2023年水泥生产的能源环境分析与生命周期评价.docx

SRTP课外研学论文 水泥生产的能源环境分析与生命周期评价LCA 指导老师：钱吮智 研究生指导：马辉 组长：周文章〔21710137〕 组员：朱洪磊〔21710112〕 李佳奇〔21710138〕 2023年4月12日 SRTP课外研学项目论文 水泥生产的能源环境分析与生命周期评价LCA 周文章，朱洪磊，李佳奇 〔东南大学 交通学院，南京 210096〕 ：中国的水泥工业开展迅速，产量居世界前列，新型干法水泥生产的装备及生产工艺水平不断提高，但同时水泥工业也是高污染行业，其资源消耗与生态破坏非常突出。本文基于生命周期理论，对水泥生产流程进行能源环境分析，本课题的研究对于水泥行业的技术改良、产业结构优化、污染防治将产生积极意义。 关键词： 水泥；能源消耗；环境排放；生命周期评价 Energy and Environmental Analysis and Life Cycle Assessment of Cement production CHOU Wenzhang，ZHU Honglei，LI Jiaqi Abstract：Our country’s cement industry has developed rapidly recently, with the highest production in the world. While the equipment and technology of NSP cement production improve a lot, cement industry is truly a high-polluting industry, for it consuming a large amount of resources and doing a lot harm to our environment. This article analysis the energy consumption and environmental influence of cement production , based on theory of LCA. This article will have positive effects on technological improvement, structure optimization and pollution prevention of cement industry. Keywords: Cement; Energy consumption; Environmental emission; LCA 目录 第一章 绪论 1 1.1研究背景与意义 1 1.2水泥工业生产概况 1 1.3研究思路与方法 2 1.3.1研究思路 2 1.3.2 LCA方法介绍 2 第二章 水泥生产主要环节能源消耗 4 2.1 联合粉磨系统介绍 4 2.2其他主要设备 4 2.3主要设备电力消耗计算…………….....................................................................................................................4 第三章 水泥生命周期评价LCA 6 3.1水泥生命周期 6 3.2本文所采用的水泥生产的生命周期模型 6 3.3 生命周期评价LCIA特征化指标结果……………………………………………………………………………………………………….7 3.4 水泥生产各环节的环境排放汇总…………………………………………………………………………………………………………….9 3.5 结果分析…………………………………………………………………………………………………………………………………………………18 第四章 水泥工业的污染防治技术……………………………………………………………………………………………………………….23 4.1 源头控制 23 4.1.1矿山开采 23 4.1.2原辅材料及燃料的使用 23 4.1.3 生产工艺过程…………………………………………………………………………………………………………………………………..23 4.1.4 节能与余热回用………………………………………………………………………………………………………………………………23 4.2大气污染物排放控制 23 4.2.1 颗粒物排放控制 23 4.2.2 SO2排放控制 24 4.2.3 NOx排放控制……………………………………………………………………………………………………………………………………24 4.3新技术与新材料 24 第五章 结语与缺乏 25 5.1结语 25 5.2缺乏 25 参考文献 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….25 25 第一章 绪论 1.1研究背景与意义 随着环境资源恶化程度的加深，环境破坏对人类生存和开展的威胁越大。因此，人们对环境的利用和环境的保护越来越重视。绿色环保、低碳经济在2023年12月的哥本哈根环境大会上被大力倡导，“低能耗、低污染、低排放〞的理念被越来越多的国家和地区认可并执行。 近年来，我国水泥产业随着国家根底建设规模的扩大而迅猛开展，但水泥行业同时也是重点污染行业，其颗粒物排放占全国颗粒物排放量的20－30％，SO2 排放占全国SO2 排放量的5－6％，NOx 排放占全国NOx 排放量的12－15％，所造成的资源消耗和生态破坏十分严重。在当今绿色环保、可持续开展的时代主题下，水泥工业的节能减耗、污染控制成为该行业开展的必然趋势。 