中国石灰生产和能源消耗分析

* 环境保护部重点项目《温室气体排放统计核算与环境监管能力建设》。 中国石灰生产和能源消耗分析 * 蔡博峰 曹 东 刘兰翠 张战胜 ( 环境保护部环境规划院气候变化与环境政策研究中心，北京100012) 摘要:基于全国涉及石灰生产的企业全口径统计数据，分析中国 2007 年石灰生产的基本特征，探讨了石灰产量统计的 不确定性和来源。2007 年，中国石灰生产的企业共6 154家，涉及9 327座石灰窑。总产能为2. 27 亿 t，共生产石灰 1. 06 亿 t，企业平均产量为4 000 t / a，企业生产每吨石灰平均能耗水平为163 kg标准煤。中国约有两千八百多万吨的 石灰生产很难通过正规渠道统计上来，也意味着这些产量很可能是基于非常简易和高能耗的石灰土窑生产的。 关键词:石灰; 产能; 能源消耗 ANALYSIS OF LIME PRODUCTION AND ENERGY CONSUMPTION IN CHINA Cai Bofeng Cao Dong Liu Lancui Zhang Zhansheng (Center for Climate and Environmental Policy，Chinese Academy for Environmental Planning， Ministry of Environmental Protection，Beijing 100012，China) Abstract:Based on an inclusive statistical survey，China lime production and uncertainty were analyzed． In 2007，there were 6 154 plants and 9 327 lime kilns in China，which hold 0. 227 billion ton of production capability and produced 0. 106 billion ton lime． The average annual production and energy consumption of plants were 4 000 t / a and 163 kg coal equivalent / lime respectively． Roughly 28 million production of lime was not registered on official sources，which means that these productions were highly probably produced with backward equipment and high energy consumption． Keywords:lime;production capacity;energy consumption 0 引言 石灰又称生石灰，主要成分是氧化钙(CaO) ，由 于生产原料中常含有少量碳酸镁(MgCO3) ，因此生石 灰中还含有次要成分氧化镁(MgO) ，根据氧化镁含量 的多少，生石灰分为钙质石灰(MgO≤5%) 和镁质石 灰(MgO ＞ 5%)。石灰是一种非常重要的基础工业原 料，广泛应用于冶金、化工、建材、耐火及环保等 领域，尤其是近些年在环保方面应用越来越广泛［1-2］， 其中冶金石灰( 主要用于高炉炼铁和烧结) 是石灰的 主要使用领域。同时，石灰生产又是高能耗和高碳排 放的过程，根据中国石灰协会统计，中国石灰生产的 平均能耗每吨达到153. 4 kg标准煤［1］。同时石灰生 产 CO2 排放包含了能源利用和工业过程，根据《中华 人民共和国气候变化初始国家信息通报》，1994 年中 国工业生产过程二氧化碳排放中，石灰生产占 33. 66%，是仅次于水泥的第二大工业过程排放源。 因而，石灰生产在中国节能和低碳发展中具有非常重 要的意义。 然而，中国石灰生产和能源消耗的情况和基础数 据却非常匮乏。主要原因在于石灰生产已经无法形 成一个完整的行业，而是分散于冶金、化工、建材等行 业中，从而无法形成一个对石灰生产进行统计、核算 和分析的机构和部门。本文基于全国涉及石灰生产 的企业全口径统计数据，分析中国 2007 年石灰生产 的基本特征。文中论述的石灰生产企业选择的标准 是该企业至少具备一座石灰窑，所以本文中的石灰生 产企业并不完全等于石灰企业，其中有相当一部分是 钢铁企业或化工企业。冶金石灰在石灰生产和利用 中的比例很高，但当前的发展趋势是，大型钢铁企业 都逐渐将石灰生产剥离出来，成立独立的法人单位。 1 中国石灰产能 2007 年，中国石灰生产企业共 6 154家，涉及 9 327座石灰窑。