮 段理杰 王高強

(1.河南省冶金研究所有限責任公司，河南 鄭州 450003；2.河南省科學院碳減排與利用工程技術(shù)中心，河南 鄭州 450000；3.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；4.河南省冶金研究所有限責任公司工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展評價中心，河南 鄭州 450003)

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布的《2019年排放差距報告》顯示，2018年全球溫室氣體排放量(以CO2當量計，下同)達到553億t[1]，其中工業(yè)過程產(chǎn)生的CO2排放是溫室氣體的主要排放源，而水泥行業(yè)的CO2排放在工業(yè)過程中又占主導地位[2-6]。龐大的水泥制造規(guī)模帶來大量CO2排放，對全球氣候及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響[7-9]。

研究者們已對溫室氣體排放量核算方法、溫室氣體清單編制技術(shù)和碳排放峰值模擬預測等進行了不少研究，并已取得了一些進展[10-16]，但水泥行業(yè)由于原料種類繁多、生產(chǎn)過程排放復雜、企業(yè)數(shù)量多并且分布廣等導致其溫室氣體排放數(shù)據(jù)收集和核算非常困難，因此水泥行業(yè)的具體排放行為及數(shù)據(jù)分析還很欠缺。

河南省作為我國新興的工業(yè)大省，是全國主要的水泥產(chǎn)品生產(chǎn)基地[17]。本研究對河南省各地市水泥企業(yè)進行了調(diào)查，選取其中60家重點水泥生產(chǎn)企業(yè)，采用國家發(fā)展和改革委員會的《中國水泥生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》(發(fā)改辦氣候〔2013〕2526號)(以下簡稱《指南》)中方法，對河南省2013—2018年水泥生產(chǎn)企業(yè)核算邊界內(nèi)的化石燃料燃燒、替代燃料或廢棄物中非生物質(zhì)碳的燃燒、原料分解、生料中非燃燒碳煅燒、凈購入使用電力和凈購入使用熱力對應的CO2排放進行了核算分析，以期為河南省降低水泥行業(yè)CO2排放提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為全國水泥行業(yè)制定碳減排政策和發(fā)展低碳經(jīng)濟提供借鑒。

1 方 法

1.1 水泥生產(chǎn)企業(yè)的選取及計算方法的確定

參考國家發(fā)展和改革委員會辦公廳《關(guān)于切實做好全國碳排放權(quán)交易市場啟動重點工作的通知》和《關(guān)于做好2016、2017年度碳排放報告與核查及排放監(jiān)測計劃制定工作的通知》的要求，在河南省水泥行業(yè)中，選擇2013—2016年中任一年CO2排放量估計在2.6萬t及以上的重點水泥生產(chǎn)企業(yè)，共60家，采用《指南》中的核算方法對2013—2018年的CO2排放量進行計算。

1.2 數(shù)據(jù)來源

60家重點水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于實地調(diào)查。排放因子數(shù)據(jù)主要來源于《指南》，《指南》中未列出的排放因子參考國家發(fā)展和改革委員會的《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》(發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號)。

1.3 地域分區(qū)

河南省下轄17個地級市，1個省直轄縣級市(濟源市)。根據(jù)各地市地理位置，將河南省分為豫北、豫南、豫東、豫西和豫中5個地區(qū)，其中豫北包括安陽市、新鄉(xiāng)市、焦作市、濮陽市、鶴壁市和濟源市；豫南包括南陽市、駐馬店市和信陽市；豫東包括開封市、商丘市和周口市；豫西包括洛陽市和三門峽市；豫中包括鄭州市、平頂山市、許昌市和漯河市。

