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1、中國水泥行業替代燃料、原料 技術現狀及產業化發展建議 執行摘要2024 年 2 月 中 國 水 泥 協 會（C C A）中國水泥協會是經民政部注冊登記的一級社團法人單位，會員由水泥制造和經營企業，相關科研院所、大專院校、社會組織以及與水泥行業相關的專業機構組成，現有會員單位企業約900余家。協會以服務政府、服務企業、服務行業、服務社會為宗旨，業務范圍涵蓋有產業政策研究、市場分析研究、行業科技發展、黨建和行業文化、國際合作交流等。協會積極參與行業政策研究與制定，推動行業技術創新，構建行業綠色發展標準化體系，引領水泥行業綠色高質量發展。自 然 資 源 保 護 協 會（NRDC）自然資源保護協會（N

2、RDC）是一家國際公益環保組織，成立于1970年。NRDC擁有700多名員工，以科學、法律、政策方面的專家為主力。NRDC自上個世紀九十年代中起在中國開展環保工作，中國項目現有成員40多名。NRDC主要通過開展政策研究，介紹和展示最佳實踐，以及提供專業支持等方式，促進中國的綠色發展、循環發展和低碳發展。NRDC在北京市公安局注冊并設立北京代表處，業務主管部門為國家林業和草原局。請訪問網站了解更多詳情http:/ 題 編 寫 人 員:趙旭東 中國水泥協會范永斌 中國水泥協會潘支明 自然資源保護協會趙喜龍 自然資源保護協會夏凌風 中存大數據郭珍妮 中存大數據葉寒韻 中存大數據Cover Image

3、 on Freepik.Natural Resources Defense Council 2024所使用的方正字體由方正電子免費公益授權執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/1執行摘要根據中國水泥協會統計數據，2021年全國水泥行業碳排放總量約13.45億噸，占全國碳排放總量的13%左右，是僅次于電力行業（40%）和鋼鐵行業（14%）的第三大碳排放行業?，F階段水泥產品碳排放組成中，約60%為工藝過程排放，由原料受熱分解產生；約35%為化石能源排放，主要由煤炭燃燒產生。研究水泥行業如何使用燃料、原料替代技術，減少過程排放與能源排放，將有助于水泥行業實現碳達峰碳中和目標。

4、2022年11月，工信部、國家發改委、生態環境部、住房和城鄉建設部聯合發布了建材行業碳達峰實施方案，方案提出水泥行業要加大對替代燃料的利用，支持生物質燃料等可燃廢棄物替代燃煤，推動替代燃料走向高熱值、標準化、低成本的發展方向；推動替代原料的應用，通過逐步減少碳酸鹽的使用量，加快非碳酸鹽原料的替代，全面降低水泥生產過程中的碳排放。替代燃料、原料技術減碳貢獻可觀。根據中國水泥協會水泥產品減排技術路徑預測，到2060年，水泥碳排放強度預計可降至31kg CO2/噸水泥；以2021年單位水泥碳排放量為基準，燃料替代技術和低碳水泥技術（包括替代原料和新品種低碳水泥）碳減排貢獻分別為29%和19%。2/中

5、國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要其中，水泥生產所需的化石燃料（主要是煤炭）可以被高熱值廢棄物制備燃料（固體回收燃料、生物質燃料等）或二次能源（氫能）、可再生能源（綠電）替代，從而減少化石燃料燃燒產生的碳排放。低碳水泥是指使用替代原料（利用低碳排放原材料替代傳統石灰石生產水泥熟料）或生產新品種水泥（改變熟料生產機理，生產非傳統硅酸鹽水泥），從而減少傳統水泥生產的過程碳排放。在自然資源保護協會（NRDC）的支持下，中國水泥協會對替代燃料和替代原料兩項近期最具潛力的減排技術在我國的發展現狀及問題進行了研究：通過市場調研分析水泥行業主要替代燃料、原料可用資源種類、產量、地理分

6、布、性能特征，以及行業發展現狀、問題及機遇；借鑒發達國家替代燃料、原料技術發展成功經驗，提出了我國替代燃料和替代原料技術推廣應用及產業化發展方面的建議。1、替代燃料（1）現狀我國替代燃料資源豐富，提高化石能源替代比例具有較大潛力。我國水泥工業開展替代燃料技術研究起步較晚，目前熱量替代率1不到2%，水泥生產嚴重依賴煤炭為主的化石能源。與之對比，在1“熱量替代率”，是指熟料煅燒過程中消耗的替代可燃物熱量占窯爐內燃料總熱量的比例。執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/3歐洲，替代燃料的熱量替代率1普遍較高，平均為40%，德國、奧地利甚至可以達到70%以上。事實上，我國生產替代

