邵?。旱吞冀?jīng)濟下的水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展
中國水泥網(wǎng)CEO邵俊在會上做題為《低碳經(jīng)濟下的水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展》的報告
12月11日上午，由中國能源環(huán)境科技協(xié)會主辦的“余熱回收再利用技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會”在杭州召開。會議齊聚了行業(yè)權(quán)威專家，業(yè)內(nèi)知名企業(yè)負(fù)責(zé)人，專業(yè)技術(shù)人員等，旨在推動余熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展，交流余熱再利用技術(shù)與經(jīng)驗，探討我國政策環(huán)境和發(fā)展戰(zhàn)略。中國水泥網(wǎng)CEO邵俊受邀參加會議并做了題為《低碳經(jīng)濟下的水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展》的報告，內(nèi)容整理如下：
一、水泥低碳時代已經(jīng)到來！
2009年11月26日哥本哈根會議召開前夕，中國政府正式對外宣布控制溫室氣體排放的行動目標(biāo)，決定到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%—45%，并將其作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。
從長期來看，中國發(fā)展低碳經(jīng)濟是必然的選擇。但是，低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型過程中，也會帶來巨大的社會成本。由于中國經(jīng)濟發(fā)展處于城市化和工業(yè)化背景下相對較高碳密度的重工業(yè)主導(dǎo)階段、能源資源以高碳的煤為主等多方面現(xiàn)實原因，中國的碳排放總量還是會呈現(xiàn)上升的趨勢。
水泥行業(yè)作為高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)之一，二氧化碳排放量占人類活動制造的二氧化碳總量的5%，勢必會感受到減排帶來的壓力。作為總產(chǎn)能已經(jīng)達到了全世界的50%中國水泥行業(yè)，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)就是減排二氧化碳的有效方式之一?！白鳛樗嘈袠I(yè)，節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟、低碳環(huán)保反復(fù)講了很多年，但我覺得其中最主要、最簡單可行的就是純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。”邵俊簡潔明了地說。
二、余熱發(fā)電技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀
水泥行業(yè)里的余熱利用已有相當(dāng)長的發(fā)展過程，主要可以分為四個階段：
第一階段為1953年至1989年。這30多年的主要工作是開展了中空窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的開發(fā)、推廣、應(yīng)用工作。我國水泥行業(yè)參照上世紀(jì)30年代日本引進德國技術(shù)在我國東北、華北地區(qū)建設(shè)的中空窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)裝備，對老廠進行改造，同時在老廠擴建中得到應(yīng)用。總計投運了約290條中空窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，形成了不同蒸汽參數(shù)、余熱鍋爐形式、裝機容量的高溫余熱發(fā)電窯系統(tǒng)，為我國開展水泥窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)奠定了堅實實踐基礎(chǔ)。
第二階段為1990年至1996年?！鞍宋濉逼陂g，國家安排了水泥行業(yè)科技攻關(guān)課題，其一是《帶補燃鍋爐的中低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)》，主要內(nèi)容為采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)系列汽輪發(fā)電機組，回收400℃以下廢氣余熱進行發(fā)電。該課題在1996年完成了攻關(guān)工作，形成了《帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)》，此項技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣、應(yīng)用，為我國開發(fā)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備工作積累了豐富的經(jīng)驗。其二是《水泥窯純低溫余熱發(fā)電工藝及裝備技術(shù)的研究開發(fā)》。其三是《純低溫余熱發(fā)電技術(shù)裝備——螺桿式膨脹機研究開發(fā)》。根據(jù)帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗，以日本KHI公司為寧國水泥廠4000t/d水泥窯提供的6480kW 純低溫余熱電站的建設(shè)為契機，基本形成了我國水泥窯純低溫余熱發(fā)電工藝技術(shù)裝備體系。
