推動低碳智能 服務美好世界——中材國際落實《建材行業碳達峰實施方案》技術行動 |《建材行業碳達峰實施方案》解讀之十

中國中材國際工程股份有限公司 劉 燕 印志松

　　水泥行業是我國國民經濟的重要基礎產業，也構成了現代城市建筑的軀干。我國是全球水泥制造第一大國，是建材行業的二氧化碳主要排放源。按照工信部印發的《建材行業碳達峰實施方案》相關要求，作為國際化水泥技術裝備工程系統集成服務商、水泥技術裝備企業，中材國際面向“一帶一路”和全球可持續發展，謀劃水泥工業碳達峰、碳中和技術發展路線和實施行動方案，致力于中國水泥工業低碳技術進步。

　　一、提出服務于水泥工業碳減排的總體目標

　　《建材行業碳達峰實施方案》提出，我們要堅持統籌推進、雙輪驅動、創新引領和突出重點等四項工作原則，以強化總量控制、推動原料替代、轉換用能結構、加快技術創新、推進綠色制造等作為我們推進建材行業碳達峰的重點任務。

　　我們將緊緊抓住數字化、智能化、綠色化發展機遇，加大對重大共性關鍵技術和應用示范投入，從全產業鏈角度進行整體設計和技術應用，實現系統性解決方案。堅持創新驅動，聚焦綠色低碳循環發展關鍵核心技術，創新科研攻關機制，構建市場導向的綠色低碳技術創新體系，大力研發推廣低碳技術，推動低碳前沿技術研究和產業迭代升級，促進碳達峰、碳中和技術創新發展。總體研發目標是到2030年，實現單位熟料碳排放降低20%，單位水泥碳排放降低30%；到2050年，實現單位熟料平均碳減排40%。

　　二、布局水泥工業全鏈條碳減排技術路徑

　　針對水泥工業碳排放的主要來源，碳減排技術路徑主要包括能源效率提升技術、替代原燃料及新能源技術、熟料替代與新型低碳熟料水泥技術、碳捕集儲存利用技術等各技術潛在的減排空間也不盡相同。

　　1. 能源效率提升技術《建材行業碳達峰實施方案》提出了提高能源利用效率水平的要求，明確樹立能效“領跑者”標桿，推進企業能效對標達標，挖掘節能減碳空間，進一步提高能效水平。我們將從減少系統化石能源消耗、降低系統高碳電力電耗、提高系統余熱利用效率和全流程數字化智能化等方面，加強低/超低能耗新型干法水泥生產技術研發及應用。預計目標到2030年實現水泥生產燒成技術平均煤耗≤95kgce/t.cl，熟料綜合平均電耗≤45kWh/t.cl；2050年實現水泥生產燒成技術平均煤耗≤85kgce/t.cl,熟料綜合平均電耗≤40kWh/t.cl。與能耗限額標準的新建水泥生產線限額準入值相比，提高能源利用效率可有效降低CO？排放5%左右。

　　2. 替代原燃料及新能源技術水泥工業約60-65%的CO2排放來自于石灰石原料分解，替代原料總體思路就是盡量少用碳酸鹽的鈣質原料，減少原料分解的碳排放，因此使用鈣質替代原料可以顯著減少CO2的排放。從轉換用能結構的角度，《建材行業碳達峰實施方案》提出加大替代燃料利用，支持可燃廢棄物替代燃煤，完善上游產業鏈配套，形成衍生燃料制造新業態，提升水泥等行業燃料替代率。水泥行業使用替代燃料可以有效減少化石燃料的使用量，可降低CO？排放量約10～15%。我們將核心攻關研發具有國際競爭力的替代燃料技術，開發大規模國產化預煅燒技術裝備，替代燃料率達到80%以上，實現燒成系統智能化系統長期、穩定投運。同時，將聯合水泥企業積極部署零外購電生產線和綠色能源項目，開展氫能源耦合替代燃料煅燒研究，利用廠區合適位置合理布局光伏、風力、生物質發電、儲能技術等。

　　3. 熟料替代與新型低碳熟料水泥技術在不降低體系強度的基礎上，減少熟料用量可有效減低水泥碳排放強度，主要通過提高熟料、摻合料質量，優化水泥粉磨工藝等來實現熟料高效替代。對于水泥粉磨普遍面臨粗顆粒熟料未能全部水化，輔助膠凝材料未能合理利用的現象，采用分級分別水泥粉磨技術，可以進一步降低熟料系數和粉磨電耗，使得高活性物料充分發揮化學活性、低活性物料充分利用填充作用。低碳水泥技術主要是指在保持混凝土性能的基礎上，采用多礦相體系，降低熟料中的CaO含量。如LC3水泥，高貝利體系低鈣水泥等。

　　4. 碳捕集儲存利用技術一般認為，水泥工業最成熟的碳捕集技術是化學吸收法，最經濟的方法是全氧燃燒法。全氧燃燒單位CO？產品能耗降為1.5～1.7GJ/噸.CO？，而常規化學吸收法單位CO？產品能耗:2.6～3.2 GJ/t.CO？，預計上述兩項技術將不斷優化。我們將重點攻關全氧燃燒技術，并圍繞碳捕集、利用與封存（CCUS）技術，聯合國內外科研院所、知名企業，聯合開展捕集后CO？處置方法探索，主要包括地質利用、化工利用、生物利用和地質封存等四大類，如油田驅油、生物制藻、咸水層封存、CO？制甲醇、廢渣礦化等。