从表 1 中可以看出: 石灰生产企业 421 环 境 工 程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 绝大多数都是私人企业，占总企业的 88. 90%。并且 企业规模以小企业为绝对多数，占 96. 21%( 表2)。 表 1 石灰生产企业登记注册类型 企业类型 企业数量 /个 百分比 /% 国有、集体和联营 232 3. 77 有限和股份公司 419 6. 81 私人企业 5 471 88. 90 港澳台外商 32 0. 52 合计 6 154 100 表 2 石灰生产企业规模 企业规模 企业数量 /个 百分比 /% 大 78 1. 27 中 155 2. 52 小 5921 96. 21 注:企业规模按照国家统计局国统字［2003］17 号《统计上大中小 型企业划分办法( 暂行)》的规定划分。 中国石灰生产企业 2007 年的总产能为 2. 27 亿 t，企业产能情况见图 1。从图中可以看出: 石灰生 产的产能主要集中在5 000 ～ 10 000 t / a的水平上，生 产规模相当小，有相当一部分企业的产能在1 000 t / a 以下( 包括1000 t / a，共 714 家) ，而产能超过10 万 t 的企业仅 336 家，占总企业的 5. 5%。 注:图中的横坐标非等间距 图 1 石灰企业产能 2 中国石灰产量 2. 1 石灰产量总体特征 本研究的石灰产量是基于企业石灰窑的产量进 行统计分析的。2007 年，中国石灰生产企业共生产 石灰 1. 06 亿 t，石灰产量见表 3。从表 3 中可以看出: 生产石灰的企业( 具有石灰窑并且有产量) 真正隶属 于石灰和石膏制造行业的有5 380个，占总企业个数 的 87. 42%，其产量占总产量的 61. 51%。钢铁行业 中直 接 生 产 石 灰 的 企 业 有 114 个，其 产 量 为 2 205 万 t，平均每个企业年产量为 19. 34 万 t，而且 钢铁企业并不包括部分重点大型钢铁企业( 例如首 钢、宣钢等) ，因为一些重点大型钢铁企业的石灰生 产都已经形成独立法人企业，即这部分石灰生产进入 了真正的石灰和石膏制造行业。石灰产量前三位的 三个省依次是河北、内蒙古、山东，三省石灰产量之和 占全国石灰产量的 40. 62%，且这三省都是我国钢铁 生产大省，这也充分说明了冶金石灰对我国石灰生产 的强劲需求。 经过统计分析，6 154家石灰生产企业的平均产 量为17 223 t / a，但由于整体数据的偏度和峰度分别 为 14. 4 和 309. 9，表明数据峰尖严重偏左，并且极度 陡峭，说明石灰产量数据严重偏离正态分布，所以平 均值不能代表产量的整体水平，而中位数则比较合 理。石灰产量的中位数为 4 000 t / a，代表了中国 2007 年石灰生产的平均水平。 表 3 中国 2007 年石灰产量 省 总产 量 /万 t 石灰和石膏制造业 钢铁行业 其他行业 产量 / 万 t 企业 数 /个 产量 / 万 t 企业 数 /个 产量 / 万 t 企业 数 /个 北京 135 75 21 0 0 60 5 天津 67 0 0 67 3 0 0 河北 2 082 947 701 833 42 302 76 山西 451 334 224 102 14 15 12 内蒙古 1 157 1 031 232 21 4 105 26 辽宁 564 343 144 57 3 165 171 吉林 115 98 75 16 1 1 4 黑龙江 91 39 26 47 3 5 8 上海 195 3 2 186 2 6 4 江苏 794 540 256 231 5 23 12 浙江 342 222 289 0 0 120 41 安徽 417 306 169 74 3 37 24 福建 143 48 78 73 3 21 21 江西 332 255 223 11 2 67 58 山东 1 063 595 351 147 6 321 26 河南 455 282 229 84 6 90 19 湖北 275 172 182 52 2 51 30 湖南 304 232 425 0 0 72 13 广东 221 112 243 71 1 39 21 广西 322 216 255 0 0 106 8 海南 38 0 5 0 0 38 1 重庆 51 42 78 0 0 9 13 四川 237 168 120 46 6 24 13 贵州 65 47 92 2 1 16 7 云南 150 76 190 41 1 33 8 陕西 159 157 554 1 1 1 7 甘肃 109 87 62 17 1 6 5 青海 111 2 9 11 1 97 4 宁夏 22 14 22 3 2 5 6 新疆 120 71 123 12 1 37 17 合计 10 590 6 514 5 380 2 205 114 1 871 660 注:表中的钢铁企业指石灰窑隶属于钢铁企业( 未含台湾省) ; 其 他行业( 主要是氮肥制造、无机盐制造和制糖等)。 