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥行業(yè)CO2排放總量狀況

由圖1可見，2013—2018年河南省水泥行業(yè)CO2排放總量總體呈現(xiàn)先升后降再平穩(wěn)的趨勢，先從2013年的7 270萬t上升至2014年的7 816萬t，后由2014年的7 816萬t下降至2015年的7 246萬t、2016年的6 435萬t，2016年后變化不大。2014年以后出現(xiàn)下降并能穩(wěn)定下來，原因在于國家對生態(tài)環(huán)境保護的重視，把污染防治攻堅戰(zhàn)列入了全面建成小康社會的三大攻堅戰(zhàn)中，河南省在京津冀邊上，屬于污染重點防治區(qū)域，而水泥行業(yè)又屬于高耗能高污染高排放行業(yè)，國家及河南省相繼實施了較為嚴格的水泥企業(yè)錯峰生產(chǎn)等措施，并開展了水泥行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能和清潔生產(chǎn)改造等行動。

圖1 2013—2018年河南省水泥行業(yè)CO2排放總量Fig.1 CO2 total emissions of cement industry in Henan during 2013-2018

2.2 水泥行業(yè)不同排放源CO2排放量

從表1可見，水泥行業(yè)CO2的兩大主要排放源為原料分解和化石燃料燃燒，其中原料分解產(chǎn)生的CO2排放量為3 723.687 0萬～4 596.135 1萬t，占總排放量的57.87%～58.97%，化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放量為2 345.578 1萬～2 798.945 3萬t，占總排放量的35.62%～36.89%，兩者共占總排放量的93.49%～95.86%。凈購入使用電力和生料中非燃料碳煅燒產(chǎn)生的CO2排放量相對較小，分別為276.801 7萬～346.746 3萬、61.585 0萬～78.684 8萬t，分別占總排放量的4.25%～4.54%、0.96%～1.09%。河南省的替代燃料或廢棄物中非生物質(zhì)碳的燃燒主要是生活垃圾等固體廢棄物的焚燒，由于符合協(xié)同處理生活垃圾和焚燒固體廢棄物要求的水泥生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量不多，因此河南省的該排放源CO2排放量較小，僅為0～0.723 0萬t。由于河南省的水泥生產(chǎn)企業(yè)大多均有余熱回收利用系統(tǒng)，生產(chǎn)產(chǎn)生的熱力可用于余熱發(fā)電或輸出給其他企業(yè)，因此凈購入使用熱力產(chǎn)生的CO2排放量幾乎都為負值，為-1.929 4萬～0.226 3萬t，2018年出現(xiàn)正值是由于部分水泥生產(chǎn)企業(yè)外購了熱力用于廠區(qū)內(nèi)供暖。

表1 2013—2018年河南省水泥行業(yè)不同排放源CO2排放量1)

2.3 水泥行業(yè)不同地區(qū)CO2排放量

由圖2可見，5個地區(qū)中豫北水泥行業(yè)CO2排放量總體最大，占比達到30.94%～38.46%，其次是豫中，占比為34.29%～35.82%，豫南為17.63%～20.31%，豫西只有9.59%～13.53%，而豫東極少。

圖2 2013—2018年河南省各地區(qū)水泥行業(yè)CO2排放量Fig.2 CO2 emissions of cement industry in various regions of Henan during 2013-2018

圖3具體分析了河南省各地市2013—2018年水泥行業(yè)的CO2排放量及其年均增長率。新鄉(xiāng)市CO2排放量最大，占比達到15.96%～20.70%；許昌市、鄭州市、平頂山市和南陽市CO2排放量也較大，占比分別為8.21%～10.54%、11.92%～14.61%、9.30%～13.57%、11.33%～13.10%；安陽市、洛陽市、焦作市、駐馬店市和三門峽市CO2排放量占比分別為5.76%～7.82%、5.43%～7.66%、4.49%～6.45%、4.10%～4.91%、3.87%～6.54%；鶴壁市、信陽市和濟源市的CO2排放量相對較小，占比分別為2.89%～4.12%、1.97%～4.12%、0.34%～1.16%。分析發(fā)現(xiàn)，鄭州市、平頂山市、安陽市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市、焦作市、駐馬店市和南陽市的CO2排放量年均增長率為負，而洛陽市、許昌市、三門峽市、信陽市和濟源市的CO2排放量年均增長率為正。