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第三階段為1997年至2005年。其間的主要工作是推廣、改進《帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)》和《水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)》。截至2005年年底，國內(nèi)有23個水泥廠36條1000t/d～4000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線上安裝了28臺帶補燃鍋爐的中溫余熱發(fā)電機組，總裝機為45.36MW。與此同時，我國水泥行業(yè)分別于2001年、2003年利用我國自主研發(fā)的技術(shù)和國產(chǎn)設(shè)備，在2000t/d、1500t/d水泥窯上投運了裝機容量分別為3MW、2.5MW的純低溫余熱電站。我國水泥行業(yè)利用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在12條新型干法窯上，配套建設(shè)了裝機容量分別為2MW、3MW、6MW、7MW的純低溫余熱電站。
第四階段為2005年以后。水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)裝備已經(jīng)成熟，進入了蓬勃發(fā)展階段。隨著純低溫余熱電站投入運行數(shù)量的增多，運行情況反過來指導(dǎo)了工藝技術(shù)裝備的提高，使我國水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)裝備更加成熟可靠，也給我國這項技術(shù)達到世界先進水平提供了機遇。
歷年投入運行的低溫余熱電站
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年 度 |
生產(chǎn)線（條） |
裝機容量（KW） |
機組（臺） |
熟料產(chǎn)能（萬噸/年） |
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2006年前 |
13 |
62980 |
13 |
1168.7 |
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2006 |
30 |
160000 |
26 |
2923.3 |
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2007 |
58 |
387600 |
45 |
7390.4 |
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2008 |
152 |
1001500 |
109 |
17019.62 |
|
2009 |
245 |
1704804 |
204 |
29600.35 |
來源：中國水泥協(xié)會
國外水泥余熱發(fā)電工程投運情況
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國家 |
生產(chǎn)線（條） |
機組（臺） |
裝機容量（MW） |
熟料產(chǎn)能（萬噸/年） |
|
泰國 |
13 |
9 |
142.1 |
2434 |
|
巴基斯坦 |
7 |
3 |
35.6 |
794 |
|
印度 |
5 |
2 |
16.5 |
477 |
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越南 |
1 |
1 |
4.5 |
78 |
|
菲律賓 |
1 |
1 |
4.5 |
78 |
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合計 |
27 |
16 |
203.2 |
3861 |
來源：中國水泥協(xié)會
純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟效益
用國產(chǎn)技術(shù)與裝備純低溫余熱發(fā)電項目投資，每千瓦裝機約6500元～7000元左右。純低溫余熱發(fā)電的供電成本通常在0.12元/kWh~0.16元/kWh之間(其中折舊費占37%~39%，維修費占25%~28%，其他費用占18%~22%)。外購電價與供電成本的差價就是效益。余熱發(fā)電的供電可滿足水泥生產(chǎn)用電1/4~1/3的需求，噸水泥成本可降低12元～15元。投資回收期在3年~4年之間。
余熱發(fā)電行業(yè)的市場前景
低溫余熱發(fā)電一般適合裝置在日產(chǎn)2000噸熟料及其以上規(guī)模的生產(chǎn)線上。除特殊情況外，日產(chǎn)2000噸熟料以下規(guī)模生產(chǎn)線上裝置低溫余熱發(fā)電不經(jīng)濟，目前這些小規(guī)模新型干法生產(chǎn)線已開始逐步淘汰。按此計算，截止2009年底，已有498條生產(chǎn)線配備余熱電站，除去日產(chǎn)2000噸以下不適合配備的生產(chǎn)線之外，還至少有271條水泥生產(chǎn)線需要配備余熱電站。
