為深入貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和的重要決策部署,完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念，堅決遏制“兩高”項(xiàng)目盲目發(fā)展，踐行“宜業(yè)尚品、造福人類”建材行業(yè)發(fā)展目標(biāo)，科學(xué)做好水泥行業(yè)節(jié)能降碳改造升級，推動水泥行業(yè)節(jié)能降碳和綠色轉(zhuǎn)型，根據(jù)《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2021年版）》《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南（2022年版）》，制定本技術(shù)指南。
  一、總體要求

  完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念，科學(xué)處理發(fā)展和減排、短期和中長期的關(guān)系，突出標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用，深挖節(jié)能降碳技術(shù)改造潛力，按照“因業(yè)施策”“因企施策”“一線一策”的原則，加快推進(jìn)水泥行業(yè)節(jié)能降碳步伐，帶動全行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，確保如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)。

  二、遵循原則

  因地制宜，綜合考慮技改投資與收益，不以提產(chǎn)為主要目標(biāo)，采用適宜的技術(shù)方案，降低單位產(chǎn)品碳排放，以最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)行。對擬建、在建項(xiàng)目，應(yīng)對照能效標(biāo)桿水平建設(shè)實(shí)施，推動能效水平應(yīng)提盡提，力爭全面達(dá)到標(biāo)桿水平。對能效低于行業(yè)基準(zhǔn)水平的存量項(xiàng)目，明確改造升級和淘汰時限（一般不超過3年），引導(dǎo)企業(yè)有序開展節(jié)能降碳技術(shù)改造，在規(guī)定時限內(nèi)將能效改造升級到基準(zhǔn)水平以上，力爭達(dá)到能效標(biāo)桿水平；對于不能按期改造完畢的項(xiàng)目進(jìn)行淘汰。

  三、現(xiàn)狀分析

  目前，全國水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)1200多家，水泥熟料生產(chǎn)線近1700條，生產(chǎn)能力約18.4億噸，其中新型干法水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)1100多家，水泥熟料生產(chǎn)線約1585條，生產(chǎn)能力約18.2億噸，日產(chǎn)2500噸水泥熟料生產(chǎn)線約占35%，日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線約占40%。根據(jù)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2021年版）》，水泥熟料能效標(biāo)桿水平為100千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，基準(zhǔn)水平為117千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。按照電熱當(dāng)量計算法，截至2020年底，水泥行業(yè)能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占5%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占24%。據(jù)此推算，能效低于基準(zhǔn)水平的水泥熟料生產(chǎn)能力約有4.5億噸；按照到2025年，通過實(shí)施節(jié)能降碳行動，能效達(dá)到標(biāo)桿水平的產(chǎn)能比例超過30%的目標(biāo)，約有5億噸的水泥熟料生產(chǎn)能力需要改造提升。水泥行業(yè)作為落實(shí)碳達(dá)峰碳減排的重點(diǎn)行業(yè)，節(jié)能降碳的壓力較大，但通過采用先進(jìn)的技術(shù)和裝備，也具有較大的提升改造潛力。受工業(yè)和信息化部委托，中國建筑材料聯(lián)合會選取了4家典型水泥企業(yè)，其中日產(chǎn)2500噸水泥熟料生產(chǎn)線1家、日產(chǎn)4000噸水泥熟料生產(chǎn)線1家、日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線2家，作為落實(shí)水泥行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案的“實(shí)驗(yàn)田”，開展“解剖麻雀”式的調(diào)查研究，這4家企業(yè)涵蓋了占比較大的日產(chǎn)2500噸和5000噸水泥熟料生產(chǎn)線，在水泥行業(yè)具有一定的代表性、典型性，為本指南提供了主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和節(jié)能降碳技術(shù)路徑支撐。

  四、主要目標(biāo)

  到2025年，水泥行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上的熟料產(chǎn)能比例達(dá)到30%，能效基準(zhǔn)水平以下熟料產(chǎn)能基本清零，行業(yè)節(jié)能降碳效果顯著，綠色低碳發(fā)展能力大幅增強(qiáng)。到2030年，能效基準(zhǔn)水平和標(biāo)桿水平進(jìn)一步提高，達(dá)到標(biāo)桿水平企業(yè)比例大幅提升，行業(yè)整體能效水平和碳排放強(qiáng)度達(dá)到國際先進(jìn)水平，為如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)提供有力支撐。