　　5. 其他突破性技術按照產業鏈向下延伸，以混凝土碳化技術為重點，可大幅度提升硅酸鹽水泥與CO？的反應程度，有效降低CO？排放量5%以上。按照產業鏈向上延伸，我們將以零碳礦山為目標，以現有礦山技術裝備和整體解決方案為基礎，開展低碳甚至是零碳礦山、大宗原燃材料低碳運輸研究。

　　三、助力水泥工業碳減排技術示范應用

　　1. 水泥工藝再優化，數字智能強賦能，提高能源利用效率。

　　目前中材國際積極推進低能耗水泥生產技術研發及應用，實現低碳水泥生產燒成技術煤耗≤94kgce/t.cl，熟料綜合電耗≤42kWh/t.cl，主要技術經濟指標達到國際領先水平。以承建的南方水泥優化升級項目——槐坎南方日產7500噸熟料生產線為例，該項目集領先的燒成、粉磨、智能化技術及裝備為一體,生產線每年可節省標準煤3.99萬噸，節省工業用電5390萬千瓦時，減少CO？排放15.6萬噸，實現水泥行業超低排放指標；通過智能化生產運營模式，以全廠65人的配置，實現了綜合管理效率提升50%以上，勞動生產率提高200%。

　　2. 定位系統解決方案，主攻自主裝備，可實現100%原燃料替代。

　　我們從上世紀90年代開始研究水泥窯協同處置廢棄物關鍵技術，已形成了大宗廢棄物水泥窯協同處置的成套技術裝備。截至目前，累計完成各類固體廢棄物工程服務200多項，包括水泥工業協同處置生活垃圾、工業廢棄物、危險廢棄物和RDF等。針對替代原料，2004年首條壓濾法電石渣制水泥熟料780噸/日生產線在宜賓天原集團建成投產，實現100%石灰質原料替代；針對國外替代燃料，可提供替代燃料率100%項目工藝整體技術系統解決方案，已投產的法國MK3項目燃料替代料85%，噸熟料減碳240kg，減少碳排放28%，每年可減少二氧化碳排放16.3萬噸；目前正在施工中的拉法基豪瑞波蘭項目替代率可達90%。

　　3. 提升現有裝備適應性，推廣新煅燒技術。

　　與傳統硅酸鹽水泥相比，LC3水泥具有明顯的低碳特征，正成為海外多個地區未來水泥市場的重點發展方向。LC3水泥的技術關鍵是粘土的煅燒活化，目前國內外主流研發方向為粘土懸浮煅燒。從2017年開始，我們通過承擔科技部重點研發項目，開展非金屬礦物懸浮煅燒技術研發，形成具有自主知識產權的成套粘土懸浮煅燒工藝技術及裝備并實現工業化推廣應用。

　　4. 發揮水泥工藝優勢，以全氧燃燒實現CO？自富集，降低碳捕集成本。

　　《建材行業碳達峰實施方案》要求加快研發重大關鍵低碳技術，研發全氧、富氧等工業窯爐節能降耗技術，加快突破建材窯爐碳捕集、利用與封存技術。源頭提升CO？濃度是降低碳捕集提純成本的最有效方法，可大幅度提升出系統煙氣CO？濃度至75%以上，為實現低成本碳捕集提供可能，進而將捕集的CO？提純成工業級、食品級CO？產品或封存。同時，系統能提供不同濃度CO？可直接用于碳化預養護混凝土、廢渣碳化、制備碳化混凝土產品及合成制備甲烷等化工原料，適用性強。在國內和國際水泥市場，我們正聯合大型水泥集團推進碳捕集提純技術的工業化應用，項目投產后可實現年捕集利用5-20萬噸CO？。

　　5. 建設綠色礦山，打造數字礦山，探索“零電”礦山。

　　切實推進裝備“四化”，即裝備大型化、專業化、品牌統一化、新能源化，大力推行“零電礦山”試點，探索綠色發展新業態，從裝備使用及綠電使用方面達到減排、減碳、減電目的。突出礦山專業特色，建設實效型數字化礦山。目前已建成 100 座綠色礦山，其中國家級綠色礦山44座，在6個項目實施新能源礦車替代，截止目前已經運營的新能源礦車有69輛；聯合業主共同建設“零電礦山”試點項目，試點風光儲一體的低碳礦山方案，目前已經有6座礦山開始試點。

　　四、綠色智能賦能未來水泥工廠

　　中材國際踐行高端化、智能化、綠色化發展，以清潔可再生能源高效利用、工業污染物和碳凈零排放、全過程數字化智能化、多產業聯動循環經濟生態系統、智能化無人化產業云生態圈為實施途徑，推動水泥行業未來成為數字、智能、綠色、環保的基礎原材料產業，正在研發實現到2030年基本實現智能低碳生態云工廠，2050年實現碳中和與環境友好工廠，推動綠色智能，賦能未來工廠，服務美好世界。