【水泥工業(yè)碳減排技術(shù)路線探究（論文）5700字】

水泥工業(yè)碳減排技術(shù)路線研究目錄TOC\o"1-2"\h\u20905一、水泥行業(yè)二氧化碳減排現(xiàn)狀 13229二、減排技術(shù)途徑 294661.歐洲水泥協(xié)會的低碳技術(shù)路線 2266642.英國混凝土和礦物產(chǎn)品協(xié)會的技術(shù)路線 25133.國際能源署的技術(shù)路線 3127324.LH（拉法基豪瑞）減碳技術(shù)途徑和目標(biāo) 4298005.華新水泥減碳技術(shù)途徑和目標(biāo) 465906.天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司碳減排路線 630936三、總結(jié) 826791（1）新型低碳水泥技術(shù) 817045（2）水泥窯協(xié)同處置及原燃料替代技術(shù) 81706（3）水泥窯爐余熱發(fā)電技術(shù) 86909（4）燒成及粉磨的能源節(jié)約技術(shù) 831169（5）碳捕集、貯存及利用技術(shù) 84588（6）低碳膠凝材料 8一、水泥行業(yè)二氧化碳減排現(xiàn)狀習(xí)近平主席提出實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。中國建材聯(lián)合會想全行業(yè)發(fā)出了《推進建筑材料行業(yè)碳達峰、碳中和行動倡議書》，我國建筑材料行業(yè)要在2025年前全面實現(xiàn)碳達峰、水泥等行業(yè)要在2023年前率先實現(xiàn)碳達峰。建材行業(yè)實施碳減排是重大政策落地，也是一次關(guān)鍵的行業(yè)轉(zhuǎn)型。2011~2019年，我國生產(chǎn)水泥產(chǎn)量共計325億噸，占1949年以來水泥生產(chǎn)總量的82.83%，2015年以后幾年全國水泥產(chǎn)量基本圍繞著22~24億噸上下波動，2018年全國人均水泥產(chǎn)量為1.7噸，遠超過世界人均水泥產(chǎn)量0.3噸的平均水平。國內(nèi)平均噸水泥綜合電耗88kWh，國外先進水平噸水泥綜合電耗80kWh，國內(nèi)領(lǐng)先水平噸水泥綜合電耗82kWh；國內(nèi)平均水平噸水泥綜合能耗93kg標(biāo)煤，國外先進水平噸水泥綜合能耗77.5kg標(biāo)煤，國內(nèi)領(lǐng)先水平噸水泥綜合能耗80kg標(biāo)煤；國內(nèi)平均水平噸熟料燒成煤耗110kg標(biāo)煤，國外先進水平噸熟料燒成煤耗98kg標(biāo)煤，國內(nèi)領(lǐng)先水平噸熟料燒成煤耗94kg。碳核算表明：每生產(chǎn)一噸熟料會產(chǎn)生直接CO2排放0.853噸，其中石灰石等碳酸鹽原料分解過程產(chǎn)生的排放約占58%，水泥熟料煅燒過程中煤炭燃燒產(chǎn)生的排放約占35%，水泥生產(chǎn)過程中電力消耗產(chǎn)生的排放約占7%。2020年全國CO2總排放100億噸，水泥工業(yè)占比13.9%，全球CO2排放340億噸，中國占全球排放29.4%。二、減排技術(shù)途徑1.歐洲水泥協(xié)會的低碳技術(shù)路線一共提出五條技術(shù)路線：（1）提高資源的利用效率，包括：可替代燃料、可替代原料、熟料替代、新型水泥、轉(zhuǎn)化效率（2）提高能源效率，包括：熱能效率、電能效率（3）碳回收利用，包括：碳回收、生物碳捕集（4）提高產(chǎn)品效率，包括：低碳水泥（5）下游采取以下革新措施：發(fā)展智能建筑、可循環(huán)水泥、再碳化、可持續(xù)建筑計劃從1990年的783kgCO2/tcement降低到2050年的0kgCO2/tcement，其中至2017年已經(jīng)降低了116