水泥碳排放论文范文

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1结果与分析

通过实验结果可知,熟料中含有极少量未分解的碳酸盐和未燃烧的有机碳.使用同位素可以确定无机碳和有机碳是来源于生料还是燃煤,但使用该法费用将大幅增加.如分别考虑生料、熟料、燃煤和窑灰中的无机碳和有机碳,则可以规避该问题,使结果更为准确.

1.1新型干法碳排放分类的结果分析与排放因子测算使用23条新型干法生产线的样品数据对校正后的结果进行分析与排放因子测算.由于新型干法窑的窑灰大部分都会入窑,而旁路放风粉尘的成分又近于熟料[25],因此新型干法窑的排放因子只考虑窑尾生料、窑头熟料和燃煤中的无机碳和有机碳含量即可.新型干法窑的生料、熟料和燃煤中的无机碳和有机碳含量及分析见表2.在考虑碳酸盐分解率和有机碳燃烧率之后,所得我国新型干法工艺的无机碳排放因子为522kgCO2/tcl,有机碳排放因子为265kgCO2/tcl,碳排放因子为787kgCO2/tcl,该结果较主流分类的结果832kgCO2/tcl低近50kgCO2/tcl.

1.2立窑碳排放分类的结果分析与排放因子测算立窑属于高能耗、高污染的落后工艺,但是由于我国地域幅员辽阔,各地经济发展和资源存储、开采情况不平衡,该种生产工艺仍存在于我国的部分省市区.立窑生产企业用13条生产线进行样品分析与排放因子测算,立窑生料、熟料和窑灰的无机碳、有机碳含量及分析见表3.如前所述,由于立窑生料中燃煤的配入,全黑生料中的有机碳会较白生料、半黑生料或新型干法生料的有机碳高很多,对45个全黑生料样本(包括其他生产线的全黑生料样本)数据进行单样本t检验,全黑生料有机碳含量的95%置信区间为5.47%~6.19%,平均值为5.83%,其统计分析见图2.校正后计算得我国立窑工艺的无机碳排放因子为505kgCO2/tcl,有机碳排放因子为334kgCO2/tcl,碳排放因子为839kgCO2/tcl,该结果较主流分类921kgCO2/tcl低近90kgCO2/tcl.通过上述的标准偏差可看出,不同厂家或不同生产线的窑灰中碳酸盐含量相差较大.13个窑灰样品中的碳酸含量的变异系数为44.14%.因此,不同生产线的窑灰煅烧程度相差较大.

2讨论

2.1燃煤中的碳含量水泥用煤分析主要包括水分、灰分、挥发分、发热量和全硫以及煤灰成分等,通常不涉及煤中有机碳和无机碳的问题.煤中碳酸盐二氧化碳的含量一般为0~3.5%.如考虑煤中的碳酸盐二氧化碳,那么煤燃烧的CO2排放量计算公式应为:EFCO2=(COC×44/12+CIC×44/60)(其中COC为生产单位熟料所需燃煤中的有机碳;CIC为生产单位熟料所需燃煤中的碳酸盐;44/60为碳酸盐到CO2的转换系数).因此,如果按照EFCO2=Cdef×44/12[27]来计算煤燃烧的CO2排放量会使结果偏大.燃煤灰分的钙、镁和碳酸盐回归分析表明(n=19),R2=0.129拟合质量较差,但是灰分钙、镁和燃煤碳酸盐均符合正态性检验(P=0.122)和常数方差检验(P=0.461).因此,煤中的钙和镁还会以其他形式存在,例如钙会以硫酸盐(主要是石膏)、磷酸盐、硅酸盐和有机状态存在,镁会存在于黏土矿物中或以有机态存在[28].该问题也说明了对直接排放进行校正后来进行碳排放因子测算的合理性.

2.2熟料的烧失量及其中的碳酸盐和有机碳烧失量是物料在水泥窑煅烧过程中失去结晶水,碳酸盐分解释放CO2,硫酸盐分解释放SO2以及有机杂质被排出后物量损失的过程.图3为新型干法窑和立窑的生料和窑灰烧失量与有机碳和碳酸盐二氧化碳之和的关系对比图.由图3可知,窑灰的烧失量与有机碳和碳酸盐二氧化碳之和的线性关系(R2=0.9707)要高于新型干法窑(R2=0.0270)和立窑(R2=0.0902)生料的3种化学成分的线性关系,这可能与不同生料样品间的挥发损失相差太大等因素有关;由图3还可看出,无论是新型干法还是立窑,不同生产线间的生料烧失量都相差无几,所以除生产单位使用替代原料和替代燃料等特殊情况外,企业间的生料配料相差不多.由于窑灰相当于10%~20%的熟料成分,其中的结合水等挥发物质几乎不存在,因此可将熟料烧失量近似看成碳酸盐二氧化碳和有机碳之和.对87个新型干法和57个立窑熟料样本(含上述23新型干法生产线和13条立窑生产线的熟料样品)进行单样本t检验.结果表明,两种水泥窑熟料烧失量的95%置信区间分别为0.45%~0.65%和1.12%~1.65%.由此可见,立窑熟料烧失量明显高于新型干法窑熟料烧失量,并且与立窑熟料的无机碳和有机碳含量均高于新型干法窑熟料的无机碳和有机碳含量(表2和3对比)趋势相一致.对于新型干法窑,熟料中碳酸盐和有机碳的存在应该与生料的粉磨粒度,预分解窑内物料的运动速度、停留时间和物料填充以及回转窑内的鼓风情况(如窑内气体流速和企业所处的纬度、海拔-纬度、海拔高,氧气稀薄,鼓风量需增大)、传热(包括燃料、物料、窑衬和窑皮之间)等因素有关[29];对于立窑工艺,其巨大的能量损耗和料球的物理性质、窑内流场、温度场等原因都可能导致燃料的不完全燃烧[30],生料成球不理想、鼓风较差和卸料较快等原因应该是熟料中存在碳酸盐和有机碳的主要原因.熟料中无机碳和有机碳的存在表明,对直接排放进行校正后再进行碳排放因子测算会更合理且更准确.

3结论

对水泥熟料的定量分析表明,熟料中确实含有少量或微量的碳酸盐和有机碳,并且可视熟料烧失量为碳酸盐二氧化碳和有机碳之和,如果不考虑其中的碳酸盐和有机碳会使计算结果偏大;对新型干法窑燃煤样品(烟煤)进行碳酸盐分析,结果表明其中的碳酸盐二氧化碳平均含量约为1.4%,如果把其中的碳全部按有机碳形式来计算,也会导致结果偏大.因此,若要精确测算水泥生产碳排放因子,则有必要区分其中的无机碳和有机碳.将现有的主流分类进行校正后再进行碳排放因子的测算,既可以不采用同位素方法就直接对熟料中存在的无机碳和有机碳进行扣除,又可以对燃煤中的无机碳和有机碳进行区分.

作者：耿元波魏军晓沈镭岑况单位：中国科学院地理科学与资源研究所中国地质大学地球科学与资源学院