  五、水泥行業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)清單

  水泥行業(yè)碳排放分為直接排放和間接排放，直接排放包括燃料燃燒排放和生產(chǎn)過程（碳酸鹽分解）排放兩部分；間接排放包括水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的電力消耗、以及發(fā)電、供熱和運(yùn)輸?shù)确巧a(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗所折合的二氧化碳排放。水泥行業(yè)二氧化碳排放主要源于熟料生產(chǎn)過程，其中碳酸鹽分解所排放的二氧化碳，約占碳排放總量的60%；燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，約占排放總量的35%；電力消耗間接產(chǎn)生的二氧化碳，約占排放總量的5%。

  目前水泥行業(yè)的燃料結(jié)構(gòu)以煤為主，煤炭占水泥生產(chǎn)所消耗能源的85%左右。對照碳排放產(chǎn)生環(huán)節(jié)和影響因素，節(jié)能降碳技術(shù)包括低能耗燒成、高效粉磨、智能化、燃料類及原料類替代等，這些技術(shù)目前均較為成熟，分別具有不同的節(jié)能降碳潛力，可作為指導(dǎo)水泥企業(yè)進(jìn)行碳減排優(yōu)化改造實(shí)施的行動指南。


  六、水泥行業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)路徑及預(yù)期效果

  （一）提升能效技術(shù)

  旨在提高現(xiàn)有水泥工業(yè)設(shè)備的性能和效率，通過技術(shù)優(yōu)化和局部改進(jìn)降低系統(tǒng)能耗，達(dá)到碳減排的目的，水泥企業(yè)可根據(jù)實(shí)際使用的設(shè)備及工藝狀況組合使用。

  1.生產(chǎn)過程能效提升技術(shù)

  （1）水泥窯爐用耐火材料整體提升技術(shù)

  技術(shù)路徑：預(yù)熱器及篦冷機(jī)內(nèi)襯采用低導(dǎo)熱系數(shù)的納米隔熱板代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅酸鈣板，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯采用低導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合磚代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅莫磚及高鋁磚，或者采用氣凝膠隔熱材料等新型高效隔熱材料，可降低燒成系統(tǒng)熱耗。

  預(yù)期效果：熟料燒成能耗降低1～3kgce/t（注：本文所有能耗指標(biāo)與GB 16780中使用的能耗指標(biāo)一致）。

  （2）預(yù)熱器分離效率提升及降阻優(yōu)化技術(shù)

  技術(shù)路徑：更換原有旋風(fēng)筒蝸殼部分，增大旋風(fēng)筒進(jìn)口面積，合理設(shè)計蝸殼結(jié)構(gòu)形式，以達(dá)到提高旋風(fēng)筒分離效率、減小旋風(fēng)筒內(nèi)切風(fēng)速和降低系統(tǒng)阻力的目的；采用預(yù)熱器控制漏風(fēng)、結(jié)皮技術(shù)，優(yōu)化下料管及撒料盒結(jié)構(gòu)，提升物料在預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)管道中的分散效果，增強(qiáng)氣固換熱效率，可大幅降低預(yù)熱器出口溫度和阻力，降低燒成系統(tǒng)熱耗和電耗。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低1～2kgce/t。

  （3）五級預(yù)熱器改造低能耗六級預(yù)熱器技術(shù)

  技術(shù)路徑：在土建條件允許的情況下，將傳統(tǒng)五級預(yù)熱器增加一級旋風(fēng)筒變?yōu)榱夘A(yù)熱器，預(yù)熱器塔架新增一層樓面，原有頂級旋風(fēng)筒上移一層；通過增加一級換熱及提高預(yù)熱器換熱效率、分離效率，從而提升預(yù)熱器整體的換熱效率，降低廢氣排放熱量損失，實(shí)現(xiàn)水泥燒成節(jié)能減碳。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低4～5kgce/t。

  （4）分解爐自脫硝及擴(kuò)容優(yōu)化技術(shù)

  技術(shù)路徑：增大原有分解爐爐容，優(yōu)化進(jìn)入分解爐的三次風(fēng)、尾煤及入爐物料下料點(diǎn)位置，創(chuàng)造分解爐自脫硝還原區(qū)，改善分解爐內(nèi)煤粉的燃燒及生料分解，提高煤粉燃盡率和生料的分解率，從而降低燒成系統(tǒng)熱耗和提高分解爐自脫硝效率。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低1～3kgce/t，減少氨水用量30%～50%。

