资源科学 ›› 2017, Vol. 39 ›› Issue (12): 2344-2357.doi: 10.18402/resci.2017.12.13
曹植1,2,3(), 沈镭1,2(
), 刘立涛1,2, 钟帅1,2, 刘刚3
收稿日期:
2017-09-07
修回日期:
2017-11-05
出版日期:
2017-12-31
发布日期:
2017-12-31
作者简介:
作者简介:曹植,男,湖北大冶人,博士后,主要研究方向为资源经济,社会经济代谢与物质流分析。E-mail:
基金资助:
Zhi CAO1,2,3(), Lei SHEN1,2(
), Litao LIU1,2, Shuai ZHONG1,2, Gang LIU3
Received:
2017-09-07
Revised:
2017-11-05
Online:
2017-12-31
Published:
2017-12-31
摘要:
水泥工业减排是实现中国碳减排目标的重要组成部分,把握和理解中国水泥工业生产碳排放强度的演变趋势有助于评估和识别中国水泥工业的减排潜力和重点减排技术。水泥是社会经济发展所必需的基础性原材料,但中国水泥生产又是高能耗和高排放行业,使其成为政府和相关管理部门实施节能减排的重点关注之一。1981—2015年间,中国水泥消耗由8208万t急剧增长到234 800万t,占全世界总产量的一半以上,成为世界第一大水泥生产和消费国。本文利用节能减排成本曲线和技术普及趋势曲线,计算了16项水泥工业节能减排技术的节能减排潜力和普及趋势,并设计三种可能情景(基准情景、经济效率情景和技术情景),模拟了2015—2050年期间中国水泥工业碳排放强度的演变趋势。结果表明,到2050年,基准情景、经济效率情景和技术情景下中国水泥工业综合碳排放强度将分别下降至491kgCO2/t、431kgCO2/t和342kgCO2/t。相比于IEA制定的2050年目标(420kgCO2/t水泥),在技术情景下,中国水泥工业的碳排放强度将足够完成既定目标;而在经济效率情景下,中国水泥工业的碳排放强度离减排目标仍有11kgCO2/t水泥的差距。这意味着,中国水泥工业若要实现IEA制定的减排目标,需要对各个过程的技术进行改进,重点应致力于针对工艺排放的减排技术路径,实施政府调控,能源或碳税机制等政策手段,是促进技术进步的重要推动力。
曹植, 沈镭, 刘立涛, 钟帅, 刘刚. 基于自下而上方法的中国水泥生产碳排放强度演变趋势分析[J]. 资源科学, 2017, 39(12): 2344-2357.
Zhi CAO, Lei SHEN, Litao LIU, Shuai ZHONG, Gang LIU. A bottom-up analysis of CO2 emission intensity of Chinese cement industry[J]. Resources Science, 2017, 39(12): 2344-2357.
表2
节能减排技术清单"
排放类别 | 技术名称 | 缩写 | 主要技术内容 |
---|---|---|---|
燃料 | 大推力多通道燃烧节能技术 | X1 | 采用热回流和浓缩燃烧技术,减少常温一次空气吸热量,达到节能和环保的目的。 |
高固气比水泥悬浮预热分解技术 | X2 | 采用高固气比预热技术,大幅提高气固换热效率,提升余热利用水平。 | |
水泥企业用能管理优化技术之一:新型干法水泥窑生产运行节能监控优化系统技术 | X3 | 通过分析水泥窑炉废气成分监控能耗指导操作,实现节能减排。 | |
水泥熟料烧成系统优化技术 | X4 | 优化配置旋风筒、分解炉、换热管道系统,改善了燃烧及换热状况,改进了撒料装置和锁风阀,提高了换热效率,采用高效冷却机,提高了熟料冷却效率;利用旋喷结合、二次喷腾的分解炉技术,提高了分解炉容积利用率,使炉内燃烧更充分,物料分解更完全。 | |
四通道喷煤燃烧节能技术 | X5 | 大速差、大推力燃烧技术,四通道、周向均匀分布的小孔结构,周向均匀分布的旋流风和高速轴流风技术。 | |
电力 | 高效节能选粉技术 | X6 | 采用第三代笼型转子高效选粉分级技术,对分选物料进行充分分散和多次分级分选,达到高精度、高效率分选。 |
高效优化粉磨节能技术 | X7 | 采用高效冲击、挤压、碾压粉碎原理,配合适当的分级设备,使入磨物料粒度控制在3mm以下,并优化球磨机内部构造和研磨体级配方案,从而有效降低系统粉磨电耗。 | |
辊压机粉磨系统 | X8 | 采用高压挤压料层粉碎原理,配以适当的打散分级装置,明显降低能耗。 | |