到2010年11月，已有140多條新型干法水泥生產(chǎn)線投產(chǎn)。今明兩年，預(yù)計還將有約250條新型干法線投產(chǎn)。因此，近幾年內(nèi)，余熱發(fā)電項目還有較大的增長空間，特別是在中西部地區(qū)，比如：云南省目前新型干法水泥生產(chǎn)線有70多條，占到全省水泥生產(chǎn)線的70%以上，而配套余熱發(fā)電的只有7條線；貴州省目前只有貴州科特林水泥有限公司等4家企業(yè)已建成投產(chǎn)，3家企業(yè)年內(nèi)可建成發(fā)電。
純低溫余熱發(fā)電技術(shù)受到國家產(chǎn)業(yè)政策支持
余熱余壓利用工程在《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中被列入十項重點節(jié)能工程之一。“十一五”期間在日產(chǎn)2000噸以上水泥生產(chǎn)線建設(shè)中低溫余熱發(fā)電裝置每年30套，形成年節(jié)能300萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤；通過地面煤層氣開發(fā)及地面采空區(qū)、廢棄礦井和井下瓦斯抽放，瓦斯氣年利用量達到10億立方米，相當(dāng)于年節(jié)約135萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
在2006年公布的《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》第八條里提到：國家鼓勵和支持企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，新型干法窯系統(tǒng)廢氣余熱要進行回收利用，鼓勵采用純低溫廢氣余熱發(fā)電。
最近公布的《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》中提到：鼓勵對現(xiàn)有水泥(熟料)生產(chǎn)線進行低溫余熱發(fā)電、粉磨系統(tǒng)節(jié)能、變頻調(diào)速和以消納城市生活垃圾、污泥、工業(yè)廢棄物可替代原料、燃料等節(jié)能減排的技術(shù)改造投資項目。新建水泥(熟料)生產(chǎn)線要配置純低溫余熱發(fā)電。
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三、水泥純低溫余熱發(fā)電的發(fā)展趨勢
1、從建設(shè)高峰期走向維護高峰期
純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的推廣時間不算長，主要是從2005年起，才開始在水泥行業(yè)里得到推廣，現(xiàn)在已經(jīng)是遍地開花，成為水泥企業(yè)在生產(chǎn)線上的標(biāo)準(zhǔn)配置。但隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，新建生產(chǎn)線的空間越來越小，相應(yīng)的，純低溫余熱發(fā)電項目的建設(shè)高峰期也將很快過去，開始進入穩(wěn)定運行和維護期。
同時，也因為技術(shù)發(fā)展相當(dāng)快，隨著運行時間的逐步增長，最初建設(shè)的一些純低溫余熱發(fā)電項目也暴露出了一些問題，比如不能將水泥工藝與余熱發(fā)電真正地結(jié)合起來，導(dǎo)致煤耗、電耗升高，熟料產(chǎn)量下降。因此，解決余熱發(fā)電在運行中遇到的各類問題，深入探討生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)效率和發(fā)電量之間的關(guān)系，成為水泥企業(yè)的關(guān)注焦點?？偨Y(jié)起來，問題大致可以分為以下幾點——
問題之一：盡管目前水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目的建設(shè)相當(dāng)普及，但是經(jīng)過幾年時間的運行，一部分余熱發(fā)電機組已經(jīng)開始出現(xiàn)了運行故障、發(fā)電效率降低等問題，接下去或許就將面臨大批量的項目維修、技術(shù)改進工作。
問題之二：還存在著很多余熱發(fā)電項目實際運行功率往往達不到裝機功率的普遍問題，或是設(shè)計單位為了保險，余熱發(fā)電設(shè)計較為保守，導(dǎo)致噸熟料發(fā)電量上不去。
問題之三：水泥價格比較低的情況下，一些企業(yè)為了追求發(fā)電量，犧牲熟料熱耗。
問題之四：水泥廠余熱發(fā)電原則是并網(wǎng)不上網(wǎng)，所發(fā)電量全部自用。但目前水泥廠余熱發(fā)電并網(wǎng)仍然是“老大難”問題，有的企業(yè)甚至將并網(wǎng)問題反映給省長，仍得不到解決。
