水泥二氧化碳排放量预测及监测研究

郭琦 徐振杰 刘爽(大连市疾病预防控制中心，辽宁 大连 116021)

水泥二氧化碳排放量预测及监测研究

郭琦 徐振杰 刘爽(大连市疾病预防控制中心，辽宁 大连 116021)

随着社会水平及经济水平的不断发展与进步，越来越多的环境污染问题也随之出现，其中以温室效应对人类生活环境的影响最为巨大，且温室效应仍旧呈现逐渐加剧的发展趋势。温室效应是由于温室气体，如二氧化碳、水蒸气、甲烷、一氧化二氮及臭氧等，不断对热红外辐射光谱内特定波长的辐射实施吸收及释放过程，这些光波分别来自于大气、云层及地球表面。水泥生产过程中产生的温室气体以二氧化碳含量占比最大，其余为水蒸气及一氧化二氮。本文通过对水泥二氧化碳排放量的预测方式展开介绍，并借助于灰色理论模型完成预测。并从水泥二氧化碳排放量的相关监测处理方法及设计流程方面展开探讨，给出对应的二氧化碳排放量处理策略，实现从源头上降低二氧化碳排放量。

水泥；二氧化碳排放量；预测；监测

水泥在生产过程中产生的排放源可分为直接排放源及间接排放源，直接排放主要来源为水泥工厂原料煅烧分解和原料燃烧以及燃料燃烧,间接排放来源由其他工厂及实体拥有并控制[1]。水泥生产过程中产生的温室气体以二氧化碳含量占比最大，其余为水蒸气及一氧化二氮。

1 预测方式

采用灰色理论法,利用灰色理论模型,借助 MATLAB软件建立GM(1,1)模型，首先需要进行级比检验及建模可行性判断，之后开展建模流程[2]。通过累加形成新序列x(1)={x(1)（1），x(1)（2）...，x(1)（n）}，则模型对应微分方程为

2 监测处理

2.1 监测方法发展现状

国内外对二氧化碳的研究主要集中于碳捕集与封存技术以及二氧化碳埋存后的运移监测方面,目前运移监测所使用的主要方法包括井间地震测定法、瞬变电磁测定法、氡气测定法、化学分析测定法。

二氧化碳含量的监测方法可分为原位仪器测量及采样分析两大类,原位测量所使用的设备有多种,一种是非色散红外二氧化碳分析仪,其原理是通过测量二氧化碳对某一选定红外波段的吸收来推断大气中二氧化碳的含量。采样分析和原位测量同时进行可实现对二氧化碳含量的对比监测，常用的采样系统包括无油压缩泵、指示表头和相应的接口、管道等部分,采样瓶一般由派莱克斯玻璃或不锈钢制成。

2.2 监测模式设计流程

设计前应完成相关资料的收集及整合工作，收集途径主要为书籍、电话及网络形式，然后将收集到的资料实施分类处理，增加对水泥生产过程中相关操作的掌握度，以便合理规划主要排放源设备位置。其次需要完成对监测设备的选择工作，选择前应了解监测设备的相关信息，包含参数、性能及价格等，并选择合适的购买地点进购监测设备。合理规划监测技术路线，结合水泥生产流程实际情况在特定位置安放监测设备，同时应选用不同类型监测设备实施监测，二氧化碳排放量为全部设备监测结果求和。最后需要依据相关标准对监测结果实施检验与分析，从而提高监测准确度。

3 二氧化碳排放量处理策略

在水泥生产过程中，二氧化碳的主要排放途径为能源消耗排放及熟料生产加工流程排放，因此我们应针对以上两种途径采取对应解决措施，从源头上降低二氧化碳排放量。首先可以选择合适原料将熟料进行替换，如矿物成分。矿物成分属于天然原料，也存在部分人工原料，主要包含天然火山灰、粉煤灰及高炉渣等，本身具备一定潜在水硬性，若将矿物成分添加在熟料中则可实现混合水泥的生产，因此无论是实施燃料燃烧过程还是煅烧过程，添加矿物成分均可对熟料生产流程中二氧化碳排放量的降低起到积极的促进作用。

其次则要对燃料转化过程实施控制并给予相应改善手段。如果我们只从燃料能量释放量方面来思考，毋庸置疑煤是最佳选择，主要是由于碳元素在煤中存储形式多为单质形式，氧化反应进行之后可以释放大量能量，不过煤燃料存在一定弊端，燃料燃烧不够充分，物质不能完全转化为能量，留有残渣，杂质较多，同时燃烧过程中将伴有污染性较强物质产生。而且在同样要求下，天然气燃烧结果清洁度显然优于煤燃料，全部燃料中以氢气最为清洁，且燃烧过程中同样释放极大能量。