kgCO2/tcement,再采取以下措施能降低到0：歐洲碳中和技術(shù)路線及減排配額（kgCO2/tcement）路徑減排配額預(yù)算路徑減排配額預(yù)算脫碳原料的替換降低-27利用電能及可再生能源降低-36采用可替代燃料-71水泥碳中和運輸-10提升熱效率降低-26數(shù)字化混凝土攪拌設(shè)計-52生產(chǎn)低碳熟料降低-17混凝土碳中和運輸-7采用H2-19降低建筑中混凝土使用-89利用碳捕捉封存技術(shù)-280建筑環(huán)境碳捕集-51熟料比例替代-72歐盟認為碳捕集封存及利用技術(shù)減排量能占減排量的42%，歐盟認為應(yīng)該立即發(fā)展全歐洲范圍內(nèi)的二氧化碳運輸和存儲網(wǎng)絡(luò)，通過政府支持開展相關(guān)技術(shù)的商業(yè)運作案例；可替代原燃料約占減排量15%，歐盟認為應(yīng)出臺政策促進歐盟國家之間廢棄物運輸并限制垃圾填埋及廢棄物出口；低碳水泥產(chǎn)品約占減排量13%，相關(guān)政策目標(biāo)是在全生命周期的基礎(chǔ)上減少歐洲建筑的二氧化碳排放量，鼓勵市場采用低碳產(chǎn)品。2.英國混凝土和礦物產(chǎn)品協(xié)會的技術(shù)路線到2050年，技術(shù)層面對凈零的貢獻分配技術(shù)：減排量（kgCO2/t）碳減排比例（%）技術(shù)說明間接排放電力脫碳27.054需要電力的脫碳技術(shù)包括等離子能源和CCUS，使用此類技術(shù)可使用電量增加80%至130%先進制造技術(shù)，如AL和自動化將提升混凝土和水泥廠運營效率交通運輸44.457通過減少汽油和柴油實現(xiàn)脫碳運輸。投資新車隊并減少道路運輸里程減少碳排放加大鐵路運力，實現(xiàn)行業(yè)的供轉(zhuǎn)鐵模式轉(zhuǎn)換，減少運輸排放低碳水泥和混凝土76.2812設(shè)計新的混凝土配合比，修訂產(chǎn)品和建筑標(biāo)準可以降低排放成分研發(fā)熟料參量，替代粘合劑和水泥配比，減少了碳排放燃料轉(zhuǎn)換99.4516生物質(zhì)及其他廢棄物可產(chǎn)生水泥生產(chǎn)所需熱量的70%以上。英國在氫氣生產(chǎn)、輸送網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)投資，可使用氫氣、等離子體或其他新的加熱技術(shù)CCUS390.9761英國已投資相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施支撐CCUS技術(shù)的應(yīng)用到2050年，CCUS和生物質(zhì)能源將為凈零目標(biāo)作出更大貢獻碳化CO2進一步減少12碳化過程是混凝土在整個生命周期中從大氣中吸收CO2的過程若全球平均碳化率為23%，即可進一步減小12%的CO2排放量，到2050年，通過優(yōu)化和加速碳化技術(shù)增加其貢獻熱質(zhì)量CO2進一步減少44混凝土和磚石建筑可以吸收、存儲和釋放熱量，減少建筑物加熱或冷卻所需能量預(yù)計到2050年英國將節(jié)省14%的電力消耗，這相當(dāng)于2018年混凝土和水泥排放水平的44%3.國際能源署的技術(shù)路線《2050年水泥工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)路線圖》碳排放削減途徑（1）提高能源利用效率（2）發(fā)展協(xié)同處置技術(shù)（3）降低水泥熟料系數(shù)（4）應(yīng)用碳捕集等新型科技4.LH（拉法基豪瑞）減碳技術(shù)途徑和目標(biāo)LH將碳排放分為三類：第一類為水泥生產(chǎn)過程中原、燃料排放；第二類排放為用電排放；第三類排放為：運輸途中排放。