問題之五：水泥窯應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，在前幾年還可以獲得CDM項目的額外收益。但隨著該技術(shù)的不斷普及，申請CDM項目越來越困難。同時，哥本哈根會議的失敗令CDM行業(yè)的前途更加艱難?，F(xiàn)有的CDM各項制度政策皆是根據(jù)《京都議定書》制定的。CDM執(zhí)行的最終結(jié)果是節(jié)能減排、依靠發(fā)達國家購買碳信用額來推動項目發(fā)展，因此包括中介機構(gòu)、業(yè)主、買家在內(nèi)的各方都在關(guān)注哥本哈根會議的動態(tài)和成果。但哥本哈根會議最終匆匆閉幕，大會并沒有形成任何實質(zhì)性的決議，即將于三年后到期的《京都議定書》中的減排協(xié)議面臨著無路可走、無法可依的狀況，對新的減排協(xié)議充滿期待的各方仍將面臨未來發(fā)展的不確定。
此外，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，水泥行業(yè)余熱發(fā)電行業(yè)目前還普遍存在著諸如：電站建設(shè)不按電力行業(yè)法規(guī)實施，不能持久運行、設(shè)備可用率不高；過分強調(diào)經(jīng)濟效益、低成本，同樣設(shè)備采購沒有按照電力部門規(guī)范采購，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；項目運營操作管理者不夠?qū)I(yè)，項目操作維護不夠科學(xué)合理等等的問題。
中國水泥行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)如何從量的增長轉(zhuǎn)向質(zhì)的飛躍，是值得關(guān)注的問題。[Page]
2、非水工質(zhì)的余熱發(fā)電技術(shù)研究
朗肯循環(huán)是傳統(tǒng)水泥窯純低溫余熱發(fā)電所采用的技術(shù)，一般都是以水為介質(zhì)，已經(jīng)被水泥行業(yè)普遍采用。
低溫有機朗肯循環(huán)(ORC)，與水蒸汽工質(zhì)的朗肯循環(huán)相比，具有如下優(yōu)點：對于<370℃的余熱能源，有機工質(zhì)的朗肯循環(huán)熱效率高；低沸點工質(zhì)在較低溫度下獲得高壓力的初蒸汽；冷凝壓力高，泄漏小；常壓凝固點低，利于系統(tǒng)低溫運行；無需過熱設(shè)備，透平出口乏汽非濕蒸汽，對透平腐蝕?。幌到y(tǒng)簡單、緊湊，維護成本低。
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溫度范圍 |
目前用途 | |
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高溫 |
>450℃ |
工藝節(jié)能熱能梯級利用 |
直接驅(qū)動蒸汽輪機或燃氣輪機帶動發(fā)電機組發(fā)電 |
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中溫 |
230℃ ～450℃ | ||
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低溫 |
<230℃ |
廢棄/有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) | |
目前，盛合公司正在將該技術(shù)應(yīng)用于貴州泰安水泥3200t/d生產(chǎn)線的余熱發(fā)電項目上，熱工標(biāo)定已經(jīng)完成，根據(jù)生產(chǎn)線工況條件情況，采用朗肯-卡琳娜聯(lián)合循環(huán)技術(shù)。試驗成功之后，有計劃將在其7500t/d生產(chǎn)線上使用卡琳娜循環(huán)技術(shù)。另外，中材節(jié)能發(fā)展有限公司也在對卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)進行研究。
3、多元化
純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，也使國內(nèi)相關(guān)設(shè)計和裝備企業(yè)有了長足的發(fā)展，不僅在水泥行業(yè)，在鋼鐵、化工、玻璃、煉焦、碳素等其他高能耗領(lǐng)域也開始應(yīng)用。目前，南玻集團（成都）12MW余熱發(fā)電項目是國內(nèi)裝機容量（單機）最大的玻璃窯余熱發(fā)電工程。
4、國際化
國際水泥余熱發(fā)電市場，除日本和我國臺灣以外，其他國家水泥余熱發(fā)電的普及率并不高。目前，中材節(jié)能、海螺川崎、大連易世達、中信重工、陽光基業(yè)、合肥院等相繼承接了國外水泥余熱發(fā)電工程。在印度、巴基斯坦、菲律賓、越南、埃及、希臘、韓國、馬來西亞等國家均承接或洽談了余熱發(fā)電工程。拉法基、海德堡等知名水泥公司在國外建廠，均選擇中國企業(yè)承擔(dān)建設(shè)余熱發(fā)電系統(tǒng)。以印度為例，截止到2008 年底，印度國內(nèi)有水泥生產(chǎn)線約600 條，水泥產(chǎn)量1.6 億噸，僅為中國的10%～15% ，但其人口在10 億以上，人均水泥使用量僅為中國人均水泥使用量的十分之一，市場潛力非常巨大。根據(jù)印度同行預(yù)計，到2011 年，印度國內(nèi)水泥產(chǎn)量將增長到3.8億噸。印度基本上全部是新型干法生產(chǎn)線，均可以實施余熱發(fā)電。我國水泥余熱發(fā)電設(shè)計、施工等相關(guān)企業(yè)只要不斷開拓，市場前景非?？春?。
但要注意的是，建設(shè)純低溫余熱發(fā)電項目，還要考慮當(dāng)?shù)仉妰r因素。目前，歐美水泥企業(yè)很少有采用純低溫余熱發(fā)電的，原因就在于發(fā)電不如買電經(jīng)濟。
