基于国内水泥生产现状的碳排放因子测算

水泥生产过程中碳排放因子的测算是计算水泥碳排放量的基础,为了准确测算我国水泥行业熟料煅烧阶段碳酸盐矿物分解释放CO2的碳排放因子,就需要对水泥生产线上相关样品做成分测定和综合分析.通过对国内近百条代表性较强的水泥生产线上的生料、熟料、水泥、石灰石、燃煤等样品进行钙、镁、烧失量、碳酸盐等化学成分的定量分析,并考虑新型干法窑和立窑两种生产工艺类型的差别,分析测算了基于国内水泥生产的工艺碳排放因子.结果表明:生料碳酸盐法测算碳排放因子的结果较熟料法的结果低约10kgCO2/tcl;不同窑型的碳排放因子存在明显差异,新型干法窑的碳排放因子多集中在500~520kgCO2/tcl,立窑碳排放因子多集中在480~500kgCO2/tcl;多数熟料含有少量碳酸盐.生料碳酸盐法不涉及燃煤灰分的化学成分,可以规避燃煤灰分成分的影响,测算碳排放因子采用生料碳酸盐法较准确,并且应基于不同窑型,同时考虑碳酸盐分解率问题.     

中国水泥碳排放测算的影响因素分析与不确定度计算

作为水泥生产大国和CO_2排放大户,中国水泥行业的CO_2排放在国际上受到越来越广泛的重视,然而不同的研究结果之间存在不同程度的差异.为了定量研究中国水泥碳排放测算的影响因素,对碳排放因子的测算、运营边界的界定及水泥熟料或水泥成品的产量这3个影响因素做了详细分析,并对碳排放因子的不确定度做了定量计算.结果发现,影响中国水泥碳排放测算的最主要因素是碳排放因子,而该因素又与生产工艺、燃料和熟料水泥比等密切相关.本研究结果比IPCC、EDGAR、CDIAC和WBCSD/CSI等研究结果均低,并且差异逐年显著,以水泥碳排放来自碳酸盐分解的部分为例,2000年相差约65 Mt,而2012年差值接近450 Mt.计算表明,中国水泥碳排放不确定度为12%~22%.因此,水泥碳排放测算的影响因素较多,在计算中国水泥碳排放量时不可照搬国外研究的参数.     

中国水泥生产与碳排放现状分析

水泥生产过程要排放大量CO2,作为水泥生产大国,中国的水泥碳排放备受世界关注。自2003年新型干法窑在中国水泥企业普及以来,中国水泥产业结构变化巨大,然而国外学者并没有对当前中国的生产现状了解全面,导致在计算中国水泥碳排放量时与实际排放量不符甚至相差较大。该文对中国的水泥生产现状、CO2排放现状、CO2减排现状和CO2减排潜力等方面做了总结和详细分析。分析表明,由于不了解中国水泥生产的主流工艺类型,碳排放因子,替代原燃料使用情况和熟料水泥比等实际情况,国外学者过高估算了中国水泥碳排放量。另外,还指出中国水泥CO2减排措施的采取应符合中国当前的经济和科技发展水平,立即淘汰全部立窑或者采用碳捕捉与封存技术并不适合当前的中国;中国水泥行业CO2减排的主要措施应是原燃料替代,其次是技术改进。     

西南地区新型干法水泥生产中的二(口恶)英大气排放

采用现场监测方式调查了西南地区6家干法水泥窑废气中PCDD/Fs排放情况.结果表明,未协同处置废物的水泥生产企业PCDD/Fs排放浓度范围(以TEQ计)为0.002 9~0.006 2 ng·m-3,平均0.004 3 ng·m-3;添加污泥作为原料和燃料的水泥企业的PCDD/Fs排放水平为0.028 ng·m-3.所有水泥窑的二英浓度都明显低于我国水泥工业大气污染物排放标准(0.1ng·m-3).6家水泥企业PCDD/Fs排放因子为0.008 9~0.084μg·t-1,接近或低于UNEP发布的水泥行业最低排放因子(0.05μg·t-1);其中协同处置污泥水泥窑的最高,约为其他5家平均排放因子(0.011μg·t-1)的7.6倍.另外,两类水泥窑废气PCDD/F异构体分布特征存在明显差异.结果表明,采用现代预热干法工艺的水泥企业的二英排放水平较低,可进一步开发我国水泥企业协同处置废物的能力.     