LH減排技術(shù)途徑和目標(biāo)排放類型2030年目標(biāo)與技術(shù)途徑2050年目標(biāo)與技術(shù)途徑第一類排放熟料系數(shù)降至68%與科學(xué)碳目標(biāo)倡議合作，研發(fā)凈零水泥路線圖替代燃料用量提高至37%將熟料系數(shù)降至最低值、利用替代燃料，實現(xiàn)凈零排放原材料替代提高到2位數(shù)利用燒結(jié)粘土替代礦渣、粉煤灰等傳統(tǒng)礦物碳捕捉利用及封存（CCUS）大規(guī)模部署CCUS項目第二類排放余熱發(fā)電數(shù)量提高3倍盡可能配備余熱發(fā)電系統(tǒng)逐步淘汰自備電站，擴大可再生能源利用率；安裝風(fēng)力發(fā)電及太陽能發(fā)電設(shè)施與電力生產(chǎn)商合作，擴大可再生能源利用率；簽訂電力購買協(xié)議監(jiān)測電網(wǎng)、供電方逐步脫碳，適時降低所購電能的碳強度供電方逐步脫碳，從國家脫碳電磁場再生電力第三類排放優(yōu)化交通運輸網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計最佳碳足跡方案CO2排放納入采購政策，降低所有采購物資CO2排放量改善物流、配送，優(yōu)化路線及負荷在所有市場區(qū)域，使用環(huán)保型交通工具和車輛優(yōu)化車輛，減少傳統(tǒng)燃料消耗采用運輸管理系統(tǒng)、優(yōu)化運輸路線綠色駕駛：司機培訓(xùn)，減少3-6%的燃料消耗車隊使用“車載管理系統(tǒng)”使用環(huán)保型入廠運輸手段，降低燃料運輸排放最大限度地使用當(dāng)?shù)夭少彽奶娲剂?.華新水泥減碳技術(shù)途徑和目標(biāo)（1）替代燃料和原料替代燃料：目前使用生活垃圾預(yù)處理可燃物（CMSW），熱替代率40%，減排100kgCO2/噸熟料。未來增加塑料、橡膠、稻殼、稻草等高可燃熱值廢棄物，預(yù)處理后作為替代燃料，實現(xiàn)化石燃料全替代，實現(xiàn)無化石生產(chǎn)，減排290kgCO2/噸熟料。替代原料：工業(yè)廢渣（如電石渣、磷石膏替代排放主體CaCO3）、污泥。（2）熟料利用系數(shù)高摻量工業(yè)廢棄物高性能水泥的制備技術(shù)：工業(yè)廢棄物活化后采取組分設(shè)計和顆粒設(shè)計，最后規(guī)?；a(chǎn)設(shè)備。超細粉磨技術(shù)+分別粉磨技術(shù)+替代熟料的材料技術(shù)。將熟料和天然免燒材料（石灰石、石英砂、花崗巖、玄武巖）混合材分別粉磨為超細粉、最大限度利用熟料中有效膠凝材料成分，降低膠凝材料中的熟料系數(shù)，實現(xiàn)水泥熟料總量降低10%。（3）燃料效率采用低環(huán)境負荷技術(shù)：高效分解-預(yù)燒系統(tǒng)。采用富氧燃燒技術(shù)。（4）余熱高效率利用水泥窯余熱的深度利用，提高水泥窯綜合熱效率（80%）。（5）外加劑的應(yīng)用傳統(tǒng)的助磨增強，從水泥標(biāo)準的角度，降低水泥中熟料消耗系統(tǒng)。采用功能性的水泥外加劑，比如大幅度降低水泥需水性能，從水泥標(biāo)準和混凝土應(yīng)用端的角度，降低水泥熟料消耗系數(shù)或是單方混凝土水泥用量，或兩者兼具。華新未來碳減排路線時間路線2021-2025大力發(fā)展協(xié)同處置業(yè)務(wù)，同步能耗優(yōu)化，降低熟料系數(shù)以窯尾煙氣固碳減排產(chǎn)品為主線，開發(fā)CCER減排項目開發(fā)低碳熟料、碳中和混凝土等其他新型建材產(chǎn)品現(xiàn)有生產(chǎn)線深挖潛力，節(jié)能降耗2025-2030隨著水泥需求的下行，基于碳價發(fā)現(xiàn)，探索更具有柔性策略的熟料生產(chǎn)計劃（總量控制）深度參與成熟的國家碳市場交易行為，從交易上中彌補配額缺口