王燕謀：中國水泥工業(yè)致力于減排二氧化碳的現(xiàn)狀和展望
中國水泥網(wǎng)總顧問、原國家建材局局長 王燕謀
10月21-22日，由中材集團和Intercem聯(lián)合舉辦的2009’國際水泥大會在香港召開。會議主辦方特別邀請中國水泥網(wǎng)總顧問、原國家建材局局長王燕謀做了題為《中國水泥工業(yè)致力于減排二氧化碳的現(xiàn)狀和展望》的報告，向與會嘉賓詳細介紹中國水泥工業(yè)在節(jié)能減排方面所做的工作以及取得的成就。下面是報告全文。
環(huán)境惡化、氣候變暖，是當今人類社會面臨的大問題。水泥工業(yè)排放二氧化碳量占總排量的比例較大，減排二氧化碳是在未來發(fā)展中必須承擔的社會責任。
國家主席胡錦濤同志2009年9月22日在聯(lián)合國氣候變化峰會開幕式上發(fā)表講話，中國要爭取到2020年單位GDP 二氧化碳排放比2005年有顯著下降。減排二氧化碳將是我國水泥工業(yè)今后發(fā)展中的一項重要任務。
中國水泥工業(yè)積極致力于減排二氧化碳，已取得明顯成效，但今后尚有許多工作要做。減排二氧化碳的工作主要 有以下四個方面。
一、調(diào)整結構
中國水泥工業(yè)結構通常是指技術結構，調(diào)整結構就是用先進的新型干法取代落后的生產(chǎn)方法。新型干法是指包括預分解窯燒成、現(xiàn)代粉磨、物料均化和計算機集散控制等技術在內(nèi)的生產(chǎn)方法。落后生產(chǎn)方法是指立窯、濕法窯、立波爾窯和中空干法窯等生產(chǎn)方法。2008年落后方法產(chǎn)量中，立窯產(chǎn)量占95%以上。
1、各種生產(chǎn)方法的煤耗
各種生產(chǎn)方法的煤耗列于表1。新型干法是最省煤的生產(chǎn)方法；落后生產(chǎn)方法的煤耗都高于新型干法，其中產(chǎn)量占95%以上的立窯的煤耗要高出29%。
表1 水泥各種生產(chǎn)方法的煤耗比較
|
生產(chǎn)方法
|
熟料熱耗
kJ/kg
|
熟料標準煤耗
kgce/t
|
相對值
%
|
|
新型干法
|
3260
|
111
|
100
|
|
立窯
|
4180
|
143
|
129
|
|
立波爾窯
|
4096
|
140
|
126
|
|
中空干法窯
|
5434
|
186
|
168
|
|
濕法窯
|
5852
|
200
|
180
|
2、新型干法發(fā)展狀況
進入新世紀后，我國新型干法技術趨于成熟，水泥企業(yè)改革深化到位，在國務院有關部門和各級政府的支持下，自2002年起全國掀起新型干法生產(chǎn)線建設高潮，2003年后新型干法產(chǎn)量開始迅速增長。21世紀我國水泥新型干法產(chǎn)量增長情況如表2所示。自2004年起，新型干法產(chǎn)量每年以1億噸以上的速度遞增；2007年開始，新型干法產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例超過50%，2008年達62%，這是水泥工業(yè)結構調(diào)整的重大突破。2001年到2008年間，我國水泥新型干法的發(fā)展非常迅速。
表2 水泥新型干法產(chǎn)量增長情況
|
年份
|
水泥總產(chǎn)量
萬噸
|
新型干法產(chǎn)量
萬噸
|
新型干法與上年相比增量
萬噸
|
占總量比例
%
|
|
01
|
66,400
|
9,372
|
—
|
14
|
|
02
|
72,500
|
12,341
|
+2,969
|
17
|
|
03
|
86,200
|
18,965
|
+6,624
|
22
|
|
04
|
97,000
|
31,630
|
+12,665
|
33
|
|
05
|
106,000
|
47,270
|
+15,640
|
45
|
|
06
|
124,000
|
60,208
|
+12,938
|
49
|
|
07
|
136,000
|
71,489
|
+11,281
|
53
|
|
08
|
138,800
|
85,812
|
+14,323
|
62
|
3、落后生產(chǎn)方法淘汰狀況
