陶瓷行業(yè)碳排放水平與碳減排潛力分析
——以某工業(yè)園企業(yè)為例

傅芬芳

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000）

“十四五”期間，福建省把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)省建設(shè)的整體布局，把降碳作為促經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的總抓手。同時(shí)，隨著能耗指標(biāo)的收緊、碳排放閃易市場(chǎng)的實(shí)施，將加快高能耗高排放行業(yè)進(jìn)行高質(zhì)量生產(chǎn)、淘汰落后產(chǎn)能的步伐。陶瓷行業(yè)作為能源密集型行業(yè)，已被列為碳減排重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)[1]。不同的建筑、衛(wèi)生陶瓷企業(yè)生產(chǎn)能耗情況、碳排放水平及單位產(chǎn)品綜合差距較大，能源管控水平參差不齊，具有較大的節(jié)能降碳改造升級(jí)潛力。

為此，通過(guò)對(duì)福建省某工業(yè)園區(qū)內(nèi)14家陶瓷企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，在掌握陶瓷行業(yè)碳排放來(lái)源及現(xiàn)狀碳排放水平的情況下，探討陶瓷行業(yè)的碳減排潛力，為企業(yè)的低碳生產(chǎn)明確具體方向。

1 行業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)福建省生態(tài)環(huán)境廳印發(fā)的《福建省2020年度碳排放配額分配實(shí)施方案》，納入行業(yè)涉及電力、鋼鐵、化工、石化、有色、民航、建材、造紙、陶瓷等9大行業(yè)，2020年度納入管理的重點(diǎn)排放單位共284家（包括既有242家、新增42家）。從行業(yè)來(lái)看，重點(diǎn)碳排放單位中陶瓷企業(yè)最多，達(dá)到了115家，占比40%；過(guò)多的同類(lèi)型企業(yè)，說(shuō)明該行業(yè)不夠強(qiáng)，不夠大，在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和節(jié)能減排中不能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

2020年，福州市有26家陶瓷企業(yè)納入碳排放管理的重點(diǎn)排放單位，其中本次調(diào)研的某工業(yè)園區(qū)在產(chǎn)陶瓷企業(yè)有14家。14家均為建筑生產(chǎn)陶瓷企業(yè)，其中生產(chǎn)內(nèi)墻磚11家，生產(chǎn)外墻磚3家。2020年度，14家企業(yè)均按照規(guī)定完成2020年度溫室氣體排放核查報(bào)告編制工作，按時(shí)完成2020年度碳排放配額的履約清繳。14家企業(yè)2020年度碳排放量見(jiàn)圖1。

圖1 14家企業(yè)2020年度碳排放量

2 陶瓷行業(yè)碳排放來(lái)源及核算方法

2.1 陶瓷企業(yè)碳排放來(lái)源

2.1.1 化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳

化石燃料燃燒的排放物主要有：陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中使用的煤氣發(fā)生爐、原料干燥、噴霧干燥、胚體干燥和窯爐等工序或設(shè)備所采用的燃料產(chǎn)生的污染物，如煤、油、天然氣等；此外還有生產(chǎn)用車(chē)消耗的柴油和汽油等造成的污染物。

園區(qū)陶瓷企業(yè)化石燃料主要包括：噴霧干燥塔所用的燃煤（目前園區(qū)陶瓷企業(yè)均采用無(wú)煙煤）、窯爐使用的天然氣或煤氣（通過(guò)煤氣發(fā)生爐自制的）、生產(chǎn)用車(chē)消耗的汽柴油等。

2.1.2 陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳

陶瓷生產(chǎn)過(guò)程的污染排放主要為原料粘土、高嶺土、熔塊釉、臘石等里面的碳元素產(chǎn)生二氧化碳[2]；通常陶瓷磚釉中會(huì)加入含碳酸鎂原料，根據(jù)收集園區(qū)陶瓷企業(yè)溫室氣體排放核查報(bào)告，有4家企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中有加入鈣米（一種含碳酸鎂原料），均有核算其鈣米消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放。