關(guān)注鋼渣礦化利用等技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化（替代熟料），適時開展項目實驗并利用開展生物質(zhì)燃燒CO2捕集及食品級利用項目2030-2035CCUS產(chǎn)業(yè)集群及運行成本下降后（預(yù)測在2035年第二代技術(shù)成熟后，CCUS運行成本較現(xiàn)有技術(shù)下降一半），在具有地質(zhì)、海洋封存潛力的川渝、廣東地區(qū)開展試點及運行積極探索、實施鋼渣礦化等項目適合CCUS開發(fā)背景下的裝備、工藝改進2035后在使用替代燃料的基礎(chǔ)上，在產(chǎn)業(yè)集群區(qū)域?qū)嵤淠芴娲剂匣虿捎锰烊粴?，實現(xiàn)化石燃料排放進一步下降（清潔電力的廣泛使用后，電解水制氫的成本大幅降低）采用光、電、等煅燒技術(shù)CCUS廣泛實施1噸生活垃圾經(jīng)過預(yù)處理后的垃圾衍生可燃物（CMSW）含有相當(dāng)200kg標(biāo)煤的熱值，1噸生活垃圾產(chǎn)生的CMSW經(jīng)過水泥窯協(xié)同處置后，相比垃圾填埋處置/垃圾焚燒發(fā)電及無替代燃料水泥生產(chǎn)，總計CO2排放減排分別為1.5噸/0.39噸。華新水泥在2011-2020年預(yù)處理原生垃圾936萬噸，產(chǎn)生CMSW約600萬噸全部進水泥窯協(xié)同處置，華新運行及在建共37家環(huán)保工廠，各類環(huán)保廢棄物年處置能力達616萬噸。2020年華新共8條生產(chǎn)線處置各類廢棄物236萬噸，其中CMSM144萬噸。華新已運行24條窯線協(xié)同處置，燃料替代率TSR最高，（鄖縣）已達31%，傳統(tǒng)熱耗最低（信陽）已達到590kcal/kg，CMSW8家主力處置窯線碳排放強度均優(yōu)于先進值。華新水泥關(guān)于未來水泥工業(yè)堿碳的技術(shù)設(shè)想：（1）從替代燃料，過度到不用化石燃料、太陽能發(fā)電，再過度到電能裂解水制氫，再過度到燃燒氫氣代替煤炭（2）大量生產(chǎn)低鈣熟料Alite-硫鋁酸鈣熟料：以工業(yè)廢渣石膏替代一部分石灰石，以1300℃左右的相對低溫煅燒，生產(chǎn)一種以C3S、C2S、C4A3S、C4AF為主要礦相的新型熟料，并通過設(shè)計不同的C4A3S含量、調(diào)凝劑、礦物摻料、水泥添加劑進行改性，使其在未來能大面積覆蓋當(dāng)前建筑市場的水泥品種。（3）利用回收的CO2反碳化吸收生產(chǎn)水泥制品水泥窯尾氣的直接利用：對水泥制品的碳化養(yǎng)護增強，替代當(dāng)前的蒸壓養(yǎng)護。碳捕捉及利用：捕捉提純尾氣的CO2，對新拌無鋼筋混凝土進行充碳增強，從應(yīng)用端實現(xiàn)減碳；建筑垃圾的碳化增強和分離，增強顆粒作為再生骨料，增強細粉作為輔助膠凝材料。6.天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司碳減排路線天津院碳減排路線節(jié)能環(huán)保水泥燒成技術(shù)節(jié)能環(huán)保的燒成設(shè)計理念降低能耗（熱耗、電耗）減少有害氣體排放降低系統(tǒng)投資（窯尾框架及設(shè)備）標(biāo)準化設(shè)計節(jié)能減排環(huán)保的新一代燒成技術(shù)集成六級弱渦流預(yù)熱器（第三代弱渦流高效低阻型旋風(fēng)筒和多級組合重構(gòu)旋風(fēng)換熱深度開發(fā)）第二代自脫硝分解爐兩檔短窯中置輥破前移第四代冷卻機（Sinowalk第四代冷卻機）納米隔熱材料（含回轉(zhuǎn)窯復(fù)合磚技術(shù)）高效節(jié)能料床粉磨技術(shù)新一代立磨技術(shù)研磨與分選功能分開物料機械提升外循環(huán)一體化動靜態(tài)選粉機。