中国水泥行业替代燃料、原料技术现状及产业化发展建议

中国水泥行业替代燃料、原料 技术现状及产业化发展建议 执行摘要2024 年 2 月 中 国 水 泥 协 会 （ C C A ）中国水泥协会是经民政部注册登记的一级社团法人单位，会员由水泥制造和经营企业，相关科研院所、大专院校、社会组织以及与水泥行业相关的专业机构组成，现有会员单位企业约 900 余家。协会以服务政府、服务企业、服务行业、服务社会为宗旨，业务范围涵盖有产业政策研究、市场分析研究、行业科技发展、党建和行业文化、国际合作交流等。协会积极参与行业政策研究与制定，推动行业技术创新，构建行业绿色发展标准化体系，引领水泥行业绿色高质量发展。自 然 资 源 保 护 协 会 （NRDC）自然资源保护协会（NRDC）是一家国际公益环保组织，成立于 1970 年。NRDC 拥有 700 多名员工，以科学、法律、政策方面的专家为主力。NRDC 自上个世纪九十年代中起在中国开展环保工作，中国项目现有成员 40 多名。NRDC 主要通过开展政策研究，介绍和展示最佳实践，以及提供专业支持等方式，促进中国的绿色发展、循环发展和低碳发展。NRDC 在北京市公安局注册并设立北京代表处，业务主管部门为国家林业和草原局。请访问网站了解更多详情 http://www.nrdc.cn/课 题 编 写 人 员 :赵旭东 中国水泥协会范永斌 中国水泥协会潘支明 自然资源保护协会赵喜龙 自然资源保护协会夏凌风 中存大数据郭珍妮 中存大数据叶寒韵 中存大数据Cover Image on Freepik.© Natural Resources Defense Council 2024所使用的方正字体由方正电子免费公益授权执行摘要 / 中国水泥行业替代燃料、原料技术现状及产业化发展建议 / 1执 行 摘 要根据中国水泥协会统计数据，2021年全国水泥行业碳排放总量约13.45亿吨，占全国碳排放总量的13%左右，是仅次于电力行业（40%）和钢铁行业（14%）的第三大碳排放行业。现阶段水泥产品碳排放组成中，约60%为工艺过程排放，由原料受热分解产生；约35%为化石能源排放，主要由煤炭燃烧产生。研究水泥行业如何使用燃料、原料替代技术，减少过程排放与能源排放，将有助于水泥行业实现碳达峰碳中和目标。2022年11月，工信部、国家发改委、生态环境部、住房和城乡建设部联合发布了《建材行业碳达峰实施方案》，方案提出水泥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；推动替代原料的应用，通过逐步减少碳酸盐的使用量，加快非碳酸盐原料的替代，全面降低水泥生产过程中的碳排放。替代燃料、原料技术减碳贡献可观。根据中国水泥协会水泥产品减排技术路径预测，到2060年，水泥碳排放强度预计可降至31kg CO2/吨水泥；以2021年单位水泥碳排放量为基准，燃料替代技术和低碳水泥技术（包括替代原料和新品种低碳水泥）碳减排贡献分别为29%和19%。2 / 中 国 水 泥 行 业 替代 燃 料 、 原 料 技 术 现 状 及 产 业 化 发 展建议 / 执行摘要其中，水泥生产所需的化石燃料（主要是煤炭）可以被高热值废弃物制备燃料（固体回收燃料、生物质燃料等）或二次能源（氢能）、可再生能源（绿电）替代，从而减少化石燃料燃烧产生的碳排放。低碳水泥是指使用替代原料（利用低碳排放原材料替代传统石灰石生产水泥熟料）或生产新品种水泥（改变熟料生产机理，生产非传统硅酸盐水泥），从而减少传统水泥生产的过程碳排放。