水泥行业节能降碳

    水泥是我国经济建设中量大面广的基本建筑材料。改革开放以来，我国水泥工业高速发展，水泥年产量迅速攀升并长年位居世界首位，为经济建设与腾飞作出了不可磨灭的贡献。进入二十一世纪以来，在节能降碳方面，水泥行业也取得了长足的进步，据统计：从2017年到2020年的三年间，我国水泥行业节能先进企业的可比熟料综合能耗平均值已从103.3kgce/t下降到95.5kgce/t，平均每年下降2.5%；到2020年，70%水泥企业的可比熟料综合能耗值均达好于115kgce/t。然而，作为资源消耗大、能源消耗高的传统行业，在 “碳达峰、碳中和”的时代要求面前，水泥行业如何适应“双碳”工作大局，走出一条健康发展的道路仍面临诸多挑战。中共中央、国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出：“到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平”。国务院《2030年前碳达峰行动方案》 指出：“推动建材行业碳达峰。加强产能置换监管，加快低效产能退出，严禁新增水泥熟料、平板玻璃产能，引导建材行业向轻型化、集约化、制品化转型。推动水泥错峰生产常态化，合理缩短水泥熟料装置运转时间。因地制宜利用风能、太阳能等可再生能源，逐步提高电力、天然气应用比重。鼓励建材企业使用粉煤灰、工业废渣、尾矿渣等作为原料或水泥混合材”。强制性国标《水泥单位产品能源消耗限额》（GB16780-2021）也已于2021年10月11日发布，将于2022年11月1日实施，对熟料与水泥的单位产品能耗值提出了更为严格的限额要求。新形势下，水泥行业节能降碳已成为时不我待、必须做好的迫切工作。 

　　1、产业结构调整是做好全行业节能降碳工作的定海之针 

　　水泥行业是典型的流程性材料行业，生产线工艺的先进性、合理性，不仅很大程度上决定了产品的产量与质量水平，也很大程度上决定了产品的能源消耗与污染物排放处于什么水平范围。由于其全天候连续性生产、产量大，一般的水泥厂年产量均以百万吨计，当不同生产线及其生产设备之间在单位时间的产品能耗、污染物排放值存在不大差异时，一年下来，其最终的能耗水平、污染物排放水平的绝对值差异也是相当惊人的。因此，做好宏观调控，政府主管部门及其行业协会出台节能减排的产业政策时，要牢牢扭住产能规模、生产工艺及其配套设备这个牛鼻子不放松，认真总结水泥行业先进企业在节能减排、经济运行等诸方面处于先进水平，且投资收益比高的生产线的成功经验，不断出台、更新相应的行业准入政策门槛，辅以对现有落后产能的有序淘汰（推出相应的时间表），精准施策，有的放矢，一张蓝图绘到底，全行业的节能减排工作必将走上良性循环的健康之路。 

　　2、积极施行工艺系统节能改造是企业不断取得节能降碳成效的利器 

　　一方面，我们要推行全新的节能降碳效益好的生产线；另一方面，企业也要强化技术节能的意识，不断进行技术改造，将行业内行之有效的节能技术应用到自身的生产线，积极筹措资金，或通过合同能源管理等多种形式启动生产线工艺系统的节能改造项目。近一二十年来，不同产能规模的水泥企业根据自有资金和生产线的具体情况，不同程度地实施了不同的节能降碳技术改造项目，取得了很好的效果。目前来看，比较成熟的工艺系统的节能技术有：大型风机变频改造技术、立磨粉磨技术、辊压机终粉磨技术、第四代冷却机技术、料床粉磨技术、采用新型耐火材料提高窑系统密封技术、窑尾预分解系统降阻技术、富氧燃烧技术，等等。据专家估算，在所有类型的具有节能减排效益的节能技术中，工艺系统节能减排技术的投入产出比是最好的，节能贡献率超出30%，应作为企业节能减排工作的重要环节重点用力。当然，一项技术的成功使用，还有赖于结合不同企业的生产工艺状况、设备运行的实际情况来策划、设计与施工，并通过最终的项目验收与运行验证才能完成。但是，只要全行业企业都树立了技术节能的意识，在节能改造项目上持续用力，久久为功，逐年进步，全行业的节能减排工作就一定能持续向前推进。 

　　此外，淘汰高耗能落后机电设备也是水泥企业一项量大面广的节能工作。自2009年以来，国家适时发布了一系列淘汰落后机电设备(产品)名录，其中规定的部分高耗能电机、风机、变压器等通用机电设备均属淘汰范围，要求使用单位应在规定期限内停止使用并更换高效节能设备(产品)，各级节能监察机构也会按此文件要求对目录中所列设备(产品)淘汰情况实施监督检查。水泥企业生产线大量使用了通用电机、风机、变压器等，我们要重视这项工作，按文件要求制定出每个企业限期淘汰的时间表，有序淘汰这些高耗能设备，切实满足政府与法规要求。
 

