1.提高能源效率
在水泥行业四种碳减排手段中,只有提高能源效率是行业自身推动的,其他三种手段很大程度上要依靠政策和法律推动。
水泥生产商建设新水泥生产线时一般都会采用最先进,同时也最节能的生产技术,因此,随着水泥技术的进步和对旧生产线的改造,水泥生产中的能效也不断提高。市场竞争压力迫使水泥生产商淘汰立窑、湿法窑等落后生产工艺。现在最先进的水泥生产工艺是新型干法水泥生产工艺,据CSI的统计报告GNR(GettingtheNumbersRight,2006年CSI对其18个成员遍布全球的800家水泥厂所做的统计研究)显示,1990年,这类窑型吨熟料平均热耗为3605MJ/Tonne,2006年,吨熟料平均热耗为3382MJ/Tonne,16年间吨熟料热耗下降了6个百分点。电耗方面,2006年,世界上电耗控制最好的10%的水泥企业可以将吨水泥电耗控制在89KWh/Tonne以内,剩余的90%的水泥企业的吨水泥电耗则在130KWh左右,世界范围内平均来看,吨水泥电耗为111KWh。
理论上,水泥生产中的最小吨熟料热耗为1.6-1.85GJ,然而受实际技术条件的限制,这是无法实现的。同时,在降低热耗和电耗方面,水泥行业还面临着其他方面的挑战:1.新生产技术需要很高的成本投入;2.更高的环境要求可能增加能耗,如粉尘排放限制就需要消耗更多能量以分离、收集粉尘;3.对高性能水泥的需求将消耗更多能量用于水泥粉磨过程;4.普遍认为,碳捕捉和碳封存技术虽然可以减少二氧化碳排放,却会增加能源消耗。5.其他减排手段――如熟料替代物的采用也可增加能耗。
流化床工艺是提高热效的有效方法,目前已在其他行业广泛使用,目前还未证明该技术是否能在水泥行业大规模推广。目前,我们还不知道其他大幅度提高热电效率的方法。水泥行业在不断研究可以降低电耗的新型粉末设备和外加剂。这些技术需要持续的研发投入以达到效率最大化。需要注意,能效的提高是伴随着新水泥窑技术进步而发展的,并不是单独的技术。
2.采用替代燃料
可以用产碳量少的其他矿物燃料(如天然气)和生物质燃料替代常规燃料(如煤炭和石油焦),替代燃料产生的二氧化碳可较煤炭减少20-25%。替代材料可适用于水泥窑,原因有二:其一,替代材料的能量组分可以代替常规矿物燃料的能量组分;其二,替代燃料的无机组分,如粉尘,可以用于熟料生产。
水泥工业可用的典型替代燃料有:预处理过的工业固体废弃物和城市生活垃圾,废旧轮胎,废油及其溶液,塑料、纺织品和废纸,生物质能燃料。其中生物质能燃料包括:骨粉饲料、木料、木块和碎木屑,废旧木材和废纸,农业残余物,如米糠、锯末,污水污泥,以及农作物秸秆。
2006年的GNR报告显示,CSI成员下属水泥厂使用的生物质燃料占总燃料的3%,其他矿物质燃料占7%,而常规燃料(主要是煤炭)已然高达90%。技术上讲,替代燃料的使用率可以达到更高水平。在某些欧洲国家,水泥行业燃料平均替代率超过50%,个别水泥厂甚至达到98%。燃料产生的二氧化碳占水泥厂碳排放总量的40%,因此,替代燃料的使用可以大幅度降低二氧化碳的排放量。
尽管在技术方面,水泥厂可以100%使用替代燃料,但是由于替代燃料总类繁多,物理和化学性质各异,在使用之前需要预先处理以使其充分混合、易与燃烧。此外,替代燃料的推广还面临着更多经济和政治限制:1.废弃物管理法规,只有政策严控废物填埋或垃圾焚烧,倡导垃圾分类,水泥厂替代燃料使用率才会大幅提高;2.地方需有足够的垃圾回收网络;3.替代燃料成本可能会岁碳成本升高,水泥行业可能无法获取大量生物质燃料;4.尽管管理良好的水泥厂使用替代燃料时和不使用时,排放水平相当,人们还是可能担心使用替代燃料会排放有害物质。5.对替代燃料的预处理很可能会增加热能消耗。
GNR数据地理学分析显示,2006年,欧洲水泥厂替代燃料占燃料总量的20%(15%为矿物燃料,5%为生物质燃料);北美、日本、澳大利亚和新西兰水泥行业所用燃料中有11%来自于废弃物;拉丁美洲的燃料替代率为10%;而在这方面刚刚起步的亚洲,燃料替代率只有4%。在非洲、中东和独联体国家的水泥行业,替代燃料的使用比例还很小。
替代燃料的使用取决于当地工业类型、废弃物处理立法水平、管理体制和实施力度、废弃物收集基础设施等条件的限制。预计到2030年,发达国家水泥行业的燃料替代率将从现在的16%上升至40-60%,并在2050年前一直稳定在这一水平;而发展中国家燃料替代率2030年将达到10-20%,2050年可能进一步升至35-35%。