  （5）冷卻機(jī)升級換代技術(shù)（三代更換為四代）

  技術(shù)路徑：將原有三代篦式冷卻機(jī)整體更換為第四代步進(jìn)式冷卻機(jī)，增加篦床面積，同時優(yōu)化固定斜坡的布置形式、篦板及供風(fēng)方式，提高冷卻機(jī)的熱回收效率，降低熟料溫度，可降低燒成系統(tǒng)熱耗。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低1～3kgce/t。

  （6）冷卻機(jī)更換為中置輥破技術(shù)

  技術(shù)路徑：將原錘式破碎機(jī)改造為中置輥破形式，提高熟料冷卻效果，增加余熱發(fā)電能力，可提高篦冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低燒成系統(tǒng)綜合能耗。預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低0.2～0.5kgce/t。

  （7）富氧燃燒技術(shù)

  技術(shù)路徑：由膜法、深冷法、變壓吸附等方法獲得高濃度的氧氣，通入燃燒器一次風(fēng)及窯頭窯尾送煤風(fēng)中，將一次風(fēng)及送煤風(fēng)的氧氣濃度提升至28%～36%范圍，以加強(qiáng)窯內(nèi)煅燒溫度，提高分解爐難燃燃料或替代燃料的燃盡率，降低系統(tǒng)綜合能耗。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低2～4kgce/t。

  （8）窯頭燃燒器優(yōu)化改造

  技術(shù)路徑：根據(jù)燃料特性，進(jìn)行窯頭燃燒器結(jié)構(gòu)優(yōu)化或整體改造，強(qiáng)化回轉(zhuǎn)窯燃燒器性能，提升窯內(nèi)煅燒溫度，降低一次風(fēng)用量或改造成可使用生物質(zhì)、塑料微粒、橡膠微粒等高品位替代燃料的多功能燃燒器，減少化石燃料使用量，降低系統(tǒng)綜合能耗。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低1～2kgce/t。

  （9）生料易燒性和操作管理提升技術(shù)

  技術(shù)路徑：通過加入節(jié)煤劑、礦化劑等技術(shù)，改善燃料的燃燒特性或生料的易燒性，如磷渣、螢石等礦化劑明顯降低熟料燒成溫度，減少燃料的使用量，提升熟料質(zhì)量。通過提升操作管理，減少系統(tǒng)漏風(fēng)，均能降低綜合能耗，降低水泥生產(chǎn)成本。

  預(yù)期效果：熟料燒成綜合能耗降低1～5kgce/t。

  （10）立式輥磨生料外循環(huán)技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用外循環(huán)立式輥磨系統(tǒng)工藝，將立式輥磨的研磨和分選功能分開，物料在外循環(huán)立式輥磨中經(jīng)過研磨后全部排到磨機(jī)外，經(jīng)過提升機(jī)使研磨后的物料進(jìn)入組合式選粉機(jī)進(jìn)行分選，分選后的成品進(jìn)入旋風(fēng)收塵器收集，粗顆粒物料回到立式輥磨進(jìn)行再次研磨，系統(tǒng)氣體阻力降低5000Pa，降低了通風(fēng)能耗和電耗。

  預(yù)期效果：系統(tǒng)單位電耗11～13kWh/t。

  （11）輥壓機(jī)生料終粉磨技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用料床粉磨原理，不斷優(yōu)化輥壓機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)并進(jìn)行系統(tǒng)工藝創(chuàng)新，輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)比球磨機(jī)生料粉磨系統(tǒng)和立磨生料粉磨系統(tǒng)更節(jié)電。預(yù)期效果：系統(tǒng)單位電耗10～13kWh/t。

  （12）水泥粉磨優(yōu)化提升技術(shù)

  技術(shù)路徑：基于增加料床粉磨做功比重的理論方法，低能耗水泥粉磨成套技術(shù)裝備進(jìn)行了系統(tǒng)創(chuàng)新，有多種不同的選項(xiàng)如純球磨改聯(lián)合（輥壓機(jī)、立式輥磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)），小輥壓機(jī)改大輥壓機(jī)，增加高效三分離選粉或高效選粉機(jī)，可降低水泥粉磨系統(tǒng)電耗。

