歐盟制定的《歐盟2050低碳經(jīng)濟路線圖》明確提出，與1990年相比，2050年全球溫室氣體排放總量要降低80％～90％。國際能源署在《清潔能源轉(zhuǎn)型中的材料效率》中提出“清潔技術(shù)方案2050計劃”，對各行業(yè)如何實現(xiàn)　“碳中性”目標給出了明確的執(zhí)行路線和發(fā)展目標。

隨著“碳中性”理念的提出，世界各國對溫室氣體排放的控制標準越來越嚴格。水泥工業(yè)作為碳排放重點行業(yè)，如何有效降低碳排放，成為一個無法回避而又十分緊迫的課題。

水泥行業(yè)面臨的問題

1.碳排放作為碳排放大戶，水泥行業(yè)面臨的減排挑戰(zhàn)正成為積極推進行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)綠色環(huán)保發(fā)展的契機。世界水泥可持續(xù)發(fā)展促進會預計，到2050年，水泥行業(yè)需要實現(xiàn)0.79GtCO減排目標。其中，提高能效占比10％、使用替代燃料占比24％、降低熟料用量占比10％、碳捕獲占比56％。對比分析國際發(fā)展需求，國內(nèi)對水泥行業(yè)碳排放控制會越來越緊迫，標準也必然會越來越高。針對我國水泥行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，實現(xiàn)上述國際減排目標仍然需要在各個領域進一步開展廣泛而深入的技術(shù)研究，并借鑒一些發(fā)達國家成功的減排技術(shù)與經(jīng)驗，盡量少走彎路。

2.資源消耗

在考慮碳排放的同時，水泥行業(yè)也是資源消耗大戶。以國內(nèi)2019年熟料總產(chǎn)量15.2億噸計算，消耗礦產(chǎn)資源高達24億噸左右（按照完全使用自然礦產(chǎn)資源生產(chǎn)熟料進行核算）。周邊有限的礦產(chǎn)資源已經(jīng)使部分水泥企業(yè)出現(xiàn)或者即將面臨“無米下鍋”的窘境。如果原材料需要通過長距離運輸，其帶來的成本上升將成為企業(yè)難以承受的負擔。

工業(yè)固廢作為替代原料

1.潛在資源鋼鐵、火力發(fā)電、乙炔、氨堿等生產(chǎn)企業(yè)每年排放大量的鋼渣、礦渣、粉煤灰、硅鈣渣、電石渣、堿渣等固體廢棄物，資源化利用這些大宗固體廢棄物，實現(xiàn)變廢為寶，值得不斷深入研究。我國每年產(chǎn)生40億噸左右此類工業(yè)固體廢棄物，如果將其作為水泥企業(yè)的替代原料，以年利用率20％計算，能夠節(jié)省約8億噸的天然礦產(chǎn)資源，具有極大的社會價值與經(jīng)濟價值。水泥行業(yè)的主要原料為石灰石，約占80％～85％左右，每生產(chǎn)1噸水泥熟料需要消耗約1.3噸～1.4噸的石灰石。很多鋼渣類的固體廢棄物，其有效化學成分與水泥熟料的化學成分比較接近，具有作為水泥替代原料的可行性。