干法水泥回转窑共处置滴滴涕废物的示范工程

利用新型干法悬浮预热预分解回转窑对滴滴涕废物进行共处置研究.滴滴涕废物以1t/h的投加速率,从窑尾烟室加入窑系统,比较了未处置废物工况和处置滴滴涕废物工况下烟气、生料、熟料、飞灰中滴滴涕和二 浓度.结果表明:在投加滴滴涕废物工况下,滴滴涕得到有效分解,其销毁率和销毁去除率分别为99.99953%和99.999982%;在处置滴滴涕废物前后烟气二 浓度没有发生明显变化,其浓度排放远低于水泥窑废物处置要求低于0.1ng-ITEQ/Nm3的水平;该水泥生产工艺系统在处置滴滴涕废物时,二 烟气排放因子为0.0396μg/t熟料,熟料排放因子为0.220μg/t;滴滴涕废物处置对炉窑生产,运行工况参数和常规污染排放没有显著影响.     

郑州市典型工业炉窑细颗粒物排放特征及清单

利用稀释通道系统采集郑州市砖瓦、水泥和耐火材料行业典型工业炉窑废气中的细颗粒物样品,并分析其中Cr、Mn、Fe、Co、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Sr、Cd、Sb、Sn、Ba和Pb等27种无机元素.计算了PM_(2. 5)中无机元素的排放因子及2016年郑州市3个行业工业炉窑排放的PM_(2. 5)中主要无机元素的排放量,并建立了1 km×1 km的网格化清单.结果表明,耐火砖窑排放的总无机元素浓度最高,为(609. 97±490. 97)μg·m~(-3),3种炉窑排放的无机元素浓度在PM_(2. 5)中占比范围分别为34%～54%、27%～42%和23%～53%.砖窑和水泥窑排放的无机元素主要以地壳元素为主,浓度最高的元素分别为Cl和Al,耐火砖窑排放的无机元素主要以重金属元素为主,浓度最高的元素为Pb.砖窑与水泥窑排放的无机元素成分分歧系数为0. 389,略有差异,而水泥窑与耐火砖窑的分歧系数为0. 732,差异性显著. 2016年郑州市主要工业炉窑排放PM_(2. 5)中Pb、S、Zn、Cl、K、As、Fe、Si、Cr、Al、Na和Ca的排放量分别为919. 0、793. 1、124. 7、378. 6、82. 6、12. 2、60. 4、145. 4、7. 4、86. 6、15. 8和111. 4 kg·a~(-1),其中新密地区重金属排放量最高,存在较高的重金属健康风险.     

典型水泥窑协同处置废弃物的碳排放核算及碳减排分析

水泥行业是我国实现碳中和的关键行业之一。为了揭示水泥窑协同处置废弃物节能减排的效果，基于全生命周期理论，分别对水泥窑协同处置危废、生活垃圾、一般固废的碳排放与常规水泥生产进行对比，并对水泥行业碳减排路径进行分析。结果表明：碳酸盐和煤炭消耗组成的煅烧是主要的温室气体排放源，占52.37%～62.84%。各工艺类型水泥生产排放的CO₂量顺序为常规水泥生产>水泥窑协同处置生活垃圾>水泥窑协同处置一般固废>水泥窑协同处置危废，分别为883.65,772.67,656.30,609.79 kg/t,说明协同处置废弃物在减少CO₂排放量上具有一定的优势。此外，政策管控、能源结构调整、原(燃)料替代及提高能效技术、余热发电技术和CCUS技术也是实现水泥行业碳中和目标的主要措施和手段。该成果可为水泥行业开展节能减排工作提供参考。     

基于热异常探测的北京水泥厂大气污染排放评估

为对水泥行业实现大气污染排放动态监测,反映污染排放的时空分布特征,提出基于热异常点探测数据的新型干法水泥气态污染物排放量测算方法.利用VIIRS热异常点的FRP(fire radiation power,辐射功率)参数结合水泥产业结构特点,建立FRP与污染物排放之间的定量估算关系.利用2013—2017年北京市水泥生产统计信息和热异常点探测数据进行了大气污染排放评估,结果显示:①利用热异常产品的FRP参数估算北京市水泥厂的污染排放水平,利用NO_x和SO₂排放量的统计数据对排放估算值进行相关性验证,二者统计值与估算值之间的相关性系数分别为0.65和0.63.②2013—2017年北京市所有水泥厂的热异常点数据与环境统计数据中水泥总产量、熟料总产量、煤炭总产量以及NO_x、SO₂和烟(粉)尘排放量的相关性均较好,相关性系数均在0.7左右.③自2013年以来,北京市金隅琉水环保科技有限公司和北京金隅北水环保科技有限公司的热异常点数均呈下降趋势.由于采取了减排措施,水泥总产量和污染排放量也均呈逐年减少的趋势.研究显示,基于热异常点探测数据的新型干法水泥气态污染物排放量测算方法可快速获取水泥厂的位置信息、热释放规模,结合污染排放因子可间接评估水泥厂NO_x和SO₂等主要污染物的排放情况.      

