水泥二氧化碳排放量預(yù)測及監(jiān)測研究

郭琦 徐振杰 劉爽(大連市疾病預(yù)防控制中心，遼寧 大連 116021)

水泥二氧化碳排放量預(yù)測及監(jiān)測研究

郭琦 徐振杰 劉爽(大連市疾病預(yù)防控制中心，遼寧 大連 116021)

隨著社會水平及經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展與進步，越來越多的環(huán)境污染問題也隨之出現(xiàn)，其中以溫室效應(yīng)對人類生活環(huán)境的影響最為巨大，且溫室效應(yīng)仍舊呈現(xiàn)逐漸加劇的發(fā)展趨勢。溫室效應(yīng)是由于溫室氣體，如二氧化碳、水蒸氣、甲烷、一氧化二氮及臭氧等，不斷對熱紅外輻射光譜內(nèi)特定波長的輻射實施吸收及釋放過程，這些光波分別來自于大氣、云層及地球表面。水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體以二氧化碳含量占比最大，其余為水蒸氣及一氧化二氮。本文通過對水泥二氧化碳排放量的預(yù)測方式展開介紹，并借助于灰色理論模型完成預(yù)測。并從水泥二氧化碳排放量的相關(guān)監(jiān)測處理方法及設(shè)計流程方面展開探討，給出對應(yīng)的二氧化碳排放量處理策略，實現(xiàn)從源頭上降低二氧化碳排放量。

水泥；二氧化碳排放量；預(yù)測；監(jiān)測

水泥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的排放源可分為直接排放源及間接排放源，直接排放主要來源為水泥工廠原料煅燒分解和原料燃燒以及燃料燃燒,間接排放來源由其他工廠及實體擁有并控制[1]。水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體以二氧化碳含量占比最大，其余為水蒸氣及一氧化二氮。

1 預(yù)測方式

采用灰色理論法,利用灰色理論模型,借助 MATLAB軟件建立GM(1,1)模型，首先需要進行級比檢驗及建?？尚行耘袛?，之后開展建模流程[2]。通過累加形成新序列x(1)={x(1)（1），x(1)（2）...，x(1)（n）}，則模型對應(yīng)微分方程為

2 監(jiān)測處理

2.1 監(jiān)測方法發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外對二氧化碳的研究主要集中于碳捕集與封存技術(shù)以及二氧化碳埋存后的運移監(jiān)測方面,目前運移監(jiān)測所使用的主要方法包括井間地震測定法、瞬變電磁測定法、氡氣測定法、化學(xué)分析測定法。

二氧化碳含量的監(jiān)測方法可分為原位儀器測量及采樣分析兩大類,原位測量所使用的設(shè)備有多種,一種是非色散紅外二氧化碳分析儀,其原理是通過測量二氧化碳對某一選定紅外波段的吸收來推斷大氣中二氧化碳的含量。采樣分析和原位測量同時進行可實現(xiàn)對二氧化碳含量的對比監(jiān)測，常用的采樣系統(tǒng)包括無油壓縮泵、指示表頭和相應(yīng)的接口、管道等部分,采樣瓶一般由派萊克斯玻璃或不銹鋼制成。

2.2 監(jiān)測模式設(shè)計流程

設(shè)計前應(yīng)完成相關(guān)資料的收集及整合工作，收集途徑主要為書籍、電話及網(wǎng)絡(luò)形式，然后將收集到的資料實施分類處理，增加對水泥生產(chǎn)過程中相關(guān)操作的掌握度，以便合理規(guī)劃主要排放源設(shè)備位置。其次需要完成對監(jiān)測設(shè)備的選擇工作，選擇前應(yīng)了解監(jiān)測設(shè)備的相關(guān)信息，包含參數(shù)、性能及價格等，并選擇合適的購買地點進購監(jiān)測設(shè)備。合理規(guī)劃監(jiān)測技術(shù)路線，結(jié)合水泥生產(chǎn)流程實際情況在特定位置安放監(jiān)測設(shè)備，同時應(yīng)選用不同類型監(jiān)測設(shè)備實施監(jiān)測，二氧化碳排放量為全部設(shè)備監(jiān)測結(jié)果求和。最后需要依據(jù)相關(guān)標準對監(jiān)測結(jié)果實施檢驗與分析，從而提高監(jiān)測準確度。

3 二氧化碳排放量處理策略

在水泥生產(chǎn)過程中，二氧化碳的主要排放途徑為能源消耗排放及熟料生產(chǎn)加工流程排放，因此我們應(yīng)針對以上兩種途徑采取對應(yīng)解決措施，從源頭上降低二氧化碳排放量。首先可以選擇合適原料將熟料進行替換，如礦物成分。礦物成分屬于天然原料，也存在部分人工原料，主要包含天然火山灰、粉煤灰及高爐渣等，本身具備一定潛在水硬性，若將礦物成分添加在熟料中則可實現(xiàn)混合水泥的生產(chǎn)，因此無論是實施燃料燃燒過程還是煅燒過程，添加礦物成分均可對熟料生產(chǎn)流程中二氧化碳排放量的降低起到積極的促進作用。

其次則要對燃料轉(zhuǎn)化過程實施控制并給予相應(yīng)改善手段。如果我們只從燃料能量釋放量方面來思考，毋庸置疑煤是最佳選擇，主要是由于碳元素在煤中存儲形式多為單質(zhì)形式，氧化反應(yīng)進行之后可以釋放大量能量，不過煤燃料存在一定弊端，燃料燃燒不夠充分，物質(zhì)不能完全轉(zhuǎn)化為能量，留有殘渣，雜質(zhì)較多，同時燃燒過程中將伴有污染性較強物質(zhì)產(chǎn)生。而且在同樣要求下，天然氣燃燒結(jié)果清潔度顯然優(yōu)于煤燃料，全部燃料中以氫氣最為清潔，且燃燒過程中同樣釋放極大能量。