  預(yù)期效果：系統(tǒng)單位水泥電耗23～26kWh/t。

  表4低能耗水泥粉磨成套技術(shù)裝備



  （13）鋼渣/礦渣輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)

  技術(shù)路徑：以輥壓機(jī)和動靜組合式選粉機(jī)為核心設(shè)備，全部物料為外循環(huán)，除鐵方便，避免塊狀金屬富集，輥面壽命可達(dá)立磨的2倍，具有廣泛的物料適應(yīng)性，可以單獨(dú)粉磨礦渣、鋼渣，也可用于成品比表面積＜700m2/kg的類似物料的粉磨，系統(tǒng)阻力低，節(jié)電效果明顯。

  預(yù)期效果：生產(chǎn)礦渣微粉時系統(tǒng)電耗小于33kWh/t。

  （14）鋼渣立式輥磨終粉磨技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用料層粉磨、高效選粉技術(shù)，集破碎、粉磨、烘干、選粉為一體，集成了粉磨單元與選粉單元；通過磨內(nèi)除鐵排鐵、外循環(huán)除鐵、高壓力少磨輥研磨等技術(shù)，使得鋼渣中的金屬鐵有效去除。

  預(yù)期效果：系統(tǒng)能耗≤40kWh/t。

  （15）風(fēng)機(jī)效率提升節(jié)能技術(shù)

  技術(shù)路徑：目前，隨著風(fēng)機(jī)/電機(jī)整體節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，水泥工業(yè)使用高效風(fēng)機(jī)、新型懸浮風(fēng)機(jī)、永磁電機(jī)（低負(fù)荷運(yùn)行時）、高效聯(lián)軸器等節(jié)能通用設(shè)備能夠起到很好的節(jié)電效果。近年來節(jié)能風(fēng)機(jī)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能30%～40%，噪聲由120dB降到80dB。

  預(yù)期效果：風(fēng)機(jī)效率達(dá)到82%～85%，實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%～40%。

  2.數(shù)字化、智能化技術(shù)

  技術(shù)路徑：圍繞構(gòu)建智能裝備、智能生產(chǎn)、智能運(yùn)維、智能運(yùn)營、智能決策等五大維度，打造“數(shù)據(jù)、算力、算法、場景和全鏈路”的技術(shù)集群，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)線層級的生產(chǎn)管控智能決策、自動化專家系統(tǒng)、智能優(yōu)化控制及自主尋優(yōu)，整體完成或分步完成四個維度的生產(chǎn)管控智能化平臺建設(shè)。

  （1）智能裝備：實(shí)現(xiàn)原料自動配料、燒成系統(tǒng)智能優(yōu)化控制、出磨生料智能控制，全自動化驗(yàn)室采樣/送樣/成分化驗(yàn)等過程全自動完成，石灰石、原煤輔料堆場無人值守，自動調(diào)車和自動堆取料、實(shí)現(xiàn)堆場數(shù)字化管理。

  （2）智能生產(chǎn)：從石灰石破碎、原料磨、煤磨、脫硫脫硝、熟料發(fā)散、輔料原煤堆場均實(shí)現(xiàn)無人值守、一鍵啟停、自動控制，各種異常工況均能全自動聯(lián)鎖保護(hù)，初步實(shí)現(xiàn)燒成系統(tǒng)自尋優(yōu)控制，完成質(zhì)量全自動閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)智能自動配料，風(fēng)、煤、料、窯速匹配，生料及窯況穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。

  （3）智能運(yùn)維：由視頻巡檢與主輔機(jī)振動在線監(jiān)測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、油品在線監(jiān)測系統(tǒng)、現(xiàn)場專業(yè)巡檢融合構(gòu)建一體化高效智能巡檢體系；全自動智能潤滑系統(tǒng)；設(shè)備巡檢、檢修、隱患處理通過自動工單流轉(zhuǎn)方式實(shí)行閉環(huán)管控。

  （4）智能運(yùn)營：能耗分析過渡為自動取數(shù)、自動統(tǒng)計匯總、自動分析、自動能耗異常根源分析，改變數(shù)據(jù)分析模式，有效提升能耗分析效率、精準(zhǔn)性。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量一體化管控，打通質(zhì)量數(shù)據(jù)、質(zhì)量管控和智能優(yōu)化控制鏈路；安全管理由人工跟蹤監(jiān)管變?yōu)樾畔⒒嗑S度防控，中高危區(qū)域分級防控，在線驗(yàn)證防護(hù)措施及監(jiān)管到位，實(shí)施電力運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)。