進入新世紀后，落后方法產(chǎn)量增減情況示于表3。2008年落后方法產(chǎn)量比上年減少了近1.2億噸，在總產(chǎn)量中的比例下降到38%。近幾年我國煤價暴漲，濕法窯等高煤耗生產(chǎn)線大都難于維持生計，紛紛停產(chǎn)。2006年以來，從中央到地方各級政府加大了淘汰立窯的力度，大批立窯企業(yè)倒閉，浙江和河南兩省的立窯企業(yè)幾乎全被淘汰。2008年落后方法產(chǎn)量大幅下降，淘汰落后生產(chǎn)方法的工作取得很大進展。
表3 落后生產(chǎn)方法產(chǎn)量的增減情況
|
年份
|
水泥總產(chǎn)量
萬噸
|
落后方法產(chǎn)量
萬噸
|
落后方法與上年相比增量
萬噸
|
占總量比例
%
|
|
01
|
66,400
|
57,028
|
—
|
86
|
|
02
|
72,500
|
60,159
|
+3,131
|
83
|
|
03
|
86,200
|
67,235
|
+7,076
|
78
|
|
04
|
97,000
|
65,370
|
-1,865
|
67
|
|
05
|
106,000
|
58,730
|
-6,640
|
55
|
|
06
|
124,000
|
63,792
|
+5,062
|
51
|
|
07
|
136,000
|
64,511
|
+719
|
47
|
|
08
|
138,800
|
52,988
|
-11,523
|
38
|
4、通過結構調(diào)整減排二氧化碳
根據(jù)表2的新型干法產(chǎn)量增長情況和表3的落后方法產(chǎn)量增減情況，可以得出，進入21世紀后我國水泥工業(yè)總量的增長和相應的結構調(diào)整，主要依靠新型干法的迅速發(fā)展。在結構調(diào)整中，低煤耗新型干法產(chǎn)量比例的提高與高煤耗落后方法產(chǎn)量比例的降低，使水泥單位產(chǎn)品煤耗下降，熟料標準煤耗由2001年的150kgce/t下降到2007年的126kgce/t。2008年近1.2億噸落后方法產(chǎn)量由新型干法產(chǎn)量所取代，此項調(diào)整節(jié)省了369萬噸標準煤，減排二氧化碳959萬噸。
從表3可以看到，2008年我國水泥工業(yè)還有約5.3億噸落后方法產(chǎn)量，通過調(diào)整結構減排二氧化碳的任務仍很重。政府有關部門最近提出要在3年內(nèi)淘汰水泥落后生產(chǎn)方法。[Page]
二、發(fā)展低溫余熱發(fā)電
1、低溫余熱發(fā)電的含義
在中國，利用水泥回轉(zhuǎn)窯排出的氣體進行發(fā)電已有76年的歷史，按氣體溫度不同，分以下三種余熱發(fā)電類型：
第一類是高溫余熱發(fā)電，即利用水泥中空干法窯窯尾900℃～1000℃高溫氣體進行發(fā)電。這是我國水泥工業(yè)早期的余熱發(fā)電，現(xiàn)已被淘汰。
第二類是中低溫余熱發(fā)電，這是利用水泥預分解窯排出的低溫氣體與補燃鍋爐燒成的高溫氣體混合成中低溫氣體進行發(fā)電。20世紀90年代，一些新型干法企業(yè)曾采用此類余熱發(fā)電?，F(xiàn)在，中國政府不主張推廣中低溫余熱發(fā)電。
第三類是低溫余熱發(fā)電，其不同點是利用水泥預分解窯窯尾300℃～400℃和冷卻機150℃～200℃的低溫氣體進行發(fā)電。我國政府提倡和鼓勵低溫余熱發(fā)電。這類余熱發(fā)電已成為水泥企業(yè)降低成本和減排二氧化碳的主要手段之一。
2、發(fā)展狀況
自1998年海螺集團寧國水泥廠建設中國第一個低溫余熱發(fā)電裝置以來，此項技術已被國人逐漸掌握；近期煤價暴漲，低溫余熱發(fā)電的經(jīng)濟效益突現(xiàn)顯著；水泥行業(yè)減排二氧化碳的社會責任已被廣大企業(yè)領導和職工所認同。在這樣的形勢下，水泥窯低溫余熱發(fā)電在全國被迅速推廣，發(fā)電裝機容量猛增。近年我國低溫余熱發(fā)電裝機容量增長情況示于表4。
表4 低溫余熱發(fā)電裝機容量增長情況
|
年份
|
生產(chǎn)線
條
|
機組
臺
|
裝機容量
MW
|
|
1998～2005
|
13
|
14
|
50
|
|
2006
|
15
|
14
|
65.5
|
|
2007
|
86
|
59
|
571
|
|
2008
|
149
|
106
|
975.2
|
|
合 計
|
263
|