第三，我們應(yīng)該考慮水泥生產(chǎn)過程中的能量利用有效率。通過合理的操作技術(shù)及實施手段可以有效降低電力損耗及燃料損耗，其中助熔劑與礦化劑均可顯著改善水泥熟料的易燃性，實現(xiàn)水泥熟料的低溫煅燒，長期以來一直受到廣泛的重視。電力消耗將伴隨水泥生產(chǎn)的全過程，因此提出電能在線檢測分析信息系統(tǒng)可以對重要用能設(shè)備、生產(chǎn)流程等生產(chǎn)能耗動態(tài)過程進行數(shù)據(jù)收集、分析和對比，以發(fā)現(xiàn)電能消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題，同時通過優(yōu)化工藝過程和運行參數(shù)來提高企業(yè)的能源使用效率和能源管理水平。

第四，應(yīng)對水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱加以合理利用，使之發(fā)揮效果，降低能量損耗。我們知道在水泥生產(chǎn)過程中被排放的伴有余熱的廢氣主要分為兩部分，其一為對熟料實施冷卻處理操作過程中產(chǎn)生的廢氣，其二為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的窯尾廢氣。其中對熟料實施冷卻處理操作過程中產(chǎn)生的廢氣溫度約為250度，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的窯尾廢氣溫度約為320度。以上兩種情形導(dǎo)致的伴有余熱廢氣均可用于低溫余熱發(fā)電過程及應(yīng)用于原燃料的烘干操作過程。

第五，通過調(diào)整現(xiàn)有水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)二氧化碳排放量的降低。我們現(xiàn)在提及的現(xiàn)有水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)主要是指在水泥生產(chǎn)過程中涉及到的技術(shù)結(jié)構(gòu)，所謂的結(jié)構(gòu)調(diào)整即為落后的生產(chǎn)方式被先進的新型干法操作代替。新型干法操作是一種對煤需求量較低的水泥生產(chǎn)方式，其對煤需求量遠低于落后的生產(chǎn)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)低于落后的生產(chǎn)方式對煤需求量20%。

除此之外，還需綜合考慮企業(yè)經(jīng)營者對企業(yè)管理及經(jīng)營模式，尤其是環(huán)保管理及能量管理兩方面，對二氧化碳排放量降低具有重要作用。

4 結(jié)語

本文通過對水泥二氧化碳排放量的預(yù)測方式展開介紹，并借助于灰色理論模型完成預(yù)測。并從水泥二氧化碳排放量的相關(guān)監(jiān)測處理方法及設(shè)計流程方面展開探討，監(jiān)測方法包含原位儀器測量和采樣分析兩種方式。監(jiān)測模式設(shè)計前應(yīng)完成相關(guān)資料的收集及整合工作，并將收集到的資料實施分類處理，其次需要完成對監(jiān)測設(shè)備的選擇工作，合理規(guī)劃監(jiān)測技術(shù)路線，結(jié)合水泥生產(chǎn)流程實際情況在特定位置安放監(jiān)測設(shè)備，最后需要依據(jù)相關(guān)標準對監(jiān)測結(jié)果實施檢驗與分析。最后給出對應(yīng)的二氧化碳排放量處理策略，實現(xiàn)從源頭上降低二氧化碳排放量。在水泥生產(chǎn)過程中，二氧化碳的主要排放途徑為能源消耗排放及熟料生產(chǎn)加工流程排放，因此我們應(yīng)針對以上兩種途徑采取對應(yīng)解決措施，從源頭上降低二氧化碳排放量。首先可以選擇合適原料將熟料進行替換，如礦物成分。無論是實施燃料燃燒過程還是煅燒過程，添加礦物成分均可對熟料生產(chǎn)流程中二氧化碳排放量的降低起到積極的促進作用。其次則要對燃料轉(zhuǎn)化過程實施控制并給予相應(yīng)改善手段。選用清潔能源替代煤燃料，其中以氫氣最為清潔，且燃燒過程中同樣釋放極大能量。第三，我們應(yīng)該考慮水泥生產(chǎn)過程中的能量利用有效率。通過合理的操作技術(shù)及實施手段可以有效降低電力損耗及燃料損耗，如助熔劑及礦化劑。第四，應(yīng)對水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱加以合理利用，使之發(fā)揮效果，降低能量損耗。可以將伴有余熱廢氣用于低溫余熱發(fā)電過程及應(yīng)用于原燃料的烘干操作過程。第五，通過調(diào)整現(xiàn)有水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)二氧化碳排放量的降低，即調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)，落后的生產(chǎn)方式被先進的新型干法操作代替。除此之外，還需綜合考慮企業(yè)經(jīng)營者對企業(yè)管理及經(jīng)營模式，尤其是環(huán)保管理及能量管理兩方面，對二氧化碳排放量降低具有重要作用。

[1]張繼義,姬文強,于濤等.水泥二氧化碳排放量預(yù)測及監(jiān)測研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2013,13(3):58-61.

[2]劉猛,李百戰(zhàn),姚潤明等.水泥生產(chǎn)能源消耗內(nèi)含碳排放量分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2011,34(3):116-120,131.

[3]付靜吉.典型水泥廠二氧化碳排放研究[J].化工設(shè)計通訊,2016,42(8):94-96.

[4]杜旺兵,馬寧,王春梅等.探討水泥生產(chǎn)企業(yè)分設(shè)備二氧化碳排放量[J].甘肅科技,2017,33(9):14-18,66.