  （5）智能決策：逐步落地在線熱工診斷、生料質(zhì)量閉環(huán)控制、能耗分析及異常定位、在線物料平衡等算法；生產(chǎn)智能控制平臺借助“APC＋大數(shù)據(jù)＋AI算法”，實(shí)現(xiàn)窯況異常工況識別、全局自主尋優(yōu)、游離氧化鈣和28天熟料強(qiáng)度預(yù)測；在窯頭喂煤控制、篦冷機(jī)風(fēng)量控制及與余熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)平衡控制方面，應(yīng)用專家AI算法優(yōu)勢，進(jìn)一步兼顧余熱發(fā)電量、降低噸熟料煤耗。

  預(yù)期效果：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線定員定崗小于80人，熟料綜合電耗降低1～5 kWh/t，標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低1.0～3.0kgce/t。

  （二）原燃料替代技術(shù)

  水泥工業(yè)CO？排放的60%左右來自于碳酸鹽分解，35%左右來自于燃料燃燒，5%左右來自發(fā)電的間接排放。用垃圾衍生燃料（RDF）、生物質(zhì)燃料、塑料、橡膠、皮革、廢棄輪胎等替代燃料來替代化石能源，可減少燃料產(chǎn)生的碳排放。另一方面用鈣質(zhì)工業(yè)固廢來替代石灰石，可顯著減少碳酸鹽分解的碳排放。該技術(shù)方向旨在從原、燃料替代出發(fā)，通過采用不同的原料或燃料，從工藝角度減少水泥系統(tǒng)的碳排放量，需要水泥企業(yè)根據(jù)環(huán)境條件、自身情況，在國家鼓勵政策下選擇使用。

  1.替代燃料協(xié)同處置技術(shù)

  技術(shù)路徑：替代燃料可分為固體、液體和氣體替代燃料，其中固體替代燃料主要包括垃圾衍生燃料（RDF）、生物質(zhì)燃料、塑料、橡膠、皮革、廢棄輪胎等；液體替代燃料主要包括礦物油和液壓油等；氣體替代燃料主要包括焦?fàn)t氣、煉油氣、裂解氣和氫能源等。積極開展氫能和生物質(zhì)燃料煅燒水泥熟料關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用研究。目前，RDF、廢油、廢輪胎及污泥等用作替代燃料較為普遍。將廢棄物進(jìn)行破碎、篩分、風(fēng)選等預(yù)處理，直接喂入水泥燒成系統(tǒng)的不同位置。通過預(yù)處理工藝降低廢棄物的細(xì)度、水分等，提升其燃料特性，可作為燃料替代使用，從而減少化石燃料的使用量。對于替代燃料比例高且Cl？含量等有害成分比較高時,可設(shè)置旁路放風(fēng)系統(tǒng)。

  預(yù)期效果：燃料替代率20%～60%，CO？排放量降低約10%～20%，水泥熟料生產(chǎn)綜合能耗降低10%～50%。

  2.替代燃料預(yù)煅燒裝備及技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用預(yù)煅燒設(shè)備直接處理適宜于改造現(xiàn)場的生活垃圾、生物質(zhì)、固體廢棄物等，替代燃料預(yù)煅燒設(shè)備可實(shí)現(xiàn)原生廢棄物的干燥、氣化及焚燒過程，實(shí)現(xiàn)廢棄物的預(yù)處理及預(yù)燃燒，可大幅提升水泥燒成工藝的替代燃料使用量及替代率。

  效益說明：燃料替代率達(dá)到50%以上，CO？排放量降低約10%～20%，水泥熟料生產(chǎn)綜合能耗降低10%～40%。

  3.新能源替代技術(shù)

  技術(shù)路徑：利用水泥廠的自然環(huán)境和地理位置，使用風(fēng)電、光電技術(shù)、風(fēng)光儲技術(shù)，吸收工業(yè)領(lǐng)域新能源技術(shù)探索經(jīng)驗(yàn)，通過綠色能源技術(shù)途徑減少水泥生產(chǎn)過程中的電力消耗，結(jié)合余熱發(fā)電，改造現(xiàn)有水泥廠使其實(shí)現(xiàn)“零購電”或“近零購電”,促進(jìn)水泥生產(chǎn)的綠色能源低碳轉(zhuǎn)型。