　　3、协同处置固体废物是水泥企业节能降碳的一条生存与发展之路 

　　据统计，我国固体废渣的年排放量以亿吨计，再加上过去积存的固体废渣，应该有几十亿吨。固废的排放不仅污染环境，还要占用一定的土地资源，处理固废已成为现代城市难负其重、迫不及待需要解决的一个综合难题。另一方面，在2019年本的国家产业结构调整指导目录中规定，除了利用日产2000吨熟料以上新型干法水泥窑协同处置废弃物等一两项技术之外，其他水泥生产线项目均为禁止新上项目。
 

　　近十几年来，我国水泥工业逐步摸索、推广使用水泥窑协同处置固体废弃物烧制熟料，技术已趋于成熟，相当一部分水泥企业通过生产线前端的改造，有效利用这项技术，取得了实效。国家也已就这类水泥窑的污染物排放出台了相应的国家标准——GB30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》，并于2014年3月1日实施。水泥窑协同处置的污染物可以是生活垃圾、城市污泥、污染土，甚至是危险废弃物，它们均存在不同程度的热值，既可以作为部分水泥原料煅烧处理，又可以间接地替代部分燃料，降低熟料烧成的热耗，企业还可以从中得到政府的适当补贴。也就是说，水泥窑协同处置技术是处理城市固体废弃物的一项成熟技术与有效措施，是一桩利国利厂利民的好事。相关部门与研究机构应积极总结这类水泥企业的成功经验，大力倡导与推广。 

　　此外，作为传统水泥混合材的替代物，固体废渣中的部分工业废渣以及部分矿山的尾矿渣也可以作为水泥原料或混合材使用。大家知道，水泥的混合材分活性混合材与非活性混合材，这部分废渣作为活性混合材具有一定的活性，可以适当替代熟料中的活性成分，也就间接起到了适当降低熟料烧成热耗的效果。当然，水泥中有害成分的一部分是由这类混合材带入的，如六价铬、三氧化硫等，我们在使用这些混合材时，要严格控制好其有害成分，确保水泥的产品质量符合国标与用户的要求。 

　　另外，还有某些氧化钙含量高的废渣，可以部分替代原料中的石灰石，从而有效降低烧成过程中二氧化碳的排放；一些烧失量高但含有一定热值的材料，可以作原料或开发为部分替代燃料使用，以降低熟料烧成的热耗。
 

　　4、建立、运行能源管理体系是企业节能降碳持续改进的有效手段 

　　据国际权威机构分析统计，除技术节能外，企业通过管理节能至少有10%的节能空间。自本世纪初国际上推行能源管理体系认证以来，我国从创新性地开展能源管理体系认证试点工作开始，该认证已在全国发展成为企业寻求能源管理体系建立、完善，强化能源管理、持续提高节能降碳绩效的有效管理手段；与此同时，水泥低碳产品认证也在部分认证机构开展，受到了水泥企业的普遍欢迎。展现了水泥行业节能降碳意识不断增强、管理水平不断提高的可喜局面。广大水泥企业努力按认证要求建立能源管理体系，在日常管理中通过能源管理体系的运行，强化节能降碳管理，取得了实效，获得了收益，从认证结果来看，很多企业的可比水泥单位产品能耗值均已达到GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限额》中的“先进值”水平。 

　　实践证明，管理节能是企业日常节能管理并持续改进的有效手段。在等同采用国际标准的GB/T23331-2020《能源管理体系 要求》中，我们可以看到，标准重点强调了能源评审，通过定期或不定期的能源评审，企业能全面分析总结自身的用能状况，科学评估，找出能源改进、改造的优先序，不断为节能降碳的改进工作指明方向，并通过不断的PDCA循环管理提升绩效，这与政府推行的节能审计起到了异曲同工的效果。相信只要水泥企业扎扎实实地按照标准要求运行，并在运行中完善其能源管理体系，就一定能持续实现自身确定的节能降碳的阶段性目标，也就是我们在管理中常说的持续改进。
 

　　5、智能工厂是企业提高节能降碳过程控制水平的必然趋势
 

　　前面提到，水泥企业是一天24小时连续性生产的流程性材料生产企业，每时每刻都在消耗着资源、能源，排放着污染物，尤其是水泥窑。从过程控制角度来看，当我们肉眼发现其波动超出控制范围、或出现能源事故与污染物排放超标时，为时已晚。那么，过程控制人员如何在第一时间发现生产中问题，作出合理反应与应急处理就是问题的关键了。水泥窑是企业污染物排放的重点区域，因此，环保部门已在水泥企业强制推行了窑头窑尾污染物排放在线监测系统，取得了较好效果。
 

　　如果我们在生产线各重点工序均植入在线能源、资源消耗及其污染物排放监测系统，实现监测数据的实时化、网络化，辅以专业化的软件分析，为人们提供有用的监测与分析结果，输出相应的数据与图表，则过程控制人员就能在第一时间发现控制问题，作出处理，提高了控制水平，也就说，从某种程度上实现了智能工厂，将能源、资源、环境等几方面管理整合成一体化的智能工厂管理。目前，少数水泥头部企业已在这方面进行了有益的尝试，相信随着时间推移，该技术一定会日臻成熟，取得更大的成效。这是水泥企业对生产过程的节能降碳实施控制过程的必然发展趋势。