重庆市新型干法水泥厂汞排放特征

以重庆市3个新型干法水泥厂为研究对象,分析典型水泥厂输入输出物料汞含量,探讨水泥厂中汞的来源和去向,研究重庆市典型新型干法水泥厂汞的排放特征,估算其大气汞排放量和排放因子.结果表明,3个水泥厂的汞主要来源为石灰石,其次为煤.石灰石汞含量为(0.025±0.001)~(0.032±0.002)mg·kg~(-1),煤汞含量为(0.080±0.002)~(0.110±0.012)mg·kg~(-1).脱硫石膏汞含量较高,为(0.447±0.007)~(0.525±0.009)mg·kg~(-1),其余原料的汞含量均较小.3个水泥厂排放的汞主要进入了烟气,脱硫石膏中的汞主要进入了水泥产品.3个水泥厂的大气汞排放量为(73.42±8.10)~(215.18±10.75)g·d-1,大气汞排放因子(EF熟料、EF水泥)分别为(0.016±0.001)~(0.049±0.001)g·t-1和(0.011±0.000)~(0.036±0.001)g·t-1,明显低于以往水泥行业采用的国外汞排放因子.     

生物质锅炉与燃煤锅炉颗粒物排放特征比较

选择2台设计结构不同的生物质锅炉(BB1、BB2),针对木质和秸秆2种生物质燃料开展烟尘、PM₁₀和PM_2.5排放特征的研究,并与燃煤锅炉进行比较. 结果表明:2台生物质锅炉的大气污染物排放质量浓度都未达到北京市DB 11/139—2007《锅炉大气污染物排放标准》的要求;2台生物质锅炉颗粒物的排放因子存在差别,燃烧木质成型燃料时,BB1和BB2生物质锅炉除尘器后的烟尘排放因子分别为207.10和465.51mg/kg,PM₁₀排放因子分别为75.18和149.61mg/kg, PM_2.5排放因子分别为58.48和106.86mg/kg;燃烧秸秆成型燃料时,BB1和BB2生物质锅炉除尘器后的烟尘排放因子分别为142.86和1200.86mg/kg,PM₁₀排放因子分别为63.63和102.01mg/kg,PM_2.5的排放因子分别为50.90和76.51mg/kg. 与热功率相近的燃煤锅炉比较,2台生物质锅炉除尘器前的PM₁₀平均排放因子低30.41%,PM_2.5平均排放因子却高36.84%,即PM_2.5在生物质锅炉烟尘中所占比例更高. 尽管利用可再生能源的生物质锅炉具有很好的发展前景,但目前该类锅炉仍存在污染物排放不达标的现象,因此,需要提高热能利用效率和除尘效率,以减少污染.      

中国水泥行业二氧化碳排放达峰路径研究

水泥行业是主要的CO₂排放行业,2020年我国水泥行业CO₂排放占全国排放总量的12%,占全国工业过程排放的60%以上. 为开展水泥行业碳达峰路径研究,提出了基于社会、经济等影响因素的多因素拟合分析模型以及基于主要下游产业的需求预测方法,对2021—2035年我国水泥熟料及水泥产量进行预测;并通过对水泥行业碳排放特征的分析,考虑主要控制措施的可行性,构建我国水泥行业CO₂排放情景,对2021—2035年水泥行业CO₂排放趋势进行测算,在此基础上分析水泥行业碳达峰路径及相关政策建议. 结果表明:①中国水泥熟料消费量在“十四五”期间仍有一定上升空间,随着经济社会的绿色转型,水泥市场需求在“十五五”时期下降. ②在此基础上,通过全面加强产能控制、加大落后产能淘汰力度、推广高效节能技术、积极推进原燃料替代,可推动水泥行业碳排放于“十四五”中期达峰,峰值为13.8×108～14.2×108 t,经过2～3年的峰值平台期后呈持续下降趋势,2030年水泥行业碳排放量将较2020年下降15%~18%. ③2030年,水泥熟料及水泥产量的下降将带动水泥行业碳排放量较2020年减少1.4×108 t. 在各项技术措施中,节能改造是CO₂减排潜力最大的措施,2030年能效提升可带动水泥行业CO₂排放量较2020年减少0.38×108 t;其次是利用固体废物替代燃煤,可带动行业CO₂排放量较2020年减少0.17×108 t. 研究显示,推动我国水泥行业碳达峰及碳减排,需在加强产量控制避免水泥过度消费的基础上,聚焦节能改造和原燃料替代措施.      