  預(yù)期效果：增加一套1.5MW風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，則年發(fā)電量約150萬kWh，電力消耗減少1kWh/t；建設(shè)多套風(fēng)力發(fā)電或者光電、垃圾發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)水泥企業(yè)“零購電”。

  4.電石渣替代石灰石質(zhì)原料生產(chǎn)水泥熟料技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用電石渣全部替代石灰石原料、采用新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)水泥熟料，解決電石渣廢渣污染環(huán)境的問題；電石渣替代石灰石質(zhì)原料，變廢為寶，節(jié)省石灰石礦山資源；實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)綠色、低碳發(fā)展。

  預(yù)期效果：1噸電石渣（干基）可以代替1.23噸優(yōu)質(zhì)石灰石生產(chǎn)1噸熟料，CO？排放量降低約40%～50%。

  5.超細(xì)冶金渣立式磨粉磨裝備技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用立式磨粉磨工藝對大量礦渣、鋼渣等固體廢棄物進(jìn)行資源化處置，提升其利用領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)價值。為地方消化大量礦渣、鋼渣等固體廢棄物，促進(jìn)水泥生產(chǎn)熟料減量化技術(shù)發(fā)展，降低碳排放總量。

  預(yù)期效果：噸水泥熟料系數(shù)降低≥5%，CO？排放量降低約6%～8%。

  （三）低碳水泥技術(shù)

  低碳水泥旨在降低生產(chǎn)水泥熟料所用碳酸鹽，或減少熟料用量。

  1.高貝利特硫鋁酸硅酸鹽（鐵鋁酸硅酸鹽）水泥技術(shù)

  技術(shù)路徑：水泥熟料特殊配料燒成技術(shù)，通過改變原水泥燒成配料和工藝工況控制，可將常規(guī)水泥生產(chǎn)線改為高貝利特水泥生產(chǎn)線，該高貝利特水泥抗壓強(qiáng)度等參數(shù)與常規(guī)水泥相當(dāng)或更優(yōu)。

  預(yù)期效果：降低水泥熟料燒成工藝過程CO？排放量20%～30%。

  2.低熱硅酸鹽水泥與中熱硅酸鹽水泥及其制備技術(shù)

  技術(shù)路徑：降低硅酸鹽熟料中C3S含量，提高C2S含量，并采用C2S活化和穩(wěn)定技術(shù)提高水泥強(qiáng)度。采用該技術(shù)，石灰石用量比普通水泥降低約10%左右，并可使用較低CaO含量的石灰石進(jìn)行配料。該水泥是具有低水化熱、較高后期強(qiáng)度、耐蝕性好等特點(diǎn)，適用于水工大壩等超大體積混凝土工程。

  預(yù)期效果：降低水泥熟料燒成工藝過程CO？排放量5%左右。

  3.分級分別水泥粉磨技術(shù)

  技術(shù)路徑：圍繞水泥中熟料水化有效利用率低、碳排放強(qiáng)度高的問題，重構(gòu)水泥顆粒組成，開展新型水泥低碳粉磨技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)料床粉磨能耗持續(xù)降低。預(yù)期效果：開展分級分別高效粉磨制備低碳水泥技術(shù)研究，達(dá)到相同的硅酸鹽水泥強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)熟料系數(shù)降低10%以上。

  4.高嶺土煅燒生產(chǎn)低碳水泥

  技術(shù)路徑：LC3低碳水泥是一種基于煅燒活性高嶺土和石灰石耦合替代水泥中部分熟料的石灰石煅燒粘土水泥，其技術(shù)關(guān)鍵是高嶺土的煅燒活化，采用懸浮煅燒技術(shù)、回轉(zhuǎn)煅燒技術(shù)或類似低溫改性工藝進(jìn)行高嶺石粘土脫水得到活性高嶺土，在保證水泥性能的同時降低熟料摻量。

  預(yù)期效果：低碳水泥中熟料摻量可降低至50%，與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，CO？排放量降低約30%以上。

  5.工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥成套技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用工業(yè)副產(chǎn)石膏立式烘干脫水裝置、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等水泥技術(shù)裝備，形成工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥新工藝，大幅降低燒成系統(tǒng)熱耗，顯著提高制酸煙氣的SO？濃度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用的節(jié)能減排并降低生產(chǎn)成本。

