水泥二氧化碳排放量預測及監測研究

郭琦 徐振杰 劉爽(大連市疾病預防控制中心，遼寧 大連 116021)

水泥二氧化碳排放量預測及監測研究

郭琦 徐振杰 劉爽(大連市疾病預防控制中心，遼寧 大連 116021)

隨著社會水平及經濟水平的不斷發展與進步，越來越多的環境污染問題也隨之出現，其中以溫室效應對人類生活環境的影響最為巨大，且溫室效應仍舊呈現逐漸加劇的發展趨勢。溫室效應是由于溫室氣體，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。水泥生產過程中產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測方式展開介紹，并借助于灰色理論模型完成預測。并從水泥二氧化碳排放量的相關監測處理方法及設計流程方面展開探討，給出對應的二氧化碳排放量處理策略，實現從源頭上降低二氧化碳排放量。

水泥；二氧化碳排放量；預測；監測

水泥在生產過程中產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]。水泥生產過程中產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模可行性判斷，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）}，則模型對應微分方程為

2 監測處理

2.1 監測方法發展現狀

國內外對二氧化碳的研究主要集中于碳捕集與封存技術以及二氧化碳埋存后的運移監測方面,目前運移監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、化學分析測定法。

二氧化碳含量的監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對二氧化碳含量的對比監測，常用的采樣系統包括無油壓縮泵、指示表頭和相應的接口、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 監測模式設計流程

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

3 二氧化碳排放量處理策略

在水泥生產過程中，二氧化碳的主要排放途徑為能源消耗排放及熟料生產加工流程排放，因此我們應針對以上兩種途徑采取對應解決措施，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混合水泥的生產，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。

其次則要對燃料轉化過程實施控制并給予相應改善手段。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形式，氧化反應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，物質不能完全轉化為能量，留有殘渣，雜質較多，同時燃燒過程中將伴有污染性較強物質產生。而且在同樣要求下，天然氣燃燒結果清潔度顯然優于煤燃料，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，我們應該考慮水泥生產過程中的能量利用有效率。通過合理的操作技術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的全過程，因此提出電能在線檢測分析信息系統可以對重要用能設備、生產流程等生產能耗動態過程進行數據收集、分析和對比，以發現電能消耗過程和結構中存在的問題，同時通過優化工藝過程和運行參數來提高企業的能源使用效率和能源管理水平。

第四，應對水泥生產過程中產生的余熱加以合理利用，使之發揮效果，降低能量損耗。我們知道在水泥生產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生的廢氣，其二為回轉窯內的窯尾廢氣。其中對熟料實施冷卻處理操作過程中產生的廢氣溫度約為250度，回轉窯內的窯尾廢氣溫度約為320度。以上兩種情形導致的伴有余熱廢氣均可用于低溫余熱發電過程及應用于原燃料的烘干操作過程。

第五，通過調整現有水泥工業結構來實現二氧化碳排放量的降低。我們現在提及的現有水泥工業結構主要是指在水泥生產過程中涉及到的技術結構，所謂的結構調整即為落后的生產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方式，其對煤需求量遠低于落后的生產方式，能夠實現低于落后的生產方式對煤需求量20%。

除此之外，還需綜合考慮企業經營者對企業管理及經營模式，尤其是環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 結語

本文通過對水泥二氧化碳排放量的預測方式展開介紹，并借助于灰色理論模型完成預測。并從水泥二氧化碳排放量的相關監測處理方法及設計流程方面展開探討，監測方法包含原位儀器測量和采樣分析兩種方式。監測模式設計前應完成相關資料的收集及整合工作，并將收集到的資料實施分類處理，其次需要完成對監測設備的選擇工作，合理規劃監測技術路線，結合水泥生產流程實際情況在特定位置安放監測設備，最后需要依據相關標準對監測結果實施檢驗與分析。最后給出對應的二氧化碳排放量處理策略，實現從源頭上降低二氧化碳排放量。在水泥生產過程中，二氧化碳的主要排放途徑為能源消耗排放及熟料生產加工流程排放，因此我們應針對以上兩種途徑采取對應解決措施，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。其次則要對燃料轉化過程實施控制并給予相應改善手段。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，我們應該考慮水泥生產過程中的能量利用有效率。通過合理的操作技術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，應對水泥生產過程中產生的余熱加以合理利用，使之發揮效果，降低能量損耗。可以將伴有余熱廢氣用于低溫余熱發電過程及應用于原燃料的烘干操作過程。第五，通過調整現有水泥工業結構來實現二氧化碳排放量的降低，即調整技術結構，落后的生產方式被先進的新型干法操作代替。除此之外，還需綜合考慮企業經營者對企業管理及經營模式，尤其是環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測及監測研究[J].安全與環境學報,2013,13(3):58-61.

[2]劉猛,李百戰,姚潤明等.水泥生產能源消耗內含碳排放量分析[J].重慶大學學報,2011,34(3):116-120,131.

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

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