193
|
1661.7
|
根據(jù)我國能源情況，低溫余熱發(fā)電可設置在日產(chǎn)2000噸熟料及其以上規(guī)模的生產(chǎn)線上。2008年中國有水泥新型干法生產(chǎn)線935條，其中可設置的生產(chǎn)線有590條。在表4上看到，2008年我國已有263條水泥新型干法生產(chǎn)線安裝了低溫余熱發(fā)電裝置，占可設置生產(chǎn)線總數(shù)的45%，已有相當大的規(guī)模。從表4還看到，水泥新型干法生產(chǎn)線上已有193臺發(fā)電機組，裝機總?cè)萘窟_約1662MW，水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)電的推廣速度非常快。
3、通過發(fā)展低溫余熱發(fā)電減排二氧化碳
利用水泥燒成系統(tǒng)的低溫余熱進行發(fā)電，不需燃煤，因而不會排放二氧化碳，減少了燃煤發(fā)電的二氧化碳排放總量。2008年我國水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)出的電量總計71億kWh，相應減排二氧化碳665萬噸。
從目前低溫余熱發(fā)電的發(fā)展趨勢看，可以預料，在余下55%可設置的現(xiàn)有新型干法生產(chǎn)線上，很快都將全部增添余熱發(fā)電。此外，低溫余熱發(fā)電將作為一個重要工藝環(huán)節(jié)在新建生產(chǎn)線時配套建設。[Page]
三、實施多品種多等級通用水泥產(chǎn)品結構模式
中華人民共和國成立前，全國沒有統(tǒng)一的水泥國家標準，北方水泥企業(yè)用日本標準、南方水泥企業(yè)用美國標準或英國標準。這些標準雖然在許多方面有所差異，但其產(chǎn)品結構都屬單一品種、不分等級的模式。新中國成立后，在人民政府有關部門領導下，中國建材研究院前任付院長、水泥專家黃大能同志負責制訂全國統(tǒng)一的水泥國家標準。他一改過去而選用了多品種、多等級產(chǎn)品結構模式，這為水泥工業(yè)利用廢渣、少用熟料、節(jié)能減排創(chuàng)造了條件，這樣的選擇是非常正確的。我國水泥國家標準雖幾經(jīng)修訂，但一直保持著多品種多等級的模式。
1、通用水泥國家標準
現(xiàn)行通用水泥國家標準GB175—2007關于水泥組分的規(guī)定示于表5。我國通用水泥有：P.；P.O；P.S；P.F和P.C等6個品種，這些品種都允許摻入一定量的工業(yè)廢渣，而且，有些品種允許摻入的數(shù)量可波動在一個較大范圍內(nèi)。
表5 國家標準GB175—2007關于水泥組分的規(guī)定
|
品種
|
代號
|
組分
|
||||
|
熟料+石膏
|
粒化高爐
礦渣
|
火山灰質(zhì)
混合材料
|
粉煤灰
|
石灰石
|
||
|
硅酸鹽水泥
|
P.I
|
100
|
—
|
—
|
—
|
—
|
|
P.II
|
≥95
|
≤5
|
—
|
—
|
—
|
|
|
≥95
|
—
|
—
|
—
|
≤5
|
||
|
普通硅酸鹽水泥
|
P.O
|
≥80且＜95
|
＞5且≤20a
|
—
|
||
|
礦渣硅酸鹽水泥
|
P.S.A
|
≥50且＜80
|
＞20且≤50b
|
—
|
—
|
—
|
|
P.S.B
|
≥30且＜50
|
＞50且≤70b
|
—
|
—
|
—
|
|
|
火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥
|
P.P
|
≥60且＜80
|
—
|
＞20且≤40c
|
|
—
|
|
粉煤灰硅酸鹽水泥
|
P.F
|
≥60且＜80
|
—
|
—
|
＞20且≤40d
|
—
|
|
復合硅酸鹽水泥
|
P.C
|
≥50且＜80
|
＞20且≤50e
|
|||
2、水泥企業(yè)2008年的品種結構
XX大型新型干法水泥企業(yè)在2008年6月1日實施新標準后銷售的產(chǎn)品結構示于表6。XX省立窯水泥企業(yè)實施新標準后銷售的產(chǎn)品結構列于表7。從表6看出，該新型干法企業(yè)的產(chǎn)品結構主要是：P.O 42.5、占41.5%；P.C 32.5、占41.2%；P.S 32.5、占15.3%。從表7看出，該省立窯水泥企業(yè)的品種主要是P.C、占90%?？梢姡覈斍颁N售的水泥品種主要是P.O 42.5和P.C 32.5。