第三，我们应该考虑水泥生产过程中的能量利用有效率。通过合理的操作技术及实施手段可以有效降低电力损耗及燃料损耗，其中助熔剂与矿化剂均可显著改善水泥熟料的易燃性，实现水泥熟料的低温煅烧，长期以来一直受到广泛的重视。电力消耗将伴随水泥生产的全过程，因此提出电能在线检测分析信息系统可以对重要用能设备、生产流程等生产能耗动态过程进行数据收集、分析和对比，以发现电能消耗过程和结构中存在的问题，同时通过优化工艺过程和运行参数来提高企业的能源使用效率和能源管理水平。

第四，应对水泥生产过程中产生的余热加以合理利用，使之发挥效果，降低能量损耗。我们知道在水泥生产过程中被排放的伴有余热的废气主要分为两部分，其一为对熟料实施冷却处理操作过程中产生的废气，其二为回转窑内的窑尾废气。其中对熟料实施冷却处理操作过程中产生的废气温度约为250度，回转窑内的窑尾废气温度约为320度。以上两种情形导致的伴有余热废气均可用于低温余热发电过程及应用于原燃料的烘干操作过程。

第五，通过调整现有水泥工业结构来实现二氧化碳排放量的降低。我们现在提及的现有水泥工业结构主要是指在水泥生产过程中涉及到的技术结构，所谓的结构调整即为落后的生产方式被先进的新型干法操作代替。新型干法操作是一种对煤需求量较低的水泥生产方式，其对煤需求量远低于落后的生产方式，能够实现低于落后的生产方式对煤需求量20%。

除此之外，还需综合考虑企业经营者对企业管理及经营模式，尤其是环保管理及能量管理两方面，对二氧化碳排放量降低具有重要作用。

4 结语

本文通过对水泥二氧化碳排放量的预测方式展开介绍，并借助于灰色理论模型完成预测。并从水泥二氧化碳排放量的相关监测处理方法及设计流程方面展开探讨，监测方法包含原位仪器测量和采样分析两种方式。监测模式设计前应完成相关资料的收集及整合工作，并将收集到的资料实施分类处理，其次需要完成对监测设备的选择工作，合理规划监测技术路线，结合水泥生产流程实际情况在特定位置安放监测设备，最后需要依据相关标准对监测结果实施检验与分析。最后给出对应的二氧化碳排放量处理策略，实现从源头上降低二氧化碳排放量。在水泥生产过程中，二氧化碳的主要排放途径为能源消耗排放及熟料生产加工流程排放，因此我们应针对以上两种途径采取对应解决措施，从源头上降低二氧化碳排放量。首先可以选择合适原料将熟料进行替换，如矿物成分。无论是实施燃料燃烧过程还是煅烧过程，添加矿物成分均可对熟料生产流程中二氧化碳排放量的降低起到积极的促进作用。其次则要对燃料转化过程实施控制并给予相应改善手段。选用清洁能源替代煤燃料，其中以氢气最为清洁，且燃烧过程中同样释放极大能量。第三，我们应该考虑水泥生产过程中的能量利用有效率。通过合理的操作技术及实施手段可以有效降低电力损耗及燃料损耗，如助熔剂及矿化剂。第四，应对水泥生产过程中产生的余热加以合理利用，使之发挥效果，降低能量损耗。可以将伴有余热废气用于低温余热发电过程及应用于原燃料的烘干操作过程。第五，通过调整现有水泥工业结构来实现二氧化碳排放量的降低，即调整技术结构，落后的生产方式被先进的新型干法操作代替。除此之外，还需综合考虑企业经营者对企业管理及经营模式，尤其是环保管理及能量管理两方面，对二氧化碳排放量降低具有重要作用。

[1]张继义,姬文强,于涛等.水泥二氧化碳排放量预测及监测研究[J].安全与环境学报,2013,13(3):58-61.

[2]刘猛,李百战,姚润明等.水泥生产能源消耗内含碳排放量分析[J].重庆大学学报,2011,34(3):116-120,131.

[3]付静吉.典型水泥厂二氧化碳排放研究[J].化工设计通讯,2016,42(8):94-96.

[4]杜旺兵,马宁,王春梅等.探讨水泥生产企业分设备二氧化碳排放量[J].甘肃科技,2017,33(9):14-18,66.