水泥工业的污染物主要是在水泥的生产环节产生，本文通过对水泥生命周期的研究，定量分析水泥生产主要环节的能源消耗与环境排放，建立水泥生产的生命周期报告，为水泥工业的技术革新、节能减排提供理论依据，对水泥生产企业提高可持续开展竞争力具有积极意义。 1.2水泥工业生产概况 我国是水泥生产与消费大国，2023 年我国水泥产量到达20.9 亿吨，占世界水泥产量的一半以上，其中新型干法水泥比例接近90%，结构调整取得突破性进展。现有规模以上水泥生产企业约4000 家，新型干法水泥生产线1500 多条。 水泥生产的核心工艺是“两磨一烧〞，即以石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料，按一定比例配合，磨细成适当成分的生料，煅烧至局部熔融〔1450℃〕，得到以硅酸钙为主要成分的熟料，经冷却后参加适量的石膏或其他混合材料，磨成细粉即制得水泥。〔如图一所示〕 水泥熟料生产主要有两种方式：一种是以回转窑为主要生产设备，包括新型干法窑、预热器窑、余热发电窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法回转窑；另一种那么是以立式窑为主要生产设备，包括普通立窑和机械化立窑。不同的水泥生产工艺与设备在规模效益、能源消耗、资源利用、污染排放等方面存在较大的差异。其中新型干法窑是一种先进的生产工艺，具有高产低耗、规模效益好的特点，同时污染物排放量也大为减少，是技术开展的方向。 国外自上世纪七十年代开展新型干法窑外预分解技术以来，到九十年代已成为国际主流技术，在日本、德国、意大利等工业兴旺国家占水泥生产总量的95％以上，其他兴旺国家也多在80％左右。而我国同期〔2023年〕的立窑水泥那么占绝对主导地位，占水泥总产量的75％以上，新型干法水泥比例缺乏10%。我国从1999 年开始，以淘汰立窑“小水泥〞为突破口，开始了水泥工业结构调整。至今已累计淘汰落后水泥生产能力4 亿多吨。淘汰“小水泥〞为技术装备先进、生产效率高、环境友好的新型干法水泥腾出了开展空间，优化了产业结构。 在淘汰立窑“小水泥〞以及其他落后水泥生产工艺〔机立窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法回转窑等〕的同时，我国也于1970年开始新型干法窑外预分解窑的研究，与德国、日本起步时期相同，历经工业实验、产业化推广，直到2023 年以后才进入开展的快车道。从2023 年占水泥产量的10%〔0.6 亿吨〕，到2023年占水泥产量的85%〔16 亿吨〕，产量年增长率接近40%。 1.3研究思路与方法 1.3.1 研究思路 本文的研究思路： ①水泥生命周期建模 ②清单数据选择与基准流设定 ③主要环节的能源消耗计算 ④建立LCIA生命周期报告 ⑤各环节比照分析 1.3.2 LCA方法简介 LCA，Life Cycle Assessment，简称生命周期评价。 LCA生命周期评价采用e-BALANCE软件，对于选定的项目，进行生命周期建模，通过实景过程清单数据收集，从数据库中进行背景过程清单数据选择，设定计算基准流和计算条件，最后得到LCIA〔生命周期报告〕结果和ECER〔节能减排〕评价。 国际上常用的此对制造业进行产品生命周期评价〔LCA〕，为厂商对提供其产品的原材料、能源、生产制造流程乃至整个生命周期作出能效、环境影响、改良潜力的分析评估，帮助企业从本钱、技术和环保〔如：温室气体二氧化碳的排放，废水，废弃物的排放等〕方面进行决策优化，为企业制定符合未来开展要求的战略。 水泥生产过程生命周期分析步骤如以下列图所示： 图二.水泥生产生命周期分析步骤 第二章 水泥生产主要环节能源消耗 2.1 联合粉磨系统介绍 本次计算采用的粉磨系统为Φ3.8x13m闭流管磨工艺，即辊压机+选粉机+闭路管磨机。 设备：辊压机、V型选粉机、V型选粉机循环风机、球磨机、磨头提升机、磨尾提升机、磨机选粉机、磨机选粉机循环风机、V型选粉机机后收尘风机、磨尾收尘风机。 各设备的规格如下： 表1 设备 型号 电机功率/kw 性能参数 球磨机 Φ3.8x13m 2500 转速16r/min 辊压机 CLF-14065-D-SD 500x2 通过能力245~334t/h V型选粉机 VX5815 通过能力410t/h V型选粉机循环风机 G4-73-18D 220 风量144000m3/h 全压4350Pa 磨头提升机 NSE600 110 最大提升量600m3/h 后续除尘 磨尾提升机 NSE300 55 最大提升量300m3/h 磨机选粉机 K200-C 110 通过能力85~110t/h 磨机选粉机循环风机 G4-7314.2D 280 风量161647m3/h 全压4226Pa V型选粉机机后收尘风机 G4-73-11D 75 风量54000m3/h 全压3000Pa 磨尾收尘风机 G5-4812.5C 75 风量44000m3/h 全压4450Pa 水泥粉磨系统中两台Φ3.8x13m磨机的单机稳定产量可达120~140t/h， 2.2其他主要设备 其他设备： 带分解炉的五级旋风预热器 RF5/1800 〔RSP〕5级 整机重量：56〔t〕 总功率：100〔w〕KW 篦式冷却机：规格 809S-1033S，生产能力2500t/D，料层厚度600mm，出料温度65度，电机动率为20+30kw 回转窑：规格型号Φ4.2x60，斜度3.5%，产量110t/h，主减速机型号 ZSY710-35.5，速比35.5，主电动机型号ZSN4-355-12 ，功率355kw，重量576.1t，转速1000r/min 2.3主要设备电力消耗计算 以每小时生产120x2t水泥为例： 粉磨系统耗电为 Pcmm=(辊压机电耗+球磨机+辊压机选粉机能耗+辊压