表6 XX大型新型干法水泥企業(yè)在2008年產(chǎn)品結構
|
品種與等級
|
硅酸鹽水泥
|
普通水泥
|
礦渣水泥
|
復合水泥
|
|
|
P.I
|
P.II
|
P.O 42.5
|
P.S 32.5
|
P.C 32.5
|
|
|
銷量比 %
|
1.4
|
0.6
|
41.5
|
15.3
|
41.2
|
表7 XX省立窯水泥企業(yè)2008年產(chǎn)品結構
|
品種與等級
|
普通水泥
|
礦渣水泥
|
復合水泥
|
|
P.O 42.5
|
P.S 32.5
|
P.C 32.5
|
|
|
銷量比 %
|
7
|
3
|
90
|
3、水泥企業(yè)各品種水泥的混合材摻量
XX大型新型干法水泥企業(yè)熟料質(zhì)量為3天抗壓強度31MPa、28天62MPa，其水泥品種的混合材摻量示于表8。XX省立窯水泥企業(yè)熟料平均質(zhì)量為3天抗壓強度25MPa、28天49MPa，其水泥品種的混合材摻量示于表9。表8顯示，該新型干法企業(yè)主要品種P.O 42.5的工業(yè)廢渣摻量為19.8%，P.S 32.5為49.2%，P.C 32.5為33.3%、另摻石灰石15.6%。表9顯示，該省立窯企業(yè)主要品種P.C 32.5的工業(yè)廢渣摻量為32%，另摻石灰石5%。這些數(shù)據(jù)表明，新型干法企業(yè)和立窯企業(yè)生產(chǎn)的主要水泥品種中都摻入大量工業(yè)廢渣和石灰石。
表8 XX大型新型干法企業(yè)水泥品種混合材摻量
|
品 種
|
礦渣 %
|
粉煤灰 %
|
石灰石 %
|
|
P.O 42.5
|
19.8
|
|
|
|
P.S 32.5
|
49.2
|
|
|
|
P.C 32.5
|
12.6
|
20.7
|
15.6
|
表9 XX省立窯企業(yè)水泥品種混合材摻量
|
品 種
|
礦渣 %
|
粉煤灰 %
|
石灰石 %
|
|
P.O 42.5
|
15
|
|
|
|
P.S 32.5
|
38
|
|
|
|
P.C 32.5
|
22
|
10
|
5
|
4、通過實施多品種多等級產(chǎn)品結構減排二氧化碳
生產(chǎn)1噸水泥熟料要產(chǎn)生近1噸二氧化碳，實施多品種多等級產(chǎn)品結構，可利用工業(yè)廢渣和石灰石取代部分熟料，從而減少二氧化碳排放。我國水泥工業(yè)每年用作混合材的工業(yè)廢渣和石灰石為4億多噸，減排的二氧化碳量相當可觀。
在生產(chǎn)實踐中得出，提高熟料1MPa 3天抗壓強度，一般可增加2%混合材摻量。據(jù)30個大型水泥企業(yè)的統(tǒng)計，其熟料3天抗壓強度平均為30.5MPa，28天為58.9MPa，我國大型新型干法企業(yè)有著改善熟料質(zhì)量的很大余地。為了減排二氧化碳和降低成本，許多企業(yè)須要在提高熟料質(zhì)量方面狠下功夫。
早在20世紀90年代，中國工程院院士、混凝土專家吳中偉同志曾提出關于提高混凝土等級、減少水泥用量、減排二氧化碳的建議，這是一個很有遠見的提議，具有現(xiàn)實意義。
根據(jù)表6、表7和其他資料估計出，我國通用水泥銷售總量中，32.5等級的占50%～60%、42.5等級的占30%～40%、52.5及其以上等級的比例很小，說明工程上普遍使用的水泥等級較低。有關資料介紹，國際上工業(yè)發(fā)達國家普遍使用的水泥混凝土等級為C50—C60，而我國普遍使用的水泥混凝土等級是C30—C40。提高混凝土使用等級，在工程上可縮小建筑構件斷面尺寸，降低水泥用量；對水泥工業(yè)要求生產(chǎn)更多高等級水泥、優(yōu)化產(chǎn)品結構，同時可降低水泥生產(chǎn)總量，從而減少二氧化碳排放。為提高混凝土使用等級，最關鍵措施是修訂各種工程的設計和施工規(guī)范。這項工作涉及面廣、工作量大，須由政府部門和有關單位進行積極推動和精心組織。這是當前我國水泥和建筑業(yè)界非常有意義的工作，具有很高經(jīng)濟與社會效益。
可以預見，在全國工程建設提高混凝土使用等級的引導下，中國水泥工業(yè)必將優(yōu)化產(chǎn)品結構，降低水泥總產(chǎn)量，實現(xiàn)大幅度減排二氧化碳。[Page]