7、燃料可用的資源非常豐富，主要包括工商業和城市固體廢棄物、廢塑料、市政污泥、廢輪胎等。報告調研梳理了水泥行業現有主要替代燃料種類及其熱值、產品應用情況，替代燃料生產主要原料資源分布情況，見表1，圖1。表1：水泥行業主要替代燃料替代燃料熱值（MJ/kg）產量（萬噸）產量分布主要優勢主要劣勢垃圾衍生燃料、固體回收燃料1622未知全國原料分布廣泛產品含水量高生物質142135億噸河南、黑龍江、山東原料分布廣泛產品含水量高、有季節性糠醛渣（生物質）1620400500山東、河南、河北原料來源穩定產品含水量、硫含量高干市政污泥8125500全國產品產量高產品處置技術不成熟、熱值低、含沙量高、有機質低輪胎衍

8、生物25302000全國產品熱值高產品價格昂貴來源：本研究課題組4/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要秸稈生活垃圾市政污泥廢皮革廢舊紡織品廢舊陰極炭塊來源：本研究課題組繪制圖1：水泥行業主要替代燃料生產原料資源分布執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/5目前，我國水泥行業實際用煤熱值在21-23MJ/kg之間，從上圖各替代燃料種類和資源分布情況來看，滿足替代燃煤熱值要求的替代燃料種類較多，資源分布也比較廣泛，可供水泥生產企業根據自身情況選擇使用。在各替代燃料中，生活垃圾和一般固體廢棄物的潛力尤其突出，其數量將會隨著人們生活水平的提高而增加，給當

9、地水泥企業使用替代燃料提供穩定、豐富的原料資源。根據中國水泥協會預測，在碳達峰碳中和情景下，到2030年，我國水泥行業替代燃料熱值替代率可達6%，2060年可達45%，促進替代燃料產業化發展是推動當前熱值替代率提高的關鍵。（2）影響水泥行業替代燃料技術、產業化發展的主要問題1）誤把協同處置技術等同于替代燃料技術，市場主體對替代燃料理解不足。水泥窯協同處置技術主要涉及對生活垃圾、一般固體廢棄物等進行的預處理，這些預處理后的可燃物缺乏統一標準，僅需滿足特定水泥企業的使用要求。盡管這種處理可以回收一部分廢棄物熱值，但其熱值貢獻并不足以穩定替代化石燃料。協同處置更多地關注廢棄物的處理，而替代燃料技術則

10、專注于燃料的屬性，應符合國家統一標準，并具有嚴格的質量控制要求。替代燃料可以直接供用能單位使用，無需再進行復雜的預處理。目前，這兩項技術的區別缺乏清晰界定，管理部門和市場主體認識也不夠準確，常將協同處置技術視作替代燃料技術的一部分。這種誤解導致水泥企業普遍建立自己的協同處置系統，處置生活垃圾和一般固體廢棄物，而不是形成對替代燃料市場供應的需求；同時，現有替代燃料生產商面臨挑戰，因為其產品未能獲得用能單位6/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要和管理部門對其作為“燃料”的認可。這種認識上的偏差導致替代燃料在產品價值和管理策略上被視同預處理可燃物，進而影響了替代燃料產品生產

11、的積極性。2）替代燃料標準體系建設不完善，產品分級分價供需關系尚未形成。對比國際與國內替代燃料相關標準工作，我國在替代燃料系統化標準體系建設方面存在缺失，在行業層面也無切實可行的促進產品分級分價的核心標準。雖然已經制定了一些替代燃料的理化指標分類或分級標準，但是，多數標準還是根據具體行業、應用場景進行的制定，應用范圍受限，因而替代燃料的分級分價尚難以實現。3）替代燃料跨地區流通困難，固廢管理方式影響產業化發展?，F階段，我國工業領域替代燃料的使用仍以固廢管理的方式開展監管工作，這就導致水泥企業即使購買使用部分地區市場上已經標準化的替代燃料產品，仍需與協同處置項目一樣進行立項、環評等流程，獲得主管

12、部門的行政許可后方可使用。根據GB24330 固體廢物鑒別標準通則的描述，固體廢物按照焚燒處置（包括獲取熱能的焚燒和垃圾衍生燃料的焚燒），或用于生產燃料，或包含于燃料中，仍然作為固體廢物管理。例如，垃圾衍生燃料，仍然需要按照關于規范城市生活垃圾跨界清運處理的通知進行跨境管理，阻礙了垃圾衍生燃料的跨區域流通。執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/7（3）促進水泥行業替代燃料技術、產業化發展的主要機遇1）煤炭價格上漲使替代燃料更具經濟性競爭力。水泥行業燃料成本在總成本中占比近40%，煤炭價格是影響水泥企業生產成本的重要因素。2022年水泥行業利潤同比減少60-70%，企業營