中国水泥生命周期粉煤灰替代的CO2减排研究

采用中国水泥企业温室气体排放核算方法及政府间气候变化专门委员会的能源使用CO₂排放计算方法,将不同粉煤灰替代率下原料及能源使用引起的CO₂减排进行核算.结果表明,与燃煤电厂产业共生可减排92.676kgCO₂/t水泥.而粉煤灰替代熟料是中国水泥CO₂减排的主要部分,与替代生料结合可产生最大CO₂减排373.303kg/t水泥.另外,粉煤灰替代部分水泥形成混凝土的碳化作用,到2050年可吸收192.015kgCO₂/t水泥.粉煤灰替代后,对余热发电变化及外购清洁电力使用比例增加引起的减排进行预测,发现此项举措可有效促进水泥行业“双碳”目标达成.     

我国碳排放增长的驱动因素及贡献度分析

结合我国实际,对Kaya 等式进行扩展,引入经济效应影响因子、能源强度影响因子、行业贡献影响因子和碳排放强度影响因子,构建了行业CO₂排放增长驱动力模型。论文应用该模型测算和分析了1990 年至2010 年我国6 个经济部门CO₂排放的驱动因素。结果显示:①1990—2010 年,影响我国各行业CO₂排放的正向驱动因素主要是经济效应,负向驱动因素主要是能源强度效应和碳排放强度效应;②碳减排政策的制定要权衡经济发展和碳减排的政策协同;③1997—2000 年和2005—2010 年CO₂排放量减少或增速减缓的主要驱动力是能源强度效应和行业贡献效应;④基于国情,产业结构调整在短时间内对CO₂减排效力不大,而是一个长期的减排战略。     

基于夜间灯光的城市居民直接碳排放及影响因素——以中原经济区为例

城市居民直接能源消耗及其碳排放对区域碳减排政策的制定具有重要影响。受统计数据缺乏与研究方法的限制,当前的研究不仅较少探讨精细空间尺度上的城市居民直接碳排放,同时也缺乏在县级尺度上对人均居民直接碳排放的影响因素进行深入分析。鉴于此,论文以中原经济区为例,通过引入夜间灯光数据,利用增强型饱和校正模型估算了网格尺度上的城市居民碳排放,并采用地理加权回归模型对其影响因素进行了分析。主要研究发现：中原经济区的碳排放总体空间特征是西北高、东南低。郑州市市辖区的城市居民直接碳排放总量位于首位,而邢台县、辉县市和襄垣县的人均碳排放较高。此外,就其影响因素来看,人均GDP、碳排放强度、第二产业比重和HDD（Heating Degree Days,热度日）均表现为正效应,城镇化率为负效应,而CDD（Cooling Degree Days,冷度日）的系数有正有负。城市居民直接碳排放的影响因素分析为中原经济区制定切实可行的区域碳排放政策提供了重要的基础理论依据。     

京津冀及周边地区水泥工业大气污染控制分析

以京津冀及周边地区水泥工业为研究对象,基于产排污系数法,建立了水泥工业主要大气污染物排放计算方法,对2016年该地区水泥工业主要大气污染物排放控制水平进行了分析.结果表明：京津冀及周边地区2016年水泥工业SO₂、NO_x、PM（有组织）排放量分别达到3.2×10⁴t、23.9×10⁴t、9.7×10⁴t,较2015年分别减少24.1%、18.2%、27.2%,各项污染物大幅下降.水泥工业PM无组织排放量占PM总排放量的45.4%,仍需要采取集中收集的方式加强治理.山东、河南是水泥工业SO₂、NO_x、PM、PM₁₀、PM_2.5重点排放来源,应通过化解过剩产能降低污染排放.从各工艺来看,新型干法工艺应考虑采用高效脱氮脱硫技术、协同处置技术、高效大型袋式除尘技术等新技术,进一步降低各项污染物的排放量;粉磨站也需进一步提高污染治理水平.     

