关于水泥行业燃料替代技术发展的几点思考

关于水泥行业燃料替代技术发展的几点思考

陈磊磊

身份证号：61043119930621031X

摘要：为实现“3060”目标，中共中央、国务院发布了相关文件，以指导各地方和各行业的“双碳”工作。意见强调了严格控制化石能源消费和积极发展非化石能源的重要性。水泥行业是高能耗和高碳排放的重点行业关于水泥行业燃料替代技术发展的几点思考之一，2021年行业碳排放总量占全国碳排放总量的13%，仅次于电力行业（40%）与钢铁行业（14%）。行业要加大对替代燃料的利用，支持生物质燃料等可燃废弃物替代燃煤，推动替代燃料走向高热值、标准化、低成本的发展方向。

关键词：水泥行业；燃料代替技术；发展

引言

据中国水泥协会预测，到2060年，预计我国水泥行业吨水泥碳排放为31kgCO2/t水泥，对比2021年技术指标，其中CCS技术减排贡献度最大，为40.8%；燃料替代技术次之，为28.5%；再次，低碳水泥技术减排贡献度为18.9%。根据预测，燃料替代技术在2021年-2025年间受限于政策环境、原料来源及技术研发进度等因素对我国水泥行业碳减排贡献较低。随着政策完善和技术进步，在2025年-2060年间水泥行业替代燃料使用占比将持续增大，热量替代率持续上升，对行业碳减排将起到重要作用。

1概念与工艺认知

谈到燃料替代，绕不开的评价指标是热量替代率（TSR），其公认定义是熟料煅烧过程中消耗的替代燃料热量占窑炉内燃料总热量的比例。需注意的是，热量替代率并不等同于节煤率。举例说明，某两个水泥窑用替代燃料项目，改造前煤耗均为100kg标煤/t熟料。改造后，项目1的煤耗降低到98kg标煤/t熟料，替代燃料供热12kg标煤/t熟料；项目2的煤耗降低到95kg标煤/t熟料，替代燃料供热10kg标煤/t熟料。项目1的TSR值约为10.9%，项目节煤率为2.0%；项目2的TSR值约为9.5%，项目节煤率为5.0%。同理，TSR值高低并不代表水泥熟料生产线的能耗水平高低。脱水效果不好的协同处置项目，甚至还会导致生产线煤耗增加，但从TSR定义看，该生产线TSR依旧大于0。因此，在大力推广替代燃料时，除了关注TSR的提高外，还需关注生产线煤耗的变化。

2主要替代燃料来源现状

2.1生活垃圾衍生料

作为我国较早发展的水泥窑“协同”处置技术，生活垃圾衍生料是目前国内较少进行补贴的“替代燃料”之一。该类型项目需要新建垃圾分选系统、成品暂存系统、上料系统、入窑系统、除臭系统、旁路放风系统等，项目建设存在垃圾衍生料热值低、整体造价高、窑系统波动大、熟料减产明显、补贴少等多种问题。造成该类型项目在实际运营中不增加政府补贴的情况下很难达到经济平衡。因此，单纯从经济角度考虑，该类型项目基本无法实现经济价值目标，更多关注生活垃圾处置带来的社会效益，以完成企业社会责任为最终目的，本文不做过多分析。

2.2废纺

纺织边角料具有物料单一、热值高、灰分低、含水率低等多种优势。该类物料对窑系统影响较小、热效率较高，可直接投入分解炉，在已建项目中广受欢迎。由于物料从“废物”向“商品”转变，在利益驱动下，导致越来越多的收运、破碎等中间过程中人为的掺杂、掺水现象越来越多，造成破碎系统维护等运营成本逐步增高。在煤炭价格下降及水泥企业效益下滑的双重打击下，极大的影响了预处理企业及水泥企业的投资积极性。

虽然我国废旧纺织物年产量可达到1200万吨，其中仅有加工过程的500万吨边角料是目前替代燃料的主要来源，还有面临着火力发电厂等企业的竞争。且随着国家内部产业结构调整，废旧边角料总量存在快速降低的可能。因此，在总量固定下，废纺类物料会产生“价高者得”问题，源头较难把控，影响生产线长期稳定运行。