立式磨装备及技术 | X9 | 采用料床粉磨原理,有效提高粉磨效率,减少过粉磨现象,降低能耗。 | |
曲叶型系列离心风机技术 | X10 | 采取等减速流型设计的曲叶片,从而其附面层损失、流动损失、出口混合损失和出口截面突扩损失均比普通叶片小,经初步验证可以达到提高2%~4%的效果。 | |
水泥企业用能管理优化技术之二:水泥企业可视化能源管理系统 | X11 | 对水泥企业生产全过程的煤电水气等能源数据、生产自动控制系统参数及产能参数进行实时采集,并进行加工计算。通过数据分析,对企业车间、工艺、工序、生产班组(个人)及重点耗能设备/系统的能源利用效率进行考核评价,为企业提供能源精细化管理的工具。 | |
水泥窑纯低温余热发电技术 | X12 | 利用水泥窑低于350℃废气余热生产0.8MPa~2.5MPa低压蒸汽,推动汽轮机做功发电。 | |
稳流行进式水泥熟料冷却 技术 | X13 | 通过自动调节冷却风量,步进式冷却方式,对高温颗粒物料进行冷却的技术,主要用于对热熟料进行冷却和输送。 | |
新型水泥预粉磨节能技术 | X14 | 对物料进行高效碾磨,再通过后续的自流振动筛进行分级,使得进球磨机粒径控制在2mm以下,对球磨机内部衬板、隔仓及分仓长度进行优化改进,有效降低粉磨电耗。 | |
工艺 | 电石渣制水泥规模化应用 技术 | X15 | 通过开发电石渣预烘干装备、烘干与粉磨能力相匹配的立式磨以及适合于高掺电石渣生料的窑尾预分解系统的“干磨干烧”新型干法工艺,解决电石渣废弃物的利用难题,减少石灰石用量,降低碳排放。 |
新型干法水泥窑无害化协同处置污泥技术 | X16 | 利用水泥窑废热烟气干化后的污泥入窑焚烧,作为替代燃料,节约部分燃煤,实现二氧化碳减排。 |
表4
国家重点推广的节能低碳技术减排成本"
类别 | 技术缩写 | 节煤量 /(kgec/t熟料) | 节电量 /(kW | 减排量 /(kgCO2/t熟料或 /kgCO2/t水泥) | 单位减排成本 /(元/tCO2) |
---|---|---|---|---|---|
燃料 | X1 | 3.6 | 10.2 | -212 | |
X2 | 14.3 | 40.5 | -39 | ||
X3 | 10.0 | 28.3 | -225 | ||
X4 | 18.2 | 51.6 | -137 | ||
X5 | 0.7 | 2.1 | -143 | ||
电力 | X6 | 3.9 | 3.9 | -538 | |
X7 | 4.0 | 3.9 | -533 | ||
X8 | 11.0 | 10.9 | -12 | ||
X9 | 7.2 | 7.1 | -15 | ||
X10 | 1.6 | 1.5 | -405 | ||
X11 | 6.0 | 5.9 | -510 | ||
X12 | 36.0 | 35.7 | -511 | ||
X13 | 7.5 | 7.4 | -425 | ||
X14 | 12.0 | 11.9 | -488 | ||
工艺 | X15 | 137.2 | 228 | ||
X16 | 47.9 | 1 515 |
表5
各项节能减排技术的普及函数参数"
技术缩写 | 2010年 普及率/% | 2015年 普及率/% | 渗透参数 |
---|---|---|---|
X1 | 20.0 | 40.0 | 6.591 718 |
X2 | 1.0 | 5.0 | 17.409 252 |
X3 | 1.5 | 10.0 | 11.768 982 |
X4 | 10.0 | 30.0 | 7.052 552 |
X5 | 1.0 | 27.5 | 6.334 361 |
X6 | 40.0 | 75.0 | 3.778 633 |
X7 | 1.0 | 10.0 | 11.452 106 |
X8 | 40.0 | 60.0 | 5.552 368 |
X9 | 20.0 | 30.0 | 9.675 275 |
X10 | 1.0 | 20.0 | 7.658 967 |
X11 | 1.0 | 5.0 | 17.409 252 |
X12 | 65.0 | 79.6 | 4.815 729 |
X13 | 30.0 | 45.0 | 7.199 470 |
X14 | 1.5 | 10.0 | 11.768 982 |
X15 | 1.0 | 3.0 | 24.748 308 |
X16 | 1.0 | 10.0 | 11.452 106 |
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