系統(tǒng)阻力降低5000pa、系統(tǒng)電耗降低3~4kWh/t、熟料電耗降低4~6kWh/t水泥輥壓機終粉磨技術(shù)成品全部由輥壓機粉磨制得成品性能由選粉機進行控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)電耗比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)降低大于20%水泥成品溫度降低20℃鋼渣礦渣輥壓機終粉磨技術(shù)系統(tǒng)電耗降低10%、烘干熱耗降低30%、耐磨件修復(fù)周期提高200%數(shù)字化智能化水泥生產(chǎn)技術(shù)槐坎南方智能化水泥生產(chǎn)線水泥窯協(xié)同處置固廢替代原料技術(shù)市政污泥深度脫水及干化焚燒技術(shù)工業(yè)污泥預(yù)處理技術(shù)水泥窯協(xié)同處置污染場地土壤技術(shù)鋼渣配料煅燒硅酸鹽水泥技術(shù)粉煤灰配料煅燒低鈣水泥技術(shù)電石渣煅燒水泥技術(shù)新型低碳水泥技術(shù)新型高貝利特硫鋁酸鹽水泥自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，以硅酸二鈣、無水硫鋁酸鈣和鐵率酸鈣為主要熟料礦物，具備低碳、低能耗、環(huán)保等概念，CO2排放降低20%以上新型輔助性膠凝材料替代水泥技術(shù)煅燒粘土制備高活性混合材高活性粘土可以實現(xiàn)熟料替代30~40%，最高減少40%的CO2排放。建筑垃圾資源化利用技術(shù)源自德國哈茲馬克技術(shù)能開發(fā)核心設(shè)備、能全流程設(shè)計自主開發(fā)的碳捕集提純技術(shù)全氧燃燒+吸附精餾捕集提純技術(shù)全氧燃燒的CO2自富集系統(tǒng)+制氧系統(tǒng)+帶干冰制備的捕集提純系統(tǒng)碳排放數(shù)字化評估平臺實現(xiàn)對工廠全生命周期碳足跡的精細化計算和實時動態(tài)監(jiān)控、為多行業(yè)、多場景碳排放量數(shù)據(jù)測算提供可靠支持三、總結(jié)中國水泥行業(yè)碳減排現(xiàn)狀及技術(shù)途徑：（1）新型低碳水泥技術(shù)新型低鈣硅酸鹽水泥熟料研發(fā)，節(jié)約石灰石11.3%以上，煤耗降低11.2%，CO2排放減少10.2%；新型貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料開發(fā)，相對硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)降低煤耗20%以上，降低二氧化碳排放25%以上；利用各類固廢物、輔助膠凝材料生產(chǎn)的各類復(fù)合水泥。（2）水泥窯協(xié)同處置及原燃料替代技術(shù)2009年只有海螺、金隅、華潤、華新等少數(shù)龍頭企業(yè)象征性的實施水泥窯協(xié)同處置生活垃圾，替代燃料煅燒水泥熟料還不到0.1%，遠未達到實質(zhì)性的工業(yè)應(yīng)用規(guī)模，目前也僅達到2%的替代率，美國大多數(shù)水泥廠替代燃料使用率達到20%~70%，德國已經(jīng)達到75%，以比利時海德堡水泥廠為例，目前燃料替代率可達到80%。2018年底統(tǒng)計水泥窯協(xié)同處置項目已投產(chǎn)生產(chǎn)運行約140余條生產(chǎn)線，年處理廢棄物1566萬噸，其中協(xié)同處置生活垃圾57條線，消納生活垃圾677萬噸，協(xié)同處置污泥41條線，年消納處置污泥357萬噸，協(xié)同處置危險廢棄物405萬噸/年（3）水泥窯爐余熱發(fā)電技術(shù)近年來水泥熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)