2.3农林秸秆

我国农林秸秆等生物质具有来源广泛、总量大、热值较高、运输距离短等优势，也是国内水泥窑替代燃料主要组成部分。但是，农林秸秆中钾、钠、氯等有害元素含量较高，易造成系统结皮堵塞、影响熟料质量，需要设置旁路放风系统进行有害元素分离。农林秸秆目前主要处置手段仍以还田和生物质焚烧发电为主，且目前焚烧发电到厂价格已达到350元/t。同样由于商品属性问题，若无法做到源头把控，秸秆等物料在收储转运过程中会掺入较大量的泥沙、砖石等杂质，造成后端处置成本增大、设备运行稳定性降低等问题。

3水泥行业燃料替代技术发展的几点思考

3.1燃料替代技术的减碳机制

水泥行业中，燃料替代技术的本质在于利用高热值废弃物、二次能源或可再生能源代替目前国内水泥生产所需的大量化石燃料。因此，其减碳机制在于降低化石燃料的使用量从而减少化石燃料燃烧产生的碳排放。需说明的是，替代燃料中碳基燃料的燃烧仍会产生CO2，甚至可能因为热值或燃烧效率较低，消耗更多替代燃料，产生更多CO2。但一般而言，国际上和国内目前都认同不将生物碳的燃烧纳入核算边界。而替代燃料中化石碳燃烧所产生的碳排放，不同政策工具的应对方式不同。从我国燃料替代技术的推广和替代燃料产业化发展的角度来说，现阶段，对替代燃料中的化石碳燃烧所产生的碳排放量进行单独统计，但不纳入核算边界，更有利于加快替代燃料产业链的形成及行业燃料热量替代率的提高。因此，除绿氢等非碳基燃料的燃料替代技术，其减碳机制在于现行政策工具下核算方法未纳入替代燃料中生物碳或化石碳的燃烧。由此可见，从碳减排的角度出发，替代燃料的选择和应用应密切关注碳相关政策的制定和实施。

3.2一般固废类替代燃料安全管控措施

（1）做好相关人员培训教育工作，充分了解替代燃料的性能，进行安全风险和健康风险辨识。（2）对替代燃料进行环保备案，做到合规合法。（3）建立完善的安全管理制度，制定相应的安全规章制度和应急预案，对储存、运输和使用过程中的危险因素进行管理和控制，完善安全防范措施和消防措施。

3.3涉爆粉尘类替代燃料安全管控措施

（1）做好员工安全教育和培训，充分了解炭黑、橡胶粉、热值粉煤灰的特性和危害。设计合理的生产工艺，采用封闭式设备和管道，减少粉尘的产生和扩散。（2）建立完善的安全管理制度，制定相应的安全规章制度和应急预案，对储存、运输和使用过程中的危险因素进行管理和控制。（3）进行分类单独储存，对储罐支撑框架进行稳固性研判，采取必要的防止倾倒的安全措施。（4）作业现场要保持整洁，定期清理设备和管道内部的粉尘，加强防潮措施；在生产和运输过程中，加强涉爆粉尘的防静电措施，避免产生剧烈碰撞、摩擦。（5）设置单独的收尘系统，设置安全防爆和报警监测设备，做好防雷接地防护，并按照要求经第三方检测机构检测。控制生产过程中的温度、湿度和氧气浓度等参数，避免产生自燃或引发粉尘爆炸。（6）落实粉尘清扫制度，禁止设备动火作业，确需检修时，严格履行审批手续，各类防护措施到位后，在有人监护条件下方可进行动火作业，作业人员配备并穿戴好劳动保护用具。

结束语

燃料替代技术是水泥行业碳中和路线的重要技术之一，但我国替代燃料行业仍处于起步阶段，与国际先进水平仍有差距。现阶段以水泥窑协同处置技术为主流技术，后续可能的可行发展方向预期为替代燃料产业化发展模式，这需要政府、产业和企业共同努力，从多方面着力完善和提升，共同推进替代燃料产业的发展，实现经济效益和环境效益的双重收益，促进水泥行业可持续发展。

参考文献

[1]李伟峰，马素花，沈晓冬.我国水泥工业碳减排技术现实路径刍议[J].新世纪水泥导报，2021（6）：1-6.

[2]许威，曹飞，陈冬，等.原料角度分析我国水泥行业燃煤高替代发展[J].水泥工程，2022（6）：62-64,68.

[3]蔡正.水泥窑协同处置废纺作为替代燃料的试验研究[J].水泥工程，2022（5）：17-18.