水泥工业物质代谢及生态化转型研究

发布时间：2020-08-14 20:19

【摘要】：水泥工业是典型的能源、资源消耗型原材料产业,日益严峻的资源、能源枯竭形势,已经成为制约水泥工业可持续发展的瓶颈;同时为了满足国民经济建设的需要,水泥工业又不得不保持产量快速增长。在这种情况下,如果还按传统发展模式走下去,不但水泥工业发展将难以为继,同时也会威胁到人类的可持续发展,如何按照生态工业理念,实现水泥工业的的生态化转型,既是当前国民经济发展与环境保护的需要,也是我国水泥工业面临的最重要、最亟需解决的问题。 论文以“压力—状态—响应—绩效”为主线,首先分析了我国水泥工业的主要环境影响类型,然后探讨了主要环境影响因素的变化机理,在此基础上构建了我国水泥工业生态化发展模式,最后探讨了水泥工业生态化运行效果的测度方法。论文的具体内容及取得的研究成果如下: (1)按照生命周期评价的方法框架,建立了水泥工业生命周期评价模型,分别对大型(4000t/d)新型干法、中型(2000- 4000t/d)新型干法、小型(2000t/d以下)新型干法、传统立窑和JT立窑五种典型工艺水泥生产的资源、能源消耗及污染物排放数据进行分析比较。研究结果表明:不可再生资源消耗、不可再生能源消耗和温室效应是水泥生产的主要环境影响;五种工艺环境影响从优到劣依次是大型新型干法JT立窑中型新型干法小型新型干法立窑。 (2)根据脱钩的基本思想,建立了水泥工业发展与环境荷载绝对脱钩和相对脱钩的概念模型,借助该模型对水泥工业能源消耗和二氧化碳排放的变化趋势进行了研究,运用因素分解法研究了熟料配比、能耗强度、工艺结构、水泥产量等因素对水泥工业能源消耗总量和二氧化碳总量变化的贡献。研究结果表明:产量增长是促进水泥工业能源消耗和二氧化碳排放增长的主要因素,电耗强度和熟料配比的降低分别是抑制能源消耗增长和二氧化碳排放的主要因素。 (3)从减量化、再利用、资源化三个方面探讨了水泥工业生态化的途径,从目标层面、空间层面、措施层面、功能层面建立了水泥工业生态化的“五角四层”模型,按纵向延伸、横向耦合、形成网络三个步骤建立了水泥工业生态产业链,以上模型的建立有助于水泥企业充分发挥绿色产品制造、清洁能源转换和社会大宗废弃物资源化三大功能。 (4)运用投入产出方法,建立了生态水泥工业系统投入产出模型,基于此模型提出了代谢路径长度、企业关联度、节点循环效率的分析方法,这些指标可以对水泥企业生态化的运行效果进行定量测度,为水泥企业的日常管理和维护提供有效的工具。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：F426.71;F205;F223
【图文】：

但目前产业生态化的研究成果对不断涌现的新思想、新内容和新方法等缺乏系统的梳理，尚未建立完整的结构和理论体系。本章从物质代谢和生态化的概念出发，对产业生态化的理论基础和思想渊源进行了系统的梳理，提出水泥工业生态化的概念，并对其内涵进行了界定。Equation Section 22.1 基本概念2.1.1 工业代谢代谢的概念最早起源于生物学领域，是由 Jokob Moleschott 在 1857 年提出的，指的是生物体从外界环境不断吸收物质和能量，维持自身的生存、发挥各项功能，并将废弃物排入环境的过程[131]。模仿生物体的物质代谢功能，Ayres 等在1988 年提出了工业代谢（Industrial Metabolism，IM）的概念：认为工业生产与生物代谢一样，都是一个把原料和能源在一定条件下转化为最终产品和废物的所有物理过程的完整集合[132]。工业代谢的概念模型如图 2-1 所示。

第二章 水泥工业生态化的理论基础的开发等。二是清洁的生产过程，包括尽量少用、不用对人体和环境有毒有害的原材料；减少生产过程中的各种危险因素，如高温、高压、低温、低压、易燃、易爆、强噪声、强振动等；采用少废、无废的生产工艺；采用先进高效的生产设备；改善操作步骤；回收、再利用原料、燃料及中间产品；完善生产管理，不断提高科学管理水平等。三是清洁的产品包括产品在使过程中以以及使用后不会危害人体健康和生态环境；在使用寿命结束后，应易于回收、拆卸和再生；减少不必要的功能；强调使用寿命等。2.2.3 清洁生产的特点清洁生产是对传统发展模式的根本变革，传统的“末端”治理比较，清洁生产具有图 2-2 所示的三个显著特点。

产和消费过程中；只有当源头和过程控制都不能实现时，运用再循环原则，采用相应的技术，对废物进行处理，使其进入循环生产过程[162]。2.4.3 循环经济的实施循环经济的具体实践主要体现在小循环（企业）、中循环（园区）、大循环（社会）三个层面的物质闭环流动。这三个层次由小到大依次递进的，前者是后者的基础，后者是前者的平台[163]。（1）企业层面小循环小循环是指在单个企业内部通过废物交换建立物料循环体系使得企业上游工序产生的废料，成为下游工序的原材料。一般来说在企业内部的循环包括以下三种情况：一是将生产过程中流失的物料回收后作为原料直接返回原来的工序中；二是将生产过程中产生的废料经过适当处理后作为原料返回原工艺流程中；三是将生产过程中生成的废料经过适当处理后作为原料用于企业内其他工艺过程。企业层面小循环模式如图 2-4 所示。

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