工业碳减排绩效及其影响因素动态分解

进入21 世纪以来,中国工业碳排放总量仍在波动中增长。为了考查近10 a 来中国工业碳减排绩效,并定量分析影响工业碳减排的主要因素对碳减排的贡献变化情况,论文通过构建中国工业碳排放数据库并运用“精确”的Laspeyres 分解方法,对中国2001-2010 年36 个工业行业CO₂减排的影响因素进行了动态分解,研究结果表明：①虽然中国工业CO₂排放总量在不断增加,但CO₂排放增长率和工业碳排放强度双双降低,在考察周期内,CO₂排放总量从2001 年 2.89×10⁹ t 增长到2010 年7.16×10⁹ t,工业碳排放量增长率则从2003 年最高值18.86%持续下降至2009 年的5.77%,工业整体碳排放强度由2001 年的29.14 t/104元下降到2010 年的18.12 t/10⁴ 元;②工业经济规模不断增加是工业CO₂排放增加的主导因素,技术进步和结构调整则有效抑制了CO₂的增加,10 a 间规模效应对CO₂排放总量增加的贡献度年均达到191.81%,但是由于受到技术进步效应和结构调整效应的共同作用,10 a 来总效应值年均只有109.15%;③较之技术进步效应,结构调整效应对工业CO₂减排的贡献度更大,结构调整效应累计促进碳减排达2.07× 10⁹ t,而技术进步效应促进减排的总量只有1.14×10⁹ t。论文认为,着力中长期减排政策的制定,以保证技术进步在碳减排中持续发挥作用,同时充分挖掘结构调整对减排作用潜力是中国实现工业碳减排的务实选择。     

中国民用航空机场大气污染物及碳排放清单

基于2017~2020年中国民用航空局飞机起降数据、机队配置数据和国际民航组织（ICAO）飞机发动机排放因子数据库等数据,自下而上编制了2017~2020年中国民用航空机场高分辨率飞机起飞着陆（LTO）循环大气污染物及碳排放清单,在此基础上探究中国民用航空机场大气污染物和碳排放时空分布特征.分析2000~2020年3次疫情（2003年非典、2012年中东呼吸症、2020年新冠疫情）对机场大气污染物及碳排放影响.结果表明,2020年中国民航机场LTO循环NO_x、CO、HC、SO₂、PM和CO₂排放量分别为10.90,8.22,0.96,0.28,0.06,1360.27万t;HC、CO、SO₂、CO₂在滑行阶段排放量最大,分别占总排放量的92.80%、91.56%、41.81%、41.81%.NO_x、PM在爬升阶段排放量最大,分别占总排放量的47.93%、37.39%;2017~2019年我国民航机场飞机LTO循环大气污染物及碳排放总量呈现逐年增长的趋势,受新冠疫情影响2020年排放总量下降22.39%;排放集中在经济较为发达的华东地区.在2000~2020年3次疫情中,新冠疫情对我国民航机场飞机LTO循环排放量影响最显著.     

日本食品废物不同资源化技术下的碳排放比较研究

应用生命周期评价法（LCA）,采用日本农林水产省和环境省的调查数据和统计数据,对不同资源化技术处理食品废物碳排放进行评价.10种资源化技术相比于3种非资源化（主要是焚烧）技术的结果表明,食品废物生命周期各阶段碳排放最多的是预处理+处理阶段,约占85%;最少的是回收阶段,可抵消部分排放.此外,全生命周期总排放,甲烷化（循环消化液）是最有利于温室气体减排的技术,可减排380.6kg CO₂e/t,通过调节参数核算日本城市生活垃圾的减排潜力每年约为5586万tCO₂e.甲烷化（单纯）、肥料化均减少温室气体排放,并且前者减排效果优于后者.而废物固形燃料（RDF）、甲烷化（与地下水混合）、饲料化（液化）、甲烷化（混合焚烧）、碳化、乙醇化、饲料化（额外干燥）与发电焚烧、无发电焚烧、焚烧可燃垃圾（无发电）依次增加了温室气体的排放.不考虑再生品的异地运输,则甲烷化（与地下水混发电焚烧合）相比饲料化（液化）产生更少的温室气体排放,其他次序按照技术的优劣性保持不变.     

基于DMSP/OLS数据的区域碳排放时空动态研究

选取IPCC碳排放核算方法并基于能源统计数据,核算了我国大陆30个省市的能源消耗碳排放量,利用纠正后的DMSP/OLS夜间灯光数据与相应空间单元的碳排放量进行回归分析,反演出1km×1km栅格的电力消耗碳排放量并分析其在地级市尺度上的时空变化.核算出2005年、2010年和2013年能源消耗排放总量分别为57.02,82.28和93.26亿t,其中电力碳排放量分别为23.03,35.62和42.07亿t.结果表明：校正后的DMSP/OLS夜间灯光数据能更好地估算碳排放,其DN总值与统计的省级能源消耗排放量、电力消耗排放量均存在较强的相关关系;整体而言,发达地区能源消耗排放量大但强度比较低.