我國火電廠的發(fā)電效率平均約35%，遠低于美國的55%，西歐和北歐的56%，發(fā)達國家現(xiàn)今普遍應(yīng)用超超臨界發(fā)電技術(shù)，而我國還有25%左右的落后電廠，電價很貴。以美國為例，其電價約為4美分/kWh，水泥售價約為90美元/t；而我國電價超過0.6元/kWh，水泥不到300元/t。電價與水泥價之比值，我國是美國的5倍，歐盟的4.5倍。因而在歐美，水泥窯余熱發(fā)電如果不能達到噸熟料55kWh~60kWh以上的話，水泥廠就不會采用，否則還不如買電更經(jīng)濟。
此外，國外一些水泥生產(chǎn)線項目采用六級預(yù)熱器，這樣，廢氣熱量依靠窯系統(tǒng)本身就能充分利用，余熱溫度非常低了，也就無法再配套余熱電站。
余熱發(fā)電行業(yè)的高速發(fā)展也為設(shè)計、總包企業(yè)、裝備生產(chǎn)等相關(guān)企業(yè)帶來契機。例如，通過短短的幾年發(fā)展，易世達(300125）于今年10月登陸創(chuàng)業(yè)板。公司預(yù)計全年業(yè)績增長73%至99%。中材節(jié)能也正在為上市做積極準(zhǔn)備。
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四、中國水泥網(wǎng)在純低溫余熱發(fā)電上的推動
自2005年以來，中國水泥網(wǎng)已成功舉辦了六屆純低溫余熱發(fā)電峰會，組織行業(yè)內(nèi)相關(guān)設(shè)計單位、裝備企業(yè)對該技術(shù)進行全方位的探討，極大地推動了純低溫余熱發(fā)電在水泥行業(yè)里的普及和應(yīng)用。而通過每一屆會議的關(guān)注焦點，我們也可以看出水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)在過去幾年的發(fā)展歷程：
[2005.03 杭州] 第一屆水泥純低溫余熱發(fā)電峰會：當(dāng)時只有幾條生產(chǎn)線配備余熱電站，而且基本采用進口技術(shù)，行業(yè)處于探索和推廣階段。
[2006.05 杭州] 第二屆全國新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電現(xiàn)場交流會：水泥企業(yè)開始逐步應(yīng)用國產(chǎn)技術(shù)和裝備。
[2007.04 杭州] 第三屆水泥純低溫余熱發(fā)電峰會：余熱發(fā)電技術(shù)開始普及，廣泛應(yīng)用，并深入探討運行指標(biāo)和投資方式及回報等，CDM也成為熱議話題。
[2008.03 杭州] 第四屆水泥純低溫余熱發(fā)電峰會：探討技術(shù)的成熟使用。
[2009.03 上海] 第五屆純低溫余熱發(fā)電國際峰會：主題是成熟化、多元化。不僅僅是水泥行業(yè)，其他行業(yè)也開始逐步應(yīng)用余熱發(fā)電。
[2010.03 上海] 第六屆余熱發(fā)電國際峰會：去掉了“純低溫”，討論的范圍更為廣泛。
此外，中國水泥網(wǎng)在組織過多次純低溫余熱發(fā)電峰會的基礎(chǔ)上，會同行業(yè)研發(fā)單位和水泥企業(yè)開展純低溫余熱發(fā)電實踐的基礎(chǔ)上，編輯出版了《水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)大全》一書。
該書全面介紹了水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過程、技術(shù)特點、技術(shù)裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、故障處理、政策法規(guī)等內(nèi)容，幫助水泥企業(yè)解決設(shè)計、安裝、維護、管理、升級改造等諸多方面的疑難問題，力爭成為新型干法水泥企業(yè)必備的一本工具書。
該書于2009年3月出版問世，并在短短五個月內(nèi)銷售一空。應(yīng)廣大水泥企業(yè)要求，中國水泥網(wǎng)協(xié)同各章節(jié)作者對本書內(nèi)容加以修正完善，在今年3月舉行的第六屆純低溫余熱發(fā)電國際峰會上，《水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)大全》修訂版也同步問世。
五、未來我國水泥工業(yè)展望
大企業(yè)還需要繼續(xù)加強兼并重組，做大做強，提高產(chǎn)業(yè)集中度和資源配置效率。圍繞低碳經(jīng)濟的發(fā)展要求繼續(xù)做好水泥工業(yè)的純低溫余熱發(fā)電等節(jié)能減排工作，同時，必須加快淘汰落后水泥產(chǎn)能。在國家積極的財政政策和貨幣政策影響下，投資拉動下水泥需求有所保障，水泥市場需求繼續(xù)保持高位，但預(yù)計總量增速會有所回落。中國的水泥產(chǎn)量占世界的50%，因水泥生產(chǎn)而產(chǎn)生的CO2排放也就占世界水泥排放量的50%。中國政府已鄭重承諾，到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。在完成政府向國際社會做出的減排承諾指標(biāo)的落實中，水泥工業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)。
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