521 环 境 工 程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 图 2 显示了中国石灰生产企业 2007 年石灰产量 的空间分布图。从图 2 中可以看出:大型石灰生产企 业主要分布在河北、山东和山西一带。我国除了西藏 没有石灰生产企业外，各省都有石灰生产。石灰生产 企业的空间部分特征是生产规模小，空间分散度极 高，从空间上，没有看出明显聚集效应。 图 2 石灰生产企业 2007 年产量 2. 2 石灰产量数据的不确定性 中国唯一统计和估算石灰产量的单位是中国石 灰协会，根据《中国建筑材料工业年鉴 2008》，中国石 灰协会估算的中国 2007 年石灰用量为 1. 71 亿 t，结 果见表 4。 表 4 2007 年石灰用量估算表［3］ 行业 用量 /万 t 同比增长 /% 占总量比例 /% 建筑及建材 10 000 0 58. 4 钢铁 4 250 14 24. 9 电石 1 210 21 7. 1 有色金属 700 40 4. 1 轻钙 400 30 2. 3 其他化工 400 14 2. 3 环保 150 50 0. 9 总量 17 110 5. 2 100 注:建筑及建材的石灰用量估算，一是依据国家统计局的老数据， 二是按每个省 300 ～ 600 万 t 估算，与实际情况可能出入较大。 如果认为中国 2007 年石灰产量和石灰用量基本 一致的话，则本研究的结果(1. 06 亿 t) 和中国石灰协 会(1. 71 亿 t) 的估算结果相差较大。可能有以下两 个主要原因: 1) 数据渠道、统计方法的差异。由于中国石灰 生产一直缺乏官方统计数据，中国石灰协会也承认大 部分数据源自估算和历史数据的推算，所以可能与实 际情况出入较大。而本研究是环境部门针对石灰生 产这种污染较大的生产活动的全口径普查，较为详细 地统计了各类石灰生产企业的窑炉和产量情况，覆盖 面相当广泛。例如调查中，仅河北省保定市的檀山村 共有 75 个石灰企业，其 2007 年单个企业平均产值仅 为 50 万元左右。个别地区小石灰企业的年产量仅几 十吨。可以看出，本次石灰生产企业调查不仅包括规 模以上企业，而且包括大量乡镇农村的小企业。同 时，调查较为详细地登记了产值、污染物排放、原料使 用、能源消耗等信息，为数据检验和核对提供了参考， 所以本研究的数据具有较高的可信度。然而由于石 灰是日常生活尤其是建筑、建材领域非常基础的原 料，所以必然存在大量的未在工商管理部门登记注册 的石灰生产企业的存在，而这部分企业是本研究无法 调查和统计的。中国石灰协会根据每年的建筑规模 和需求，估算的建筑及建材石灰用量高达 1 亿 t，而本 研究石灰和石膏制造行业的石灰产量( 包括部分冶 金石灰的) 仅为6 514万 t。 2) 统计口径的差异。由于中国石灰协会的石灰 量数据基本是根据石灰需求估算的。因而，其尽管精 细不到分省数据，但可以估算出不同行业和领域的石 灰用量。其中最主要的是建筑及建材和钢铁两个领 域。而这种分行业和领域的结果是本研究无法实现 621 环 境 工 程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 的。主要原因就在于无法根据石灰生产来获得石灰 使用信息。由于冶金石灰( 主要用于钢铁生产) 对生 产条件的要求相对较高，如果认为本研究和中国石灰 协会对于中国用于钢铁生产的石灰量的统计和核算 都较为可靠的话，本研究统计的钢铁行业的石灰产量 为2 205 万 t，而中国石灰协会对钢铁行业石灰用量 的估算为4 250 万 t。因此可以推算有约2 045 万 t钢 铁生产用石灰是独立企业提供的。所以，石灰和石膏 制造业中有约4 469 万 t的石灰是用于建筑及建材， 这和中国石灰协会估算的用于建筑及建材的石灰量 相差5 531 万 t。本研究的统计和中国石灰协会的估 算差异很可能就存在于建筑及建材的石灰用量中，因 为中国农村地区的大量建筑石灰用量可能就是简易 的石灰土窑生产的。中国石灰协会估算的其他行业 ( 电石、环保等) 的石灰用量为2 860 万 t，本研究的结 果为1 871 万 t。一个主要原因可能是石灰协会根据 需求估算的石灰用量，可能会把相当一部分未经石灰 窑而直接使用石灰石的情况统计在内。因为的确存 在很多企业在窑炉中直接使用碳酸钙而不是使用氧 化钙的情况。 尽管本研究的石灰产量和当前仅有的中国石灰 协会的估算结果有较大差异(5 531 万 t) ，但差异的 主要来源应该是规模非常小的建筑及建材石灰企业 产量。