2.降低碳排放礦（鋼）渣固廢作為水泥替代原料不會分解產(chǎn)生CO，因此，可以降低碳排放。針對不同替代原料，依據(jù)溫室氣體排放核算國家標準GB／T32150－2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》和GB／T32151.8－2015《溫室氣體排放核算與報告要求第8部分：水泥生產(chǎn)企業(yè)》，通過理論計算，確定使用不同替代原料、不同替代比例時的碳減排量。按照常規(guī)的原材料配料方案（石灰石83％、黏土12％、硅質(zhì)校正料與鐵質(zhì)校正料總計5％為計算標準）計算，單位熟料CO排放量約為520kg／t.cl。國內(nèi)在電石渣作為水泥替代原料替代石灰石比例達到60％～100％，如果以60％的替代率進行核算，單位熟料CO排放量約為300kg／t.cl，比常規(guī)生產(chǎn)單位熟料碳排放量降低約220kg／t.cl；以硅鈣渣替代30％左右石灰石質(zhì)原料，單位熟料CO排放量約為425kg／t.cl，比常規(guī)生產(chǎn)單位熟料碳排放量降低約95kg／t.cl；以鋼渣替代15％左右石灰石質(zhì)原料，單位熟料CO排放量約為475kg／t.cl，比常規(guī)生產(chǎn)時碳排放量降低約45kg／t.cl。2018年國內(nèi)熟料產(chǎn)量14億噸，2019年達到15.2億噸，按照常規(guī)生產(chǎn)方案核算，每年碳排放量將達到驚人的7億噸～8億噸。如果能夠采取替代原料等措施，將有助于實現(xiàn)30％左右碳減排目標。因此，使用工業(yè)固廢作為水泥替代原料，在降低碳排放方面極具研究與應用價值。

3.降低系統(tǒng)能耗使用礦（鋼）渣類固廢作為替代原材料，不僅降低CO排放量，而且會降低系統(tǒng)煙氣總量，從而使預熱器內(nèi)通風量降低、各個控制點的風速下降，預熱器系統(tǒng)壓損減少，高溫風機和尾排風機的電耗降低，實現(xiàn)系統(tǒng)增產(chǎn)。此外，因礦（鋼）渣類固廢中存在硅酸二鈣和硅酸三鈣礦物，在水泥熟料煅燒過程中起到晶種作用，可以改善生料的易燒性、降低煅燒溫度。

4.典型案例

2010年，德國洪堡（KHD）公司在俄羅斯投建兩條3000t／d熟料生產(chǎn)線，利用附近鋼廠的鋼渣替代30％左右的原材料。根據(jù)國內(nèi)相關標準進行核算，單位熟料CO排放量僅為415kg／t.cl左右，比常規(guī)降低約105kg／t.cl；現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)顯示，實際碳排放量只有385kg／t.cl左右。按照兩條熟料生產(chǎn)線年產(chǎn)140萬噸熟料進行核算，則年減排CO約14萬噸～18萬噸。同時，熟料生產(chǎn)電耗下降1.5kwh／t.cl；熱耗降低至600kcal／kg.cl左右，低于系統(tǒng)生產(chǎn)熱耗指標保證值716kcal／kg.cl。節(jié)電節(jié)煤，又進一步降低碳排放量。

存在的問題與應對措施

需要注意的是，部分工業(yè)固廢中含有一定比例的金屬成分或者氯離子等對生產(chǎn)過程和水泥性能有害的成分，摻入比例有嚴格的限制。因此，需要進行預處理從而提高替代比例。同時，硅酸二鈣和硅酸三鈣晶種等因素降低了出現(xiàn)高溫液相的溫度，因此需要對現(xiàn)有燒成系統(tǒng)的熱工制度進行適當調(diào)整，如降低總喂煤量（主要是降低尾煤量）、控制分解爐內(nèi)部及出口風溫、控制各級旋風筒出口風溫等，以防止生產(chǎn)過程中過早出現(xiàn)液相，造成預熱器系統(tǒng)結(jié)皮、堵料及黃心料等現(xiàn)象。替代原料種類和替代比例，需要在生產(chǎn)中根據(jù)實際情況進行摸索，確定具有針對性的熱工制度?？紤]到替代原料本身的特點，礦（鋼）渣類替代原料與“4級預熱器”的熱工制度有很多契合點，在節(jié)能及工程量投入等方面有更大的效益空間。控制溫室氣體排放，實現(xiàn)“碳中性”目標，是大勢所趨。通過大力開展工業(yè)固廢替代水泥原材料的研究和規(guī)模化應用，可顯著降低對天然礦產(chǎn)資源和能源消耗，是我國水泥行業(yè)實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，更是踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的積極行動。