2.1.3 凈購(gòu)入用電蘊(yùn)含的二氧化碳

凈購(gòu)入生產(chǎn)用電蘊(yùn)含的排放主要是陶瓷生產(chǎn)企業(yè)各耗電工序，如原料破碎、配送、球磨工序、成型工序、拋光打磨、以及產(chǎn)品輸送等。

2.2 陶瓷企業(yè)碳排放核算方法

依據(jù)《中國(guó)陶瓷生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南》（試行）[3]。

陶瓷生產(chǎn)企業(yè)碳排放總量按公式（1）計(jì)算：

式中：

E總—核算期內(nèi)陶瓷企業(yè)CO2排放總量，單位：tCO2；

E燃燒—核算期內(nèi)陶瓷企業(yè)化石燃料燃燒活動(dòng)產(chǎn)生的CO2排放量；

E工業(yè)—核算期內(nèi)陶瓷企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的CO2排放量，單位：tCO2；

E電力—核算期內(nèi)陶瓷企業(yè)凈購(gòu)入生產(chǎn)用電蘊(yùn)含的CO2排放量，單位：tCO2。

3 陶瓷企業(yè)碳排放水平分析

本次調(diào)查陶瓷企業(yè)碳排放的來(lái)源主要為化石燃料燃燒排放、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放和凈購(gòu)入使用電力排放。

根據(jù)陶瓷企業(yè)2020年度溫室氣體排放核查報(bào)告，碳排放量合計(jì)為76.64萬(wàn)tCO2/a。其中化石燃料燃燒排放、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放和凈購(gòu)入使用電力排放，排放量分別為60.47萬(wàn)tCO2/a、0.69萬(wàn)tCO2/a和15.47萬(wàn)tCO2/a，分別占二氧化碳排放總量的78.90%、0.90%和20.18%，因此，化石燃料燃燒排放為陶瓷行業(yè)二氧化碳主要排放源。其中化石燃料燃燒排放主要為煙煤消耗、天然氣消耗、柴油消耗產(chǎn)生的，排放量分別為54.37萬(wàn)tCO2/a、5.95萬(wàn)tCO2/a和0.15萬(wàn)tCO2/a，分別占二氧化碳排放總量的89.91%、9.83%和0.26%，煙煤消耗產(chǎn)生的碳排放為化石燃料燃燒排放的主要排放源，詳見(jiàn)圖2。

圖2 14家企業(yè)2020年度碳排放量

不同企業(yè)碳排水水平可按照式（2）直接計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的碳排水水平。

式中：

e——單位產(chǎn)品碳排放量，kgCO2/m2；

E——企業(yè)年碳排放量，kgCO2；

Q——企業(yè)年產(chǎn)量，m2。

經(jīng)計(jì)算得到各企業(yè)單位產(chǎn)品碳排放水平為5.05 kgCO2/m2～9.18 kgCO2/m2。

對(duì)比《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品碳排放限額》[4]中建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品的碳排放量先進(jìn)值，100%企業(yè)的碳排放水平低于先進(jìn)限值（吸收率0.5%＜E≤10%的陶瓷磚（板）先進(jìn)值9.86 kgCO2/m2）。由此可以看出，某工業(yè)園區(qū)陶瓷企業(yè)碳排放水平，能滿(mǎn)足建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品的碳排放量先進(jìn)值要求。但各企業(yè)間碳排放水平差距較大，通過(guò)利用碳排較低的企業(yè)作為同類(lèi)型企業(yè)的減排目標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目碳排放水平較高的陶瓷企業(yè)提出碳減排的要求，從而降低企業(yè)的碳排放水平。

4 陶瓷行業(yè)碳減排潛力分析

4.1 企業(yè)碳排放現(xiàn)狀分析

A企業(yè)是該工業(yè)園區(qū)在產(chǎn)陶瓷企業(yè)中處于碳排放中上水平的企業(yè)，其碳排放量為87 074 tCO2/a，碳排放水平為8.71 kgCO2/m2。其主要碳排放為化石燃料燃燒排放，占比為75.12%。其中化石燃料燃燒排放主要為煙煤消耗、天然氣消耗產(chǎn)生，占比分別為68.11%、31.89%。