13、利能力嚴重下滑。同時，煤炭行業供需延續緊平衡狀態，煤炭價格整體仍高位運行。嚴峻的行業競爭和高位的煤炭價格，都給水泥企業的生存帶來了很大的不確定性。替代燃料相對于煤炭，具有較大的成本優勢，水泥企業若提早布局替代燃料技術，鎖定替代燃料供給資源，將能有效應對未來煤炭價格波動對水泥成本的影響，降低水泥生產成本，提高企業產品市場競爭力。2）新版能耗限額標準實施。2022年11月1日，GB16780-2021水泥單位產品能源消耗限額修訂版正式實施。這一標準作為水泥工業節能的強制性標準，支撐國家淘汰落后產能、嚴格新建水泥項目準入、實施差別電價和懲罰性電價等政策行動的實施。標準規定了水泥單位產品能源消耗的限額

14、等級、技術要求、統計范圍和計算方法。在用能統計邊界上，這一標準強調，“當企業采用協同處置或替代燃料時，其單位產品綜合能耗、綜合煤耗與綜合電耗各等級限額值計算應扣除協同處置消耗的能源量和替代燃料量”、“應單獨統計其消耗的能源量和替代燃料量”?，F階段，燃料替代的使用暫不計入產品的能耗統計范圍，大量使用替代燃料，可有效降低化石燃料的使用，幫助企業提升產品生產的能耗水平等級。8/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要3）水泥行業即將納入碳市場。未來水泥行業納入全國碳市場，企業都將面臨碳排放配額的履約問題。2023年10月，生態環境部發布關于做好20232025年部分重點行業企業溫

15、室氣體排放報告與核查工作的通知，規定了各替代燃料碳排放因子的計算，其中，常見替代燃料廢輪胎、廢塑料、廢溶劑、廢皮革、廢紡織品、廢橡膠、污泥（干物質）、生物質的非生物質碳排放因子都要明顯小于水泥生產傳統用煙煤的排放因子，因此替代燃料的使用可以幫助企業減輕履約壓力。另外，替代燃料大比例使用帶來的減排量，未來也可在碳市場進行交易，低排放企業可以交易剩余碳配額，給企業帶來一定經濟效益。2、替代原料（1）現狀我國工業固廢產量巨大，替代原料供應充足。生態環境部在2021年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報指出，196個大、中城市一般工業固體廢渣產生量達15.2億噸，綜合利用量達55.9%。這其中，大量

16、廢渣已經作為熟料生產替代原料用于水泥生產。這是由于水泥生產過程具有溫度高、行業產能大、分布廣等特點，利用水泥行業消納工業廢渣具有明顯優勢，另外，仍有大量工業固廢未被利用。利用含鈣質組分的非碳酸鹽工業固廢替代水泥生產所需的石灰石，可減少過程碳排放，減碳強度與替代原料中鈣組執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/9分含量密切正相關。常見替代原料中，電石渣減碳潛力最大，鋼渣次之，煤矸石、粉煤灰和石英污泥等減碳潛力有限，水泥行業主要替代原料信息見表2。表2：水泥行業主要替代原料替代原料主要成分鈣質化合物產量（萬噸）石灰石理論替代量（萬噸）應用特點電石渣Ca(OH)2Ca(OH)2

17、90%33804500鈣含量高，減碳潛力大含水量高、產量低鋼渣CaO、SiO2、FeOCaO（40-60%）1200012000鈣含量高，有一定減碳潛力，成分波動大，易磨性差、穩定性差粉煤灰SiO2、Al2O3、CaOCaO（1-12%）790007200硅含量高，減碳潛力有限煤矸石SiO2、Al2O3、Fe2O3CaO2%74300有一定熱值，可替代少量煤炭，無減碳潛力石英污泥SiO2未知生料穩定、易燒，不易運輸，運輸成本高，無減碳潛力10/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要石灰石理論替代量計算方法（石灰石CaO含量取值50%）：1）假設熟料成分組成，CaO 65%

18、，SiO2 22%，Al2O3 5%，Fe2O3 3%.2）電石渣為鈣質替代原料，提供鈣元素；Ca(OH)2含量按90%計算；3）鋼渣作為鐵質替代原料，提供鐵元素；FeO含量按15%計算，帶入CaO含量按50%計算；4）粉煤灰作為硅質替代原料，提供硅元素；SiO2含量按50%計算，帶入CaO含量按6%計算；根據上表測算，以上三種工業廢棄物如果全部應用于水泥行業，進行原料替代，理論可替代石灰石合計約2.37億噸，可減少二氧化碳排放約1億噸，占2021年水泥行業總碳排放量約7.4%。電石渣作為一種鈣含量非常高的替代原料，主要產自西北地區。目前，電石渣已經基本實現在水泥行業的全部固廢利用；鋼渣作為鐵

