国内外水泥企业碳排放量化方法比较

—1L■ 前沿i№m 编辑／徐航 内外水泥企业碳排放量化 法比较 ◎文／洪大剑张丽欣 水泥企业的各种Co：排放源 中，生料煅烧过程中碳酸盐矿物分 解产生的排放量大，且影响因素较 多，不确定性较大，是水泥企业碳 排放量化的重点和难点。本文通过 对国际水泥可持续性倡议行动组织 (cSI)和我国的((水泥生产企业 co=t4E放量计算方法》中的C02量 化方法进行分析与比较，以期为我 国即将开展的碳核查提供参考。 一、量化方法 1．CSI量化方法 对于典型干法水泥熟料生产企 业，CSI给出的工艺流程见附图。 原料经破碎、预均化、磨粉等 工序后，进入均化库均化，同时进 石灰石矿 CaC03．Mg 粘土、砂岩 CaO．MgO． 入均化库的还有从窑尾除尘设备收 集下来的循环窑灰；出库生料，做 为喂料进入五级预热器分解，大部 分碳酸盐矿物在预热器内分解产生 CO：，生料在旋风预热器中完成预 热和预分解后，进入回转窑中进行 熟料的烧成，未分解完全的碳酸盐 矿物在回转窑中进一步的迅速分解 并发生一系列的固相反应，生成熟 料；最后窑头冷却机将熟料由回转 窑卸出，冷却后进入熟料库贮存。 煅烧燃料分两路分别由窑头和预热 器喷入，燃烧产生的C02与碳酸盐 矿物分解产生的COz一并从窑尾排 气筒排出。 CSI给出了基于生料消耗量和基 于熟料产量两种量化方法，同时，根 台。 一i 一，脱离i ^ 含 尘烟气手 1◆庶 广 喂料蛰 ]一 一循环窑灰。 旁路粉尘 熟料 附图 典型干法水泥熟料生产工艺流程图 《认证技术》2013·06 煤粉 据企业自身情况，对于每种算法， 又分别给出了标准和简易算法。 (1)基于生料消耗量的量化 方法 对于有量化经验或者以碳交 易为目的的企业，CSI建议采用如 下标准方法量化。 碳排放量=喂料量×(1一窑 灰纠正系数)×生料COz排放系数 +脱离系统的窑灰量X窑灰c02a} 放系数一旁路粉尘量X旁路粉尘 中的COz质量分数 公式中，窑灰纠正系数指的 是窑灰占喂料量的比例。 生料C02排放系数，指的是单 位生料中碳酸盐矿物分解产生的 C02与有机碳产生的C02之和。脱 离系统的窑灰量指的是收集下来 的窑灰，通过丢弃或直接做为水 泥原料等方式脱离回转窑系统的 窑灰量。 窑灰c02a}放系数是指由于煅 烧不完全，煅烧过程中产生单位 窑灰的C02排放量。 csI认为在生料中有机碳含 量不高的情况下，可用烧失量 (LOI)替代生料C02排放系数。 此外，CSI认为旁路粉尘基本上完 全煅烧，旁路粉尘的COz质量分数 与0接近。 国方一—■■■●●●■■ 万方数据 J型——————————堂●◆_-__-__-l__-_-_·_---__·_·--I-_-_-··_··__·___--_-_-_·-_--·_--·--_-_Il-__-l-l-ol··-·oo’’oo’’’。’————————————————一1■_■■- 鉴于以上两点，对于没有量化 经验或者以自查为目的的企业， CSI建议采用如下简易量化方法。 碳排放量=喂料量X(1一窑灰纠正 系数)×LOI+脱离系统的窑灰量 ×窑灰COz排放系数 (2)基于熟料产量的量化方 法 对于有量化经验或者以碳交易 为目的的企业，cSI建议采用如下 标准方法量化。 碳排放量=(熟料产量+旁路 粉尘量)X熟料COz系数+脱离系 统的窑灰量X窑灰C02排放系数+ 熟料产量X(生料／熟料比)X生 料中有机碳含量X 44／12 对于熟料c02排放系数，根据 熟料中的CaO和MgO含量来确定。 CSI考虑到了原料中存在非碳酸盐 形式的CaO和MgO对计算结果的影 响。 CSI认为旁路粉尘已完全煅 烧，其排放因子应采用熟料排放因 子；而窑灰的煅烧率较低，在企业 数据缺失的情况下，可以采用默认 值0。 