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水泥行业既是能源密集型又是排放密集型产业。水泥生产过程中的石灰石煅烧和化石燃料燃烧导致了大量的二氧化碳排放。为实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标,针对水泥行业提出加强含尘废气余热、低品位余能的回收利用,提高能源利用效率,开发水泥窑炉烟气中二氧化碳分离、回收和利用等节能减排措施,但是不同措施的新增必然伴随着额外的资源和能源消耗。余热利用和碳捕集利用措施的实施是否为该行业带来了可持续发展,这需要对系统升级改造的利弊进行全面评估。论文通过采用能值分析和针对水泥生产综合系统特点改进的指标,结合碳排放分析和经济分析方法,对水泥生产综合系统升级改造前后的综合绩效进行了对比。其中,能值方法用于核算系统不同阶段的能值流和环境绩效,并将污染物排放的影响整合到基于能值的指标中。同时,通过碳排放计量方法量化了系统的碳排放强度,运用净经济效益比评估了系统的经济绩效。最后,通过协同效应指数（SEI）综合评估了系统的环境绩效、碳排放和经济绩效之间的协同效应。采用提出的方法和指标,以吉林某水泥企业为例,针对该企业设置了五种情景（情景1:常规的水泥生产过程;情景2:水泥生产过程+蒸汽朗肯循环;情景3:水泥生产过程+蒸汽朗肯循环+碳捕集利用;情景4:水泥生产过程+蒸汽朗肯循环+有机朗肯循环;情景5:水泥生产过程+蒸汽余热发电+有机朗肯循环+碳捕集利用）进行分析,主要结果如下:（1）能值流分析结果表明:从五种情景的不同项目输入来看,五种情景中投入贡献最大都是石灰石,分别占总能值输入的56.99%,58.03%,57.47%,58.17%以及57.61%。这表明水泥生产综合系统对矿产资源依赖程度较高。对比五种情景发现,实施余热发电和碳捕集利用后,水泥生产综合系统的总能值有轻微的下降,情景2下降了1.80%,达到6.81E+19sej/yr;情景3下降了0.84%,达到3.18E+19sej/yr;情景4下降了2.03%,达到7.68E+19sej/yr;情景5下降了1.08%,达到4.10E+19sej/yr。购买的不可再生资源份额总体呈下降趋势（3.01-7.35%）。这说明实施余热发电与碳捕集利用技术,不仅节约了资源,而且改善了系统中的资源投入的结构。（2）污染物排放影响的量化结果表明:情景1—情景5的污染物排放影响总能值依次是1.29E+19 sej/yr,1.21E+19 sej/yr,1.19E+19 sej/yr,1.16E+19 sej/yr和1.13E+19 sej/yr,主要来自能值损失（97.89%,97.74%,97.71%,97.65%和97.60%）;能值损失中CO2的贡献最大。与情景1比较,四种模拟情景的污染物排放影响均出现了不同幅度的下降,情景5的降低幅度最大。此外,与情景1相比,情景2和情景4的粉尘和CO2有所下降,这主要是实施余热发电措施所带来的;情景3和情景5的SO2,NOX和CO2有所下降,这主要是实施碳捕集利用措施所带来的。（3）能值指标结果表明:根据能值损失百分比（ELP）,情景5的能值损失百分比最低,仅为0.302%,说明实施余热发电和碳捕集利用后粉尘的排放量以及二氧化碳的排放量有所下降。情景5的废弃物回收效益比（WRBR）最大,说明余热利用和碳捕集利用提高了水泥企业废弃物的回收利用率。从改进的能值产出率（IEYR）来看,情景1—情景5的值分别为2.3178,2.3758,2.3448,2.3839和2.3529,说明情景4的生产效率最高;对于改进的环境负荷率（IELR）,情景1—情景5的值分别为3.3736,3.3230,3.3499,3.3168和3.3434,说明情景4的环境负荷最低,情景1的环境负荷最高;就改进的能值可持续指数（IESI）而言,情景1—情景5的值分别为0.6871,0.7150,0.7000,0.7187和0.7037,因此情景4的环境可持续性水平最高。（4）从碳排放来看:情景1—情景5的碳排放总量分别为1.242E+06 t CO2-eq,1.195E+06 t CO2-eq,1.146E+06 t CO2-eq,1.189E+06 t CO2-eq,1.140E+06 t CO2-eq。五种情景下,碳排放主要来源于碳酸盐分解（57.90%,60.19%,62.79%,60.49%,63.11%）。与情景1相比,四种模拟情景的碳排放总量,单位净利润碳排放强度出现了不同幅度的下降（情景2—情景5分别下降了14.47%、18.39%、16.07%、20.00%）,在情景5中单位净利润碳排放强度最低。（5）根据经济分析结果:在常规水泥生产过程中增加余热发电措施,能够提高水泥企业经济效益,但是碳捕集利用措施的增加,会削弱水泥企业的经济效益。情景4有最高的净经济效益比（NEBR,3.22）,所以该方案的经济效益最佳。（6）根据协同效应得出:常规水泥生产的协同效应指数（SEI）值为0.640（情景1）,余热发电和碳捕集利用措施实施后的SEI值分别为1.173（情景2）,0.958（情景3）,1.274（情景4）和1.035（情景5）。相对于情景1,情景2—情景5的指数值变化幅度在49.55%～98.90%之间。从其综合性能来看,情景4是最好的方案,应被采用。为进一步提高水泥生产系统的综合绩效,提出以下的建议:（1）水泥厂的碳捕集利用工艺应进一步提高环境性能;（2）调整水泥生产的资源结构;（3）提倡余热梯级利用。