19、質替代原料，由于成分波動大，穩定性差，原料替代利用率較低，僅有少量（約占鋼渣產量5%）用于水泥生料配料。粉煤灰中的硅、鋁含量較高，鈣含量相對較低，一般作為水泥生產中硅質原料和鋁質原料的替代品，減碳潛力有限。執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/113、促進水泥行業替代燃料、替代原料產業化發展政策建議推動替代燃料和替代原料產業化發展，需要從技術標準、管理政策等多方面發力，破除產品商品化、市場化發展的障礙。（1）完善替代燃料標準體系建設，促進市場形成分級分價機制。首先，需要建立和完善替代燃料產業鏈相關標準體系，覆蓋替代燃料生產、儲運和消耗的全生命周期；尤其需要建立不同質量等

20、級的替代燃料標準，充分利用不同質量可燃廢棄物，實施替代燃料差異化生產，滿足不同用能單位的用能需求，充分發揮不同替代燃料的利用價值。從而促進替代燃料商品化發展和供需雙方之間的合理交易。此外，考慮到水泥熟料質量受替代燃料使用的影響，需對替代燃料使用的安全性進行特殊要求，應單獨編制適用于水泥行業的替代燃料質量標準。（2）區分替代燃料和協同處置項目，簡化相關監管審批手續。從標準和政策等多個方面，引導水泥行業從“協同處置廢物”向“利用固體回收燃料”轉變。簡化替代燃料包裝運輸、交易流程手續，促進替代燃料多主體、跨地區應用。在替代燃料產業鏈尚未完善，市場激勵機制不明顯的情況下，政府相關部門應出臺完整的政策支

21、持體系，涵蓋收儲運方面行政審批和許可流程的便利化、補貼政策、稅收優惠政策等，吸引和鼓勵社會資本進入相關產業鏈的上下游環節，促進替代燃料行業市場的形成與發展。12/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/執行摘要（3）兼顧碳排放統計的科學性和產業發展的積極性。替代燃料不是零碳燃料，其非生物碳排放部分和化石燃料碳排放性質相同，因此，在替代燃料的非生物碳排放的核算問題上，應該保持科學性，區分計算。2013年10月，生態環境部發布了關于做好20232025年部分重點行業企業溫室氣體排放報告與核查工作的通知，明確規定替代燃料非生物碳排放需計入企業層級核算邊界，不計入熟料生產核算邊界。未來水泥

22、行業納入碳交易市場，將以熟料生產為碳排放履約邊界，因此，替代燃料非生物碳排放存在碳泄露風險，為避免此部分的碳泄露，建議統計替代燃料非生物碳排放。為鼓勵水泥企業使用替代燃料，培育用戶習慣，此部分碳排放可暫不納入碳交易范圍，只做統計上報。當然，為了促進替代燃料的產業化發展，在科學統計替代燃料非生物碳排放的原則下，也應考慮水泥行業使用替代燃料在非碳方面的環境效益。水泥窯使用替代燃料，可以最大化實現城市垃圾的無害化處置，利用水泥生產線窯爐的高溫，能夠將各類危廢充分穩定燃燒，重金屬離子實現無廢渣排放，二噁英等有毒有害有機物得到徹底分解，具有更大的環境效益。因此，建議未來水泥行業納入碳市場，除了科學統計碳

23、排放外，還應考慮替代燃料在非碳方面的環境效益，研究將非碳的環境效益量化，在碳市場給與綜合考慮，真正做到既兼顧替代燃料減碳的科學性，又做到公正評價替代燃料的環境效益，推動替代燃料產業與水泥行業減碳的科學可持續發展。執行摘要/中國水泥行業替代燃料、原料技術現狀及產業化發展建議/13（4）加強跨行業協調與合作，提高工業固廢替代原料利用技術。對于一般工業固廢，由于其化學成分、物理特性的不同，對水泥熟料質量的影響也不同，因此，不同工業固廢的利用水平，相應替代比例也有所不同，尤其鋼渣，替代原料比例相對較低，據不完全統計，目前水泥生產線使用的鋼渣替代原料比例僅為3-5%。因此，針對較難利用的一般工業固廢，需要開展跨行業的協同研究工作，應結合水泥行業原料使用要求，加強固廢源頭質量控制，推動固廢再利用技術的協作開發，共同開展固廢在水泥行業替代原料利用方面的技術、標準等方面的合作，開展固廢產品質量評價、實際工程應用驗證等，多方共同為固廢高效利用提供跨行業的專業技術支持。（5）加強國際合作，借鑒歐洲替代燃料產業化發展經驗。加強與歐洲發達國家之間的交流學習，充分調研和分析歐洲替代燃料、替代原料產業化發展關鍵政策、技術及標準體系，結合我國水泥行業和替代燃料、替代原料產業發展現狀，加快營造有利于我國替代燃料和替代原料產業發展的市場環境。