在自然资源保护协会（NRDC）的支持下，中国水泥协会对替代燃料和替代原料两项近期最具潜力的减排技术在我国的发展现状及问题进行了研究：通过市场调研分析水泥行业主要替代燃料、原料可用资源种类、产量、地理分布、性能特征，以及行业发展现状、问题及机遇；借鉴发达国家替代燃料、原料技术发展成功经验，提出了我国替代燃料和替代原料技术推广应用及产业化发展方面的建议。1、替代燃料（1）现状我国替代燃料资源丰富，提高化石能源替代比例具有较大潜力。我国水泥工业开展替代燃料技术研究起步较晚，目前热量替代率1不到2%，水泥生产严重依赖煤炭为主的化石能源。与之对比，在1　 “热量替代率”，是指熟料煅烧过程中消耗的替代可燃物热量占窑炉内燃料总热量的比例。执行摘要 / 中国水泥行业替代燃料、原料技术现状及产业化发展建议 / 3欧洲，替代燃料的热量替代率1普遍较高，平均为40%，德国、奥地利甚至可以达到70%以上。事实上，我国生产替代燃料可用的资源非常丰富，主要包括工商业和城市固体废弃物、废塑料、市政污泥、废轮胎等。报告调研梳理了水泥行业现有主要替代燃料种类及其热值、产品应用情况，替代燃料生产主要原料资源分布情况，见表1，图1。 表 1：水泥行业主要替代燃料替代燃料热值 （MJ/kg）产量（万吨）产量分布主要优势主要劣势垃圾衍生燃料、固体回收燃料16~22未知全国原料分布广泛产品含水量高生物质14~2135亿吨河南、黑龙江、山东原料分布广泛产品含水量高、有季节性糠醛渣（生物质）16~20400~500山东、河南、河北原料来源稳定产品含水量、硫含量高干市政污泥8~125500全国产品产量高产品处置技术不成熟、热值低、含沙量高、有机质低轮胎衍生物25~302000全国产品热值高产品价格昂贵来源：本研究课题组4 / 中 国 水 泥 行 业 替代 燃 料 、 原 料 技 术 现 状 及 产 业 化 发 展建议 / 执行摘要秸秆生活垃圾市政污泥废皮革废旧纺织品废旧阴极炭块来源：本研究课题组绘制图 1：水泥行业主要替代燃料生产原料资源分布执行摘要 / 中国水泥行业替代燃料、原料技术现状及产业化发展建议 / 5目前，我国水泥行业实际用煤热值在21-23MJ/kg之间，从上图各替代燃料种类和资源分布情况来看，满足替代燃煤热值要求的替代燃料种类较多，资源分布也比较广泛，可供水泥生产企业根据自身情况选择使用。在各替代燃料中，生活垃圾和一般固体废弃物的潜力尤其突出，其数量将会随着人们生活水平的提高而增加，给当地水泥企业使用替代燃料提供稳定、丰富的原料资源。根据中国水泥协会预测，在碳达峰碳中和情景下，到2030年，我国水泥行业替代燃料热值替代率可达6%，2060年可达45%，促进替代燃料产业化发展是推动当前热值替代率提高的关键。（2）影响水泥行业替代燃料技术、产业化发展的主要问题1）误把协同处置技术等同于替代燃料技术，市场主体对替代燃料理解不足。水泥窑协同处置技术主要涉及对生活垃圾、一般固体废弃物等进行的预处理，这些预处理后的可燃物缺乏统一标准，仅需满足特定水泥企业的使用要求。尽管这种处理可以回收一部分废弃物热值，但其热值贡献并不足以稳定替代化石燃料。协同处置更多地关注废弃物的处理，而替代燃料技术则专注于燃料的属性，应符合国家统一标准，并具有严格的质量控制要求。替代燃料可以直接供用能单位使用，无需再进行复杂的预处理。目前，这两项技术的区别缺乏清晰界定，管理部门和市场主体认识也不够准确，常将协同处置技术视作替代燃料技术的一部分。这种误解导致水泥企业普遍建立自己的协同处置系统，处置生活垃圾和一般固体废弃物，而不是形成对替代燃料市场供应的需