與天然氣相比，煙煤消耗碳排放偏大，企業(yè)煙煤消耗主要為窯爐（煤氣發(fā)生爐）、噴霧干燥塔。

4.2 企業(yè)碳排放現(xiàn)狀問(wèn)題

（1）建筑陶瓷企業(yè)為高能耗行業(yè)，隨著國(guó)家能源政策及市場(chǎng)導(dǎo)向作用，目前陶瓷企業(yè)窯爐燃料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀窯爐已大部分完成煤改天然氣，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排。但園區(qū)企業(yè)窯爐煤改天然氣未徹底，還有小部分企業(yè)窯爐熱源仍采用原煤，利用單段式或兩段式煤氣發(fā)生爐制造冷煤氣，引入陶瓷窯爐使用。

（2）園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀噴霧干燥塔熱源均采用煤粉，將煤加工成水煤漿作為噴霧干燥塔熱風(fēng)爐的燃料；或者直接采用煤粉作為燃料。

4.3 企業(yè)碳減排潛力分析

為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖帶來(lái)的挑戰(zhàn)，我國(guó)提出2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和的目標(biāo)。為推動(dòng)建材行業(yè)積極應(yīng)對(duì)“碳達(dá)峰”與“碳中和”，推進(jìn)陶瓷行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，持續(xù)提高行業(yè)能效水平，福建省建材行業(yè)“十四五”節(jié)能降碳實(shí)施方案中，對(duì)建筑陶瓷行業(yè)提出了鼓勵(lì)建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)采用新型爐窯技術(shù)、高效富氧燃燒技術(shù)等促進(jìn)綠色建材的重點(diǎn)節(jié)能減排措施。同時(shí)基于上述對(duì)A企業(yè)及園區(qū)企業(yè)碳排放現(xiàn)狀問(wèn)題的分析，園區(qū)建筑陶瓷企業(yè)存在一定的碳減排空間。

4.3.1 新型窯爐技術(shù)

采用多層干燥燒成窯技術(shù)，多層干燥燒成窯的截面小，能在輥道上下同時(shí)從而可節(jié)約能源加熱，且窯內(nèi)溫度分布均勻，其散熱面積相對(duì)單層燒成窯小，使其升溫速度快，、降低碳排放。其中采用五層干燥燒成窯相比一層干燥窯，干燥燒成階段能源利用率高、散熱面積小、煤耗降低5.5%，從而降低了陶瓷生產(chǎn)階段燃料燃燒的溫室氣體排放。

根據(jù)調(diào)查，園區(qū)現(xiàn)狀陶瓷企業(yè)窯爐基本已采用雙層輥道窯，較單層燒成窯節(jié)約能源、降低碳排放。但園區(qū)有條件企業(yè)可進(jìn)一步改造窯爐，以降低碳排放。

4.3.2 高效富氧燃燒技術(shù)

富氧燃燒技術(shù)是指用氧含量超過(guò)21%的富氧空氣作為助燃?xì)怏w，空氣中的氧含量高，燃料燃燒更加充分、燃料分子在富氧狀態(tài)下會(huì)更加活躍，燃料分子與氧氣分子結(jié)合的更加充分，從而釋放更多的熱量。同時(shí)富氧燃燒能夠有效地降低燃燒后各種排放物的有害程度，起到節(jié)能減排作用。

根據(jù)調(diào)查，園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀窯爐已大部分完成煤改天然氣，可通過(guò)對(duì)窯爐內(nèi)局部增氧，能降低燃料燃點(diǎn)，提高火焰強(qiáng)度，增加釋放熱量增加熱量利用率，從而降低碳排放量。