  預(yù)期效果：采用工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石灰石，CO？排放量降低約50%。

  （四）碳捕集封存技術(shù)

  碳捕集封存技術(shù)直接將水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO？進(jìn)行捕集提純，用于其他工業(yè)領(lǐng)域或食品加工、化學(xué)利用或者直接封存等，直接減少了水泥企業(yè)的CO？排放。

  1.全氧燃燒耦合低能耗碳捕集技術(shù)

  技術(shù)路徑：采用制氧設(shè)備制造的高濃度純氧氣體與燒成系統(tǒng)產(chǎn)生的循環(huán)煙氣混合再送入燒成系統(tǒng)中作為燃燒助燃?xì)怏w使用，由此可大幅提升燒成系統(tǒng)排出氣體中的CO？濃度，干基CO？濃度可達(dá)80%以上，大幅降低CO？進(jìn)一步捕集提純的成本。

  預(yù)期效果：單位CO？能源消耗小于1.6GJ/t.CO？。

  2.水泥窯爐煙氣捕集CO？技術(shù)

  技術(shù)路徑：利用化學(xué)、物理方法直接捕集水泥窯爐煙氣中二氧化碳，并采用吸收法進(jìn)行高濃度純化，達(dá)到CO2捕集提純的目的。

  預(yù)期效果：單位CO？能源消耗小于2.3GJ/t.CO？。

  七、不同能耗水平水泥企業(yè)技術(shù)改造提升建議

  本指南僅以試點(diǎn)企業(yè)提出碳減排技術(shù)方案，不同原燃料條件的水泥企業(yè)根據(jù)其實(shí)際使用的工藝、設(shè)備進(jìn)行個性化的選擇，以達(dá)到最大化的節(jié)能降碳為目標(biāo)。各水泥企業(yè)在實(shí)際實(shí)施中宜查漏補(bǔ)缺，補(bǔ)短板增強(qiáng)項(xiàng)，最終實(shí)現(xiàn)綜合能耗及碳排放的降低。

  本指南以GB 16780—2021《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》中定義的1級、2級、3級能耗標(biāo)準(zhǔn)為碳減排技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)，為不同能耗等級的水泥企業(yè)提供對應(yīng)的碳減排技術(shù)應(yīng)用方案。指南中所列舉的碳減排技術(shù)方案僅為建議方案，水泥企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況選擇使用。

  （一）能耗3級以下企業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)改造建議能耗3級以下企業(yè)往往采用較落后的設(shè)備或工藝，通過設(shè)備升級或工藝優(yōu)化可以降低水泥生產(chǎn)綜合能耗，使其達(dá)到綜合能耗3級或2級水平。

  以綜合能耗120kgce/t的水泥生產(chǎn)企業(yè)為例，使其達(dá)到綜合能耗3級或2級水平可以采用以下技術(shù)（見表5）。

  表5綜合能耗達(dá)到3級或2級水平可采取的技術(shù)措施

  為達(dá)到3級能耗，需要將水泥生產(chǎn)的設(shè)備及工藝提升至目前主流的高效低阻預(yù)熱器、大爐容分解爐、第四代篦冷機(jī)、生料輥壓機(jī)終粉磨等某些技術(shù)組合,可降低綜合能耗7～10kgce/t。在達(dá)到3級能耗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步選擇耐火材料整體提升、五級預(yù)熱器改六級、冷卻機(jī)中置輥破、富氧燃燒等某些技術(shù)組合，進(jìn)一步降低熱耗，整體可降低綜合能耗6～8kgce/t,最終達(dá)到綜合能耗2級水平。

  （二）能耗2級以下企業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)改造建議

  能耗達(dá)到3級但未達(dá)到2級的水泥企業(yè)大都采用了部分先進(jìn)的設(shè)備或工藝，但局部需要進(jìn)行優(yōu)化提升。

  以綜合能耗112kgce/t的水泥生產(chǎn)企業(yè)為例，使其達(dá)到綜合能耗2級或1級水平可以采用以下技術(shù)（見表6）。

  表6綜合能耗達(dá)到2級或1級水平采取的技術(shù)措施

 