注：開封市、濮陽市、漯河市、商丘市和周口市的CO2排放量為零，故未在圖中列出。

總體而言，河南省水泥行業(yè)CO2排放量有下降趨勢，這說明國家及河南省實施的一些措施和行動有一定的成效。

2.4 水泥行業(yè)熟料燒成工段CO2排放量分析

由于水泥行業(yè)只有熟料燒成工段的CO2排放量才納入碳交易配額，因此又根據(jù)《關(guān)于做好2016、2017年度碳排放報告與核查及排放監(jiān)測計劃制定工作的通知》中《碳排放補充數(shù)據(jù)核算報告模板》，專門對60家重點水泥生產(chǎn)企業(yè)熟料燒成工段的CO2排放量進行了核算分析。由圖4可以看出，2013—2018年熟料燒成工段CO2排放總量的變化趨勢與整個水泥行業(yè)的CO2排放總量基本一致，說明水泥行業(yè)的CO2排放主要由熟料燒成工段排放，其中2014年CO2排放總量最高，為7 597萬t，2018年最低，為6 269萬t。

圖4 2013—2018年河南省水泥行業(yè)熟料燒成工段CO2排放總量Fig.4 CO2 total emissions of cement industry clinker firing section in Henan during 2013-2018

進一步分析2013—2018年熟料燒成工段CO2排放強度(見表2)可知，化石燃料燃燒的排放強度年際變化不大；碳酸鹽分解的排放強度總體上有波動下降的趨勢，其原因是近些年的水泥原料中CaO 和MgO含量有所下降，部分水泥生產(chǎn)企業(yè)還對原料的配備進行了調(diào)整，減少了石灰石和黏土的用量，采用粉煤灰和電石渣等CO2排放量小的原料進行了替代；消耗電力的排放強度呈波動狀態(tài)，2016年上升最明顯，這是因為一方面企業(yè)對節(jié)能減排非常重視，許多企業(yè)都進行了相應的技術(shù)改造，并增強了對能源消耗的管理，特別是電力消耗方面，但另一方面由于環(huán)保要求的提升，企業(yè)也必須進行環(huán)保設備改造，投入新的除塵降噪設備，又使得耗電量上升，兩方面的綜合作用使得電力消耗的排放強度呈現(xiàn)波動狀態(tài)，但相對比較穩(wěn)定；由于在調(diào)查的企業(yè)中90%以上的企業(yè)均配置有余熱發(fā)電系統(tǒng)，而沒有余熱發(fā)電系統(tǒng)的企業(yè)也有不同程度的余熱利用，比如用于對電石渣等原材料的烘干、轉(zhuǎn)化為蒸氣輸送到相關(guān)需求企業(yè)等，因此消耗熱力的排放強度小于等于零。綜合而言，2013—2018年河南省水泥行業(yè)熟料燒成工段CO2排放強度呈現(xiàn)下降趨勢，原因同樣在于近年國家及河南省實施的一些措施和行動。

表2 2013—2018年河南省水泥行業(yè)熟料燒成工段CO2排放強度

3 結(jié) 論

(1) 2013—2018年，河南省水泥行業(yè)CO2排放總量為6 435萬～7 816萬t，總體呈現(xiàn)先升后降再平穩(wěn)的趨勢，最高值出現(xiàn)在2014年，最低值出現(xiàn)在2016年。

(2) 河南省水泥行業(yè)CO2的兩大主要排放源為原料分解和化石燃料燃燒，分別占CO2排放總量的57.87%～58.97%、35.62%～36.89%。

(3) 河南省水泥行業(yè)CO2排放主要集中在豫北和豫中，占比分別為30.94%～38.46%、34.29%～35.82%；其中新鄉(xiāng)市、鄭州市、平頂山市和南陽市的CO2排放居全省前列，是減排的重點區(qū)域。

(4) 水泥行業(yè)納入碳交易配額的熟料燒成工段CO2排放總量為6 269萬～7 597萬t，排放強度總體呈下降趨勢，說明國家及河南省相繼實施的較為嚴格的水泥企業(yè)錯峰生產(chǎn)等措施，水泥行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能和清潔生產(chǎn)改造等行動已初見成效。