四、開發(fā)低鈣水泥新品種
20世紀70年代，中國建材研究院成功開發(fā)出硫鋁酸鹽水泥。這是一種CaO含量較低的新品種水泥。
1、硫鋁酸鹽水泥熟料組成
硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成和化學組成分別列于表10和表11。從表10看到，硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成主要是 和C2S，與硅酸鹽水泥熟料有很大區(qū)別。從表11看到，硫鋁酸鹽水泥熟料CaO含量較低，比硅酸鹽水泥熟料低24%。
表10 硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成
|
熟料品種
|
|
C3S
|
C2S
|
C3A
|
C4AF
|
|
硅酸鹽水泥
|
—
|
45～60
|
15～35
|
5～14
|
10～16
|
|
硫鋁酸鹽水泥
|
55～75
|
—
|
25～37
|
—
|
3～10
|
表11 硫鋁酸鹽水泥熟料化學組成
|
熟料品種
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
|
硅酸鹽水泥
|
21～25
|
4～8
|
2～4
|
64～67
|
|
硫鋁酸鹽水泥
|
3～13
|
30～38
|
1～3
|
38～45
|
2、硫鋁酸鹽水泥的應用
與硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥具有初期水化熱高、早期強度高、抗?jié)B性好、耐腐蝕性好、有可控膨脹性和水化液相堿度較低等特種性能。開發(fā)成功后曾應用于下列工程。
?。?）冬季施工工程：103米高的沈陽電信工程大樓、北京長城飯店、佳木斯火車站、南極長城考察站……等房屋建筑工程。
（2）快速施工工程：北京東三環(huán)燕莎立交橋、首都機場停車坪、首都鋼鐵公司礦業(yè)公司道路……等市政工程。
?。?）防水工程：天津市建材研究所地下實驗室、唐山新區(qū)污水處理池、沈陽菲菲樂園地下工程……等。
?。?）海洋工程：福建東山島南門海堤、青島黃島防砂堤、天津漢沽鹽場鐵路橋涵……等。
?。?）水泥制品：水泥壓力管、水泥排水管、高強預應力混凝土樁、玻璃纖維增強水泥（GRC）……等。
自1979年2月北京長安街、復興門、原國家海洋局大樓進行施工起，硫鋁酸鹽水泥已有30年應用歷史。
3、通過開發(fā)低鈣水泥新品種減排二氧化碳
生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥時，由于熟料CaO含量較低，原料中石灰石配比下降，因石灰石分解排出的二氧化碳量相應減少。硫鋁酸鹽水泥熟料燒成時，燒成溫度比硅酸鹽水泥熟料低100℃，煤耗較低，由燃煤而排出的二氧化碳量也就減少。因此，硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)比硅酸鹽水泥可減排二氧化碳約30%。
近幾年硫鋁酸鹽水泥的年使用量一直保持在200萬噸左右，數(shù)量較小，其原因是至今尚未制訂出硫鋁酸鹽水泥混凝土工程設計與施工規(guī)范。有關研究單位和生產(chǎn)單位要與各使用單位密切協(xié)作，爭取政府部門的支持，從速制訂出該項規(guī)范，以大幅度擴大硫鋁酸鹽水泥使用量和生產(chǎn)量，為減排二氧化碳取得更大成效。
目前有關科研、學校和生產(chǎn)單位正在開發(fā)其他低鈣水泥新品種：如硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥、貝利特硅酸鹽水泥等等。開發(fā)低鈣水泥新品種是今后減排二氧化碳的重要技術措施之一。
除上述四個方面外，企業(yè)管理，特別是能源管理和環(huán)保管理等，也是減排二氧化碳工作的重要方面。
展望未來，減排二氧化碳的潛力很大，任務很重。中國水泥行業(yè)將堅持科學發(fā)展，不斷創(chuàng)新，為進一步節(jié)能減排作出新貢獻。
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