  達(dá)到2級能耗的技術(shù)方案，可在表6中依據(jù)實(shí)際需要選擇幾項(xiàng)組合使用，可降低綜合能耗5～8kgce/t。采用五級改六級、富氧燃燒技術(shù)可在常規(guī)技改優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低4～8kgce/t，如采用替代燃料、生料易燒性提升、電石渣替代、新能源等技術(shù)可大幅降低綜合能耗，直接達(dá)到1級能耗。

  （三）能耗1級以下企業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)改造建議

  能耗達(dá)到2級但未達(dá)到1級的水泥企業(yè)基本已經(jīng)采用了先進(jìn)的設(shè)備或工藝，如需進(jìn)一步提升能耗水平需要采用替代燃料、生料易燒性提升、電石渣替代、新能源等技術(shù)。

  采用替代燃料、電石渣替代、新能源替代、高貝利特低鈣水泥中的一項(xiàng)或多項(xiàng)可大幅降低能耗水平及CO？的排放量，使不同能耗水平的水泥企業(yè)直接達(dá)到1級能耗水平。

  八、未來水泥企業(yè)碳減排技術(shù)展望

  （一）水泥熟料新型循環(huán)懸浮煅燒技術(shù)。新型循環(huán)懸浮煅燒技術(shù)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)堆積態(tài)變?yōu)榱鲬B(tài)化，因而系統(tǒng)內(nèi)部氣固兩相充分接觸，換熱效率提升，與現(xiàn)有同規(guī)模新型干法水泥熟料燒成工藝相比，熱耗降低10%以上，電耗降低5%以上。

  （二）清潔電能煅燒水泥的研究。在國家政策的推動下，未來全國范圍內(nèi)逐步走向控制高碳能源消費(fèi)，以低碳電力替代高碳電力，推進(jìn)非化石能源。在這種情況下，水泥工業(yè)可能會向綠色電力的電氣化發(fā)展。如果考慮未來水泥生產(chǎn)線全部采用清潔電能的綠電，實(shí)現(xiàn)水泥廠電氣化煅燒水泥，可以起到大幅度減排效果。

  （三）綠色生態(tài)智慧礦山。綠色生態(tài)智慧礦山采用的技術(shù)途徑包括：礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和諧，礦區(qū)可綠色化區(qū)域綠化覆蓋率和生態(tài)修復(fù)率達(dá)到100%；礦山固體廢物零排放，資源利用率100%；礦山生產(chǎn)設(shè)備智能化，生產(chǎn)現(xiàn)場無人化；礦山安全生產(chǎn)和智能配礦。最終建成生態(tài)環(huán)境和諧友好的公園式礦區(qū)，提高礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力，實(shí)現(xiàn)“零碳”礦山。

  （四）提升水泥產(chǎn)品利用效率。水泥產(chǎn)品利用效率的提升，可有效減少水泥產(chǎn)品的使用。目前應(yīng)在保證混凝土性能的基礎(chǔ)上，盡可能減少水泥用量，可以通過提高建筑及基礎(chǔ)設(shè)施中混凝土的有效使用率，在建筑領(lǐng)域采用木材及其他建筑材料替代水泥，回收水泥、回收混凝土并經(jīng)處理后再利用、開發(fā)使用水泥用量較低的新的混凝土產(chǎn)品等方式降低水泥需求量。因此需要對相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、施工規(guī)范、設(shè)計規(guī)范做進(jìn)一步修訂，提高水泥產(chǎn)品使用效率。另外，在工程管理上也需要在水泥利用效率上加強(qiáng)控制，通過更優(yōu)、更細(xì)的管理促使水泥用量下降，給予水泥碳中和直接支持。

  （五）實(shí)現(xiàn)熟料替代，調(diào)整水泥產(chǎn)品原材料結(jié)構(gòu)。尋找一些活性材料替代或減少熟料使用也是節(jié)煤減碳的一種方式。在工程建設(shè)過程中，根據(jù)混凝土性能需要，有差別的使用水泥，也是碳減排的重要途徑。例如，在砌筑，抹墻等非承重結(jié)構(gòu)上推廣使用砌筑水泥。

  （六）碳捕集技術(shù)由于碳封存或碳利用技術(shù)局限，目前尚不能直接大幅度降低碳排放水平，但由于該技術(shù)可直接降低最終的CO？排放，達(dá)到最大的CO？減排效果，在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)支持下可得到更多水泥企業(yè)的青睞。

  -