4.3.3 能源調(diào)整

根據(jù)調(diào)查，園區(qū)建筑陶瓷企業(yè)碳排放中，化石燃料燃燒排放主要為煙煤消耗產(chǎn)生（圖3），另外，根據(jù)溫室氣體排放核算中燃料二氧化碳碳排放因子比較，煤炭的單位熱值含碳量（以煙煤計(jì)25.6 tc/TJ）高于天然氣（15.3tc/TJ）[2]。因此，園區(qū)企業(yè)應(yīng)以高碳能源為主向低碳能源類(lèi)型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)碳減排[5]。

圖3 化石燃料燃燒碳排放量

（1）園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀窯爐應(yīng)實(shí)現(xiàn)全部煤改天然氣，從源頭上實(shí)現(xiàn)清潔能源的替代，從而大大降低行業(yè)碳排放量。

（2）園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀噴霧干燥塔熱源采用煤粉，園區(qū)熱風(fēng)爐多采用間接爐形式，即需要一次或多次換熱后產(chǎn)生熱風(fēng)送進(jìn)塔內(nèi)，對(duì)物料進(jìn)行烘干，這種形式的熱風(fēng)中含有較多的雜質(zhì)，顆粒對(duì)陶瓷干粉產(chǎn)生影響，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有影響。隨著清潔能源的廣泛引用，鼓勵(lì)企業(yè)改用燃?xì)庵比际綗犸L(fēng)爐，該裝置不需要換熱器，保證燃燒熱量對(duì)空氣有效傳遞，同時(shí)該燃燒器燃燒產(chǎn)物潔凈，與空氣直接混合不會(huì)影響干燥產(chǎn)品的品質(zhì)，故采用燃?xì)庵比际綗犸L(fēng)爐即可提升產(chǎn)品品質(zhì)又兼具節(jié)能的特點(diǎn)，從而降低碳排放量。

4.3.4 設(shè)備節(jié)能

（1）球磨機(jī)

球磨機(jī)是物料粉碎不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備之一，球磨制漿的電耗占陶瓷廠全部電耗的60%[5]。根據(jù)調(diào)查，園區(qū)內(nèi)企業(yè)使用的均為恒速轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)，通過(guò)對(duì)陶瓷企業(yè)在用的球磨機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，采用加裝變頻器來(lái)調(diào)速[6]，可有效縮短球磨周期，減少能耗，進(jìn)而降低碳排放量。

（2）噴霧造粒

鼓勵(lì)企業(yè)用大規(guī)格節(jié)能型設(shè)備對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改造。園區(qū)陶瓷企業(yè)噴霧干燥塔多為3 000～5 000型，采用大型噴霧干燥塔的單位能耗省，其中6 000～7 000大型噴霧干燥塔單位能耗節(jié)省10%左右[7]，通過(guò)設(shè)備節(jié)能改造，從而降低碳排放量。

4.3.5 余熱回用

（1）園區(qū)企業(yè)普遍采用烘干窯與燒成窯兩道輥道窯進(jìn)行一次燒成制造產(chǎn)品，烘干窯熱源全部來(lái)自燒成窯，部分燒成窯余熱未能利用排放?？梢猿浞掷幂伒栏G的余熱為熱源，作為噴霧干燥塔熱源，從而降低噴霧干燥塔的燃料用量，降低碳排放量。

（2）全廠機(jī)械設(shè)備和用能設(shè)備進(jìn)行技改，對(duì)余熱回收系統(tǒng)管道外圍保溫涂料層進(jìn)行修補(bǔ)和加厚，增加了窯爐的保溫性能，節(jié)省了燃料消耗，降低碳排放量。通過(guò)改造和大檢修，重點(diǎn)對(duì)窯爐的保溫設(shè)施進(jìn)行整治。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)碳排放減排管理力度不斷加強(qiáng)，陶瓷行業(yè)的碳排放減排壓力也將不斷上升，企業(yè)需不斷挖掘碳排放減排潛力，通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)和工藝設(shè)備，努力降低行業(yè)碳排放量，以保證實(shí)現(xiàn)本行業(yè)的綠色環(huán)保、節(jié)能減排目標(biāo)。