基于生命周期的典型水泥生产工艺过程扩展火用分析

Cement industry is an intensive energy consumption and emission sector, which needs to reduce the amount of resource and energy consumption and the pollution in the production and the utilization stages from the source. In this study, a typical cement production chain is chosen as a case in view of production process, wherein life cycle analysis is used with the inventory analyses of environmental pollutions and greenhouse gas (GHG) emissions to quantify their potential environmental effects. Then, focusing on the thermal conversion process, and incorporating the factors of labor, capital and environmental remediation, extended exergy is employed to evaluate the thermal-economic efficiency and exergy loss. Furthermore, the extended exergy is modified to emphasize the eco-environmental restoration cost and diagnose the critical production sector of the energy consumption and environment emission. Finally, different scenarios are set up to identify the key intensity indices to quantify the baseline level of the energy conservation and emission mitigation, thus providing foundation for the national standardization of typical cement production process.

水泥行业是能源消耗与环境排放密集型行业，需要从源头上减少水泥生产、使用过程中的资源与能源消耗和污染物排放量。本项目以典型水泥生产过程为研究对象，采用生命周期分析，对水泥生产的污染物与温室气体排放进行清单分析，定量评价其潜在环境影响；聚焦热力转化过程，整合资金、劳力、环境修复等要素，基于扩展火用量化生产环节的热力经济效率和耗损；进一步改进扩展火用分析，重点对其环境生态修复成本进行核算，诊断产生能源消耗和环境排放的关键环节；设置不同工艺情景，辨识关键强度指标，量化生命周期过程节能减排的基线水平，为制定典型水泥生产工艺过程的相关国家标准提供依据。

我国水泥行业的规模在不断扩大的同时，也存在着能源消耗多、污染排放较大等问题。如何提高水泥生产工艺过程的能源效率和降低环境排放，已成为当前研究的热点问题。本项目基于生命周期评价方法，涵盖开采环节到水泥包装环节共七个环节，基于污染物排放清单，采用CML2001评估方法量化水泥生产过程的潜在环境影响；然后剖析水泥生产的热力经济过程，整合资金、劳力（社会经济要素）和环境修复成本（环境要素），采用扩展㶲对生产环节的热力经济效率和㶲损失进行计算，提出了劳动生产效率、人均净资源㶲输入量指标,实现不同类别和性质的资源要素的统一核算；从生态系统角度，采用能值对水泥生产的环境负荷、生态系统服务投入和可持续性进行分析。结果显示，由于采用电石渣等替代原料，系统对外部经济和资源投入依赖较小，系统对环境的压力较小，为降低生产成本，应积极利用可更新资源，减少对经济反馈的依赖；最后，综合生命周期评价、扩展㶲分析和能值分析结果，构建水泥生产工艺过程生态效益评估指标框架，为制定国家水泥行业评价标准和推动行业升级提供依据。.本项目充分完成了预期研究目标，取得的主要进展和应用前景包括：（1）从全过程的角度对水泥生产过程的环境排放效应进行评价，揭示环境系统对水泥生产的作用方式和影响机理；（2）采用生态经济分析方法辨识生产过程的低效环节和污染排放的关键环节；（3）构建采用电石渣替代原料的新型干法水泥生产工艺过程的生态效益综合评价框架，为确定水泥熟料温室气体排放限额指标提供支撑。.本项目共发表期刊论文6篇，其中SCI一区期刊论文4篇。关于水泥生产工艺过程节能减排评价研究成果得到全国碳排放管理标准化技术委员会（SAC/TC548）采纳。另外，项目组成员共参与国内外学术会议10次，协办或主持国内学术会议7次。