对于生料中的有机碳含量， CSI推荐默认值0．2％。 对于没有量化经验的企业， C S I推荐使用简易量化方法， 熟料C o z排放系数采用默认值 0．525tC02／t熟料。 2．我国量化方法 基于CSI的基本原则，结合我 国水泥工业利用替代原料、高混合 村掺量等技术特点，我国《水泥生 产企业C02排放量计算方法》采用 熟料产量的量化法，主要通过以下 方式量化。 生料中碳酸盐矿物分解和有机 碳燃烧产生的C02排放总量由5部 分组成。 下面分别阐述各部分的计算公 式。 (1)熟料 若生料中实际的氧化钙和氧化 镁含量小于1％，则按下列方法计 算：El=QI×fl E1为监测期内生料中碳酸盐矿 物分解产生的C02排放量(t)； Q-为监测期内熟料产量 (t)I f，为监测期内熟料排放系数 (tC02／t熟料)， fi=Cc。ax箦+CMso×筹 c。。为水泥熟料中的CaO含量 (％)I C邺为水泥熟料中的MgO含量 (％)。 若生料中实际的氧化钙和氧化 镁含量大于1％，应根据生料中实 际碳酸盐含量并考虑烧失和燃煤灰 分的掺入，计算方法如下： EI=Ql×fz f2为熟料排放系数(tC02／t熟料)，f2=Rc×器×Fc R。为生料中碳酸盐C02质量分 数(％)； L为生料烧失量(％)； F。为熟料中燃煤灰分掺入量换 算因子，推荐默认值1．04。 (2)窑头排气筒烟气中的粉 尘 水泥窑炉窑头排气筒排放烟气 中的粉尘与熟料组分相同，计算公 式如下：E2=Q2 Xfl或E2=Q2×fz Ez为监测期内窑头排气筒排 放烟气中的粉尘产生的c02排放量 (tC02)； Qz为监测期内窑头排气筒排放 烟气中的粉尘量(t)，根据企业 实际监测的烟气流量和粉尘浓度确 定；如无具体监测数据，取默认值 0．3kg／吨熟料。 (3)旁路粉尘 旁路粉尘中的碳酸盐矿物未完 全分解，计算公式如下： E3=Q3 XBc E3为监测期内旁路粉尘产生的 C02排放量(tC02)； Q 3为监测期内旁路粉尘量 (t)； B。为监测期内旁路粉尘COz排 放系数(tC02／t)，B。=fl×(1．单) 或Bc=f2×(1。争) ‰为旁路粉尘烧失量(％)。 (4)脱离系统的窑灰 对于有窑灰(CKD)脱离系统 的企业，计算公式如下： E4=Q4X￡KD E4为监测期内脱离系统的窑灰 产生的C02排放量(tC02)l Q一为监测期内脱离系统的窑灰 量(t)； ￡。为窑灰C02排放系数(tCOj t)，f．o=fi×(1-RC．KD)或fc。=fi×(1一孥) 。 ＆。为窑灰烧失量(％)。 (5)有机燃烧 计算方法公式如下： Es=Q1 XfxCocX44／12 《认证技术》2018·06 万方数据 ●◆塑 Front 编辑／徐航 E 5为监测期内生料中有 机碳燃烧产生的C o z排放量 (tC02)； f为生料熟料比； Coc为监测期内生料中有机碳 含量，取默认值0。2％。 二、量化结果比较 本文选取华东某一5000吨／天 典型硅酸盐水泥厂的生产数据 (该水泥厂产生的窑灰全部入均 化库，无脱离系统的窑灰；旁路 粉尘量无法计量；生料中实际的 氧化钙和氧化镁含量小于1％)， 按照CSI及《水泥生产企业C02 排放量计算方法》中的量化方 法，分别计算并对其结果进行了 比较。 计算结果如表2。 三、结论 1．各种量化方法都是依据物 料平衡原理，CSI标准生料法和 标准熟料法因缺少生料中实际氧 化钙和氧化镁含量的具体数据， 无法获得具体量化结果。 2．CSI标准生料法与标准熟 料法需要考虑生料中非碳酸盐 表1 201 1年基础生产数据 形式的钙、镁对生料／熟料排放因 子的修正，量化结果准确度高， 不确定性低。但我国水泥企业普 遍未对该数据进行分析，无法获 得具体的修正系数，目前这两种 方法对于我国企业尚不具备实施 条件。 3．