由于中国石灰协会是一种基于需求的自上而 下的估算，可能高估石灰用量，而本研究数据是基于 自下而上的统计数据，可能会漏掉部分非登记注册的 石灰生产企业，因而可能会低估石灰产量。所以在当 前无法判断本研究和石灰协会对于建筑及建材石灰 产量数据准确性时，取差异的平均值可以较好的降低 不确定性。即认为本研究低估了2 766 万 t，而石灰 协会高估了2 766 万 t。 3 石灰生产能源消耗 石灰 生 产 的 核 心 环 节 是 高 温 下 (1 000 ～ 1 100 ℃) 煅烧石灰石或白云石，因而石灰生产是一 个高能耗的过程。根据本研究数据，2007 年中国用 于直接石灰生产的一次能源总量为1 727 万 t标准煤 ( 不包括电力) ，每吨石灰生产平均能耗为163 kg标 准煤。 石灰窑 90% 以上的能源类型都为原煤。但是， 许多钢铁企业的石灰窑采用非原煤的情况。例如宝 山钢铁股份有限公司宝钢分公司(152 万 t)、张家港 宏昌钢板有限公司(115 万 t)、唐山瑞丰钢铁( 集团) 泰丰钢铁有限公司( 唐山恒泰机械制造有限公司) (86 万 t)、邯郸市邯钢集团丰达冶金原料有限公司 (86 万 t) 等，括号中的数字表示2007 年石灰产量。 这些石灰生产的大企业，其石灰窑的能源主要为焦炉 煤气和高炉煤气。 图 3 显示了石灰企业产量和单位产量能耗的相 关性，可以看出，产量和能效的关系并不明显(R2 = 0. 012) ，但这种较弱的负相关关系依然具有显著性 ( 主要是由于企业数多)。之所以企业的能效没有随 产量的增加而明显改善，主要原因是大量企业的产量 极低，而这些企业的能耗情况千差万别，使得这种相 关分析的统计意义并不明显。 图 3 石灰企业产量和能耗分析 4 结语 石灰生产是一个高能耗和高二氧化碳排放过程， 石灰部门也是政府间气候变化专门委员会(IPCC) 的 国家温室气体清单指南中工业过程二氧化碳的重要 排放源。然而，中国却非常缺乏石灰生产和石灰企业 的相关统计数据。本文基于全国涉及石灰生产的企 业全口径统计数据，分析中国 2007 年石灰生产企业 的产能、产量以及能耗数据，并且探讨了石灰产量统 计的不确定性和可能来源。研究表明，约有两千八百 多万吨的石灰生产很难通过正规渠道统计上来，也意 味着这些产量很可能是基于非常简易和高能耗的石 灰土窑生产。中国石灰生产的节能和减排工作在十 一五期间取得了重要进展，然而杂散于广大农村地区 的小土窑是政府决策者亟需关注和解决的问。 参考文献 ［1］ 王小平，周振联 ． 石灰铁盐法除砷中和渣的资源化制砖［J］． 环境工程，2003，21(5) :46-49． ( 下转第131 页) 721 环 境 工 程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 5. 2. 3 宁波市原宁波制药厂地块修复项目［20］ 原宁波制药厂老厂区主要污染物为苯、甲苯、二 氯甲烷、氯仿、苯硫酚、苯甲硫醚、甲苯硫酚和对甲苯 磺酸甲酯。自 2007 年开始，宁波市着手开展化工污 染土壤修复工作。项目最终修复面积约2 309 m2，修 复深度范围为 1. 8 ～ 4. 0 m，热脱附处置403 t污染土 壤。修复后的场地土壤质量符合经过专家论证的评 价标准，适合作为居住用地进行房地产项目开发。 6 存在的问题与展望 经过三十年的发展，欧美国家在热脱附修复污染 场地方面，形成了完整的成套技术和设备，广泛应用 于高污染的场地有机污染土壤的异位或原位修复。 我国在这方面则处于起步阶段，国外设备引进费用较 高，需要研发我国具有独立自主知识产权的热脱附技 术装备。目前，高腐蚀性的进料会损坏处理单元，高 黏土含量或湿度会增加处理费用等问题尚未得到解 决［8］。我国尚无污染土壤热脱附装备生产的专业厂 家。生产热脱附设备是一个系统工程，几家单元设备 生产厂家制造的单元设备在拼凑时往往不匹配。发 展不同污染类型土壤的前处理和脱附废气处理等技 术，优化工艺并研发相关的自动化成套设备正是共同 努力的方向［9］。 参考文献 ［1］ 周东美，郝秀珍，薛艳，等 ． 污染土壤的修复技术研究进展［J］． 生态环境，2004，13(2) :234-242． ［2］ 吴健，沈根祥，黄沈发 ． 挥发性有机物污染土壤工程修复技术 研究进展［J］． 土壤通报，2005，36(3) :430-435． ［3］ Silcox D Geoffrey， Larsen S Fred，Owens D Warren， et al． Kinetics of hydrocarbon and pesticide removal from clay soils during thermal treatment 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