在水泥行业四种碳减排手段中,只有提高能源效率是行业自身推动的,其他三种手段很大程度上要依靠政策和法律推动。
水泥生产商建设新水泥生产线时一般都会采用最先进,同时也最节能的生产技术,因此,随着水泥技术的进步和对旧生产线的改造,水泥生产中的能效也不断提高。市场竞争压力迫使水泥生产商淘汰立窑、湿法窑等落后生产工艺。现在最先进的水泥生产工艺是新型干法水泥生产工艺,据CSI的统计报告GNR(GettingtheNumbersRight,2006年CSI对其18个成员遍布全球的800家水泥厂所做的统计研究)显示,1990年,这类窑型吨熟料平均热耗为3605MJ/Tonne,2006年,吨熟料平均热耗为3382MJ/Tonne,16年间吨熟料热耗下降了6个百分点。电耗方面,2006年,世界上电耗控制最好的10%的水泥企业可以将吨水泥电耗控制在89KWh/Tonne以内,剩余的90%的水泥企业的吨水泥电耗则在130KWh左右,世界范围内平均来看,吨水泥电耗为111KWh。
理论上,水泥生产中的最小吨熟料热耗为1.6-1.85GJ,然而受实际技术条件的限制,这是无法实现的。同时,在降低热耗和电耗方面,水泥行业还面临着其他方面的挑战:1.新生产技术需要很高的成本投入;2.更高的环境要求可能增加能耗,如粉尘排放限制就需要消耗更多能量以分离、收集粉尘;3.对高性能水泥的需求将消耗更多能量用于水泥粉磨过程;4.普遍认为,碳捕捉和碳封存技术虽然可以减少二氧化碳排放,却会增加能源消耗。5.其他减排手段――如熟料替代物的采用也可增加能耗。
流化床工艺是提高热效的有效方法,目前已在其他行业广泛使用,目前还未证明该技术是否能在水泥行业大规模推广。目前,我们还不知道其他大幅度提高热电效率的方法。水泥行业在不断研究可以降低电耗的新型粉末设备和外加剂。这些技术需要持续的研发投入以达到效率最大化。需要注意,能效的提高是伴随着新水泥窑技术进步而发展的,并不是单独的技术。
2.采用替代燃料
可以用产碳量少的其他矿物燃料(如天然气)和生物质燃料替代常规燃料(如煤炭和石油焦),替代燃料产生的二氧化碳可较煤炭减少20-25%。替代材料可适用于水泥窑,原因有二:其一,替代材料的能量组分可以代替常规矿物燃料的能量组分;其二,替代燃料的无机组分,如粉尘,可以用于熟料生产。
水泥工业可用的典型替代燃料有:预处理过的工业固体废弃物和城市生活垃圾,废旧轮胎,废油及其溶液,塑料、纺织品和废纸,生物质能燃料。其中生物质能燃料包括:骨粉饲料、木料、木块和碎木屑,废旧木材和废纸,农业残余物,如米糠、锯末,污水污泥,以及农作物秸秆。
2006年的GNR报告显示,CSI成员下属水泥厂使用的生物质燃料占总燃料的3%,其他矿物质燃料占7%,而常规燃料(主要是煤炭)已然高达90%。技术上讲,替代燃料的使用率可以达到更高水平。在某些欧洲国家,水泥行业燃料平均替代率超过50%,个别水泥厂甚至达到98%。燃料产生的二氧化碳占水泥厂碳排放总量的40%,因此,替代燃料的使用可以大幅度降低二氧化碳的排放量。
尽管在技术方面,水泥厂可以100%使用替代燃料,但是由于替代燃料总类繁多,物理和化学性质各异,在使用之前需要预先处理以使其充分混合、易与燃烧。此外,替代燃料的推广还面临着更多经济和政治限制:1.废弃物管理法规,只有政策严控废物填埋或垃圾焚烧,倡导垃圾分类,水泥厂替代燃料使用率才会大幅提高;2.地方需有足够的垃圾回收网络;3.替代燃料成本可能会岁碳成本升高,水泥行业可能无法获取大量生物质燃料;4.尽管管理良好的水泥厂使用替代燃料时和不使用时,排放水平相当,人们还是可能担心使用替代燃料会排放有害物质。5.对替代燃料的预处理很可能会增加热能消耗。
GNR数据地理学分析显示,2006年,欧洲水泥厂替代燃料占燃料总量的20%(15%为矿物燃料,5%为生物质燃料);北美、日本、澳大利亚和新西兰水泥行业所用燃料中有11%来自于废弃物;拉丁美洲的燃料替代率为10%;而在这方面刚刚起步的亚洲,燃料替代率只有4%。在非洲、中东和独联体国家的水泥行业,替代燃料的使用比例还很小。
替代燃料的使用取决于当地工业类型、废弃物处理立法水平、管理体制和实施力度、废弃物收集基础设施等条件的限制。预计到2030年,发达国家水泥行业的燃料替代率将从现在的16%上升至40-60%,并在2050年前一直稳定在这一水平;而发展中国家燃料替代率2030年将达到10-20%,2050年可能进一步升至35-35%。