CSI简易生料法采用LOI作 为生料排放系数，简易熟料法采 用默认值做为熟料排放系数，方 法简单，但不确定性高，不推荐 使用。 4．((水泥生产企业COz排放量 计算方法》综合考虑了可操作性 噎‘并Rnl三一 I喁日I 出库生料量 吨 272826 140069 271503 271316 266968 265244 274896 170953 264582 238615 260231 274277 窑灰量 吨 2837 14卵 2824 2822 2776 2759 2859 1778 2752 2482 2706 2852 出库生 LOI ％ 35．46 35．66 35．60 35．78 35．76 35．78 35．91 35．63 35．84 35．56 35．78 35．79 料中的 Si ％ 13．24 12．98 13．1I 12．79 12．93 12．88 12．84 13．06 13．20 13．23 13．17 13．04 成分和 Fe ％ 2．31 2．33 2．30 2．33 2．37 2．32 2．27 2．28 2．21 2．30 2．31 2．36 Al ％ 2．82 2．78 2．86 2．8I 2．79 2．80 2．74 2．83 2．71 2．67 2．57 2．55含量 Ca ％ 44．87 44．64 44．39 44．34 44．30 44．29 44．63 44．56 44．55 44．78 44．70 44．71 MgO ％ O．58 0．65 O．76 1．11 0．96 0．92 0．65 0．59 0．56 0．44 0．58 0．62 熟料产量 吨 182舛0 91331 178655 176150 174554 171861 178947 115254 172lll 153062 172375 179926 熟 LOI ％ 0．18 O．17 0．2 0．19 0．24 0．31 O．26 O．22 0．34 0_31 0．34 0．26 料 Si ％ 22．4 22．27 22．3 22．22 22．16 22．1l 22．19 22．14 22．27 22．34 22．32 22-37 由 Fe ％ 3．6l 3．67 3．6 3．68 3．68 3．58 3．53 3．48 3．42 3．54 3．58 3．49的 成 AI ％ 5．23 5．2 5．33 5．25 5．25 5．26 5．25 5_35 5．23 5．26 5．29 5．22 分 和 Ca ％ 66．5 66．2 66．16 65．98 66．02 65．78 66．27 66．5 66．26 66．29 66．11 66．22 含 Mg ％ 0．99 1．14 1．18 1．5 1．35 1．47 1．22 1．12 1．11 O．99 1．12 1．09 量 S03 ％ 0．39 0．46 0．45 0．47 0．54 0．49 0．43 0．32 0．36 0．3 O．33 0．31 窑头平均搀气 m3／h 24404 6353 7224 25324 25906 24978 24999 14514 25613 20523 24537 2513 筒中排气量 窑头平均排气 筒中的平均粉 mg／m3 l 8．6 17．7 17．2 21．3 21．5 22．4 21．2 22-3 19．8 20．1 19．3 19．7 尘浓度 表2计算结果 堡垄圭型鎏 ： CSI 简易生料法 105，0336 标准熟料法 — 《认证技术》2013·06 简易熟料法 熟料法 104．3721 106．0146 和不确定性，以生料中实际的氧 化钙和氧化镁含量1％为限值， 用两种方法确定熟料排放因子， 比较适宜我国现阶段的水泥企业 碳核查。圆 万方数据