BEAsT: a decision-support tool for assessing the environmental benefits and the economic attractiveness of best available techniques in industry

The implementation of Best Available Techniques (BATs) in industry can contribute significantly to the reduction of environmental burdens caused by industrial activities, yet it requires additional expenses, for investment, operation and maintenance, while providing environmental, and in many cases, even economic benefits. When examining BATs for potential application both economic and environmental costs and benefits affect the decision-making process. In view of the large number of BATs available for adoption and the difficulties in computing and comparing costs and benefits, especially environmental with economic ones, a decision-support tool for public and private administrators and managers has been developed, which offers rapid assessment of different BATs and their combinations both in terms of economic costs and environmental benefits that may result. This paper presents its methodological framework, main features and structure, together with some results of its application to the industrial sectors of the metropolitan area of Athens, Greece.     

利用X射线吸收近边结构光谱(XANES)研究水泥窑共处置产品中Ni和Cd的微观组成

在模拟水泥窑中高温煅烧掺有Ni、Cd化学试剂的水泥生料,并由制取的水泥熟料制备水泥净浆片.利用X射线吸收近边结构光谱（XANES）对水泥窑共处置产品中Ni、Cd的微观组成进行了研究.结果表明：Ni在水泥窑煅烧过程中发生了较为彻底的化学变化,形成了Ni-Mg化合物,该化合物可能是以氧化物、氢氧化物或碳酸盐的形式存在;水泥...     

中国水泥碳排放测算的影响因素分析与不确定度计算

作为水泥生产大国和CO_2排放大户,中国水泥行业的CO_2排放在国际上受到越来越广泛的重视,然而不同的研究结果之间存在不同程度的差异.为了定量研究中国水泥碳排放测算的影响因素,对碳排放因子的测算、运营边界的界定及水泥熟料或水泥成品的产量这3个影响因素做了详细分析,并对碳排放因子的不确定度做了定量计算.结果发现,影响中国水泥碳排放测算的最主要因素是碳排放因子,而该因素又与生产工艺、燃料和熟料水泥比等密切相关.本研究结果比IPCC、EDGAR、CDIAC和WBCSD/CSI等研究结果均低,并且差异逐年显著,以水泥碳排放来自碳酸盐分解的部分为例,2000年相差约65 Mt,而2012年差值接近450 Mt.计算表明,中国水泥碳排放不确定度为12%~22%.因此,水泥碳排放测算的影响因素较多,在计算中国水泥碳排放量时不可照搬国外研究的参数.     

煤粉炉联产贝利特-Q相水泥熟料及其水化性能试验

选用长广煤为试验煤种,分析纯CaO、MgO为添加剂,在两段多相反应实验台开展联产Q相水泥熟料试验.同时,对熟料样品矿物组成进行XRD、SEM和EDS分析,并对联产获得的Q相水泥熟料样品开展水化强度、膨胀性、安定性、凝结时间和水化性能等测试.结果表明,熟料样品矿物组成主要为2CaO·SiO2、Q相和3CaO·3Al2O3.CaSO4等;Q相水泥熟料样品砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度接近于32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准,当Q相水泥熟料中掺加30%的硅酸盐水泥熟料时,其砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度达到32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准要求;Q相水泥熟料样品膨胀性、安定性和凝结时间符合国家水泥相关标准;除2CaO·SiO2外,联产Q相水泥熟料水化3d就出现2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O、xCaO·SiO2·yH2O和Al2O3·3H2O水化产物,且随着水化龄期的延长,2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、3CaO·Al2O3·6H2O等水化产物逐渐增多,显示出良好的水化性能.     

中国水泥行业二氧化碳排放达峰路径研究

水泥行业是主要的CO₂排放行业,2020年我国水泥行业CO₂排放占全国排放总量的12%,占全国工业过程排放的60%以上. 为开展水泥行业碳达峰路径研究,提出了基于社会、经济等影响因素的多因素拟合分析模型以及基于主要下游产业的需求预测方法,对2021—2035年我国水泥熟料及水泥产量进行预测;并通过对水泥行业碳排放特征的分析,考虑主要控制措施的可行性,构建我国水泥行业CO₂排放情景,对2021—2035年水泥行业CO₂排放趋势进行测算,在此基础上分析水泥行业碳达峰路径及相关政策建议. 结果表明:①中国水泥熟料消费量在“十四五”期间仍有一定上升空间,随着经济社会的绿色转型,水泥市场需求在“十五五”时期下降. ②在此基础上,通过全面加强产能控制、加大落后产能淘汰力度、推广高效节能技术、积极推进原燃料替代,可推动水泥行业碳排放于“十四五”中期达峰,峰值为13.8×108～14.2×108 t,经过2～3年的峰值平台期后呈持续下降趋势,2030年水泥行业碳排放量将较2020年下降15%~18%. ③2030年,水泥熟料及水泥产量的下降将带动水泥行业碳排放量较2020年减少1.4×108 t. 在各项技术措施中,节能改造是CO₂减排潜力最大的措施,2030年能效提升可带动水泥行业CO₂排放量较2020年减少0.38×108 t;其次是利用固体废物替代燃煤,可带动行业CO₂排放量较2020年减少0.17×108 t. 研究显示,推动我国水泥行业碳达峰及碳减排,需在加强产量控制避免水泥过度消费的基础上,聚焦节能改造和原燃料替代措施.      

中国水泥行业二氧化碳减排技术及成本研究

为降低水泥行业碳减排成本,确定最优碳减排技术路径,研究基于经济-能源模型,核算中国水泥行业最新碳减排技术的边际减排成本,使用情景分析方法,研究了与未实施减排技术相比,2020年17项技术的碳减排潜力,并将其作为基准情景,和2025,2030,2035年3个未来情景的碳减排潜力作比较,从而得出不同情景下的边际减排成本曲线。结果表明:1）2020年我国水泥行业17项减排技术的平均减排成本为124元/tCO₂,2020年实现总减排量3043万t,总减排成本为10.3亿元;在保持技术水平和排放水平不变的情况下,2035年17项减排技术可实现总减排量21307万t,总减排成本为103.4亿元。2）在各项减排技术中,集成模块化窑衬节能技术与水泥熟料烧成系统优化技术,具有较高减排潜力和较低减排成本,适合广泛推广;CO₂捕集利用与封存（CCUS）技术虽具有较高减排成本,但是未来减排潜力较大,应给予重视。3）技术普及率与熟料产量是决定减排潜力的重要因素,因此未来水泥行业应注重节能减排政策技术推广与产业结构调整,可进一步实现减排目标。     

重点行业/领域碳达峰成本测算及社会经济影响评估

实现重点行业碳减排需要国家、地方乃至企业投入巨大成本,如何核算重点排放行业和领域资金规模以及选取最为经济有效的碳减排措施,是我国碳达峰路径需要考虑的关键因素. 采用自下而上的降碳技术综合成本评估模型,以我国六大行业(电力、钢铁、水泥、铝冶炼、炼油和石化、煤化工)和两大领域的59项降碳措施为对象,测算了2021—2035年投资成本并模拟了上述投资可能带来的潜在宏观经济影响. 结果表明:①2021—2035年全国重点行业/领域实现碳达峰累计投入成本为34.0×1012元,其中,2030年前碳达峰累计投入成本为20.8×1012元,年均投入2.1×1012元,约占全国年均GDP的1.5%. ②实现2030年前碳达峰预计需对电力行业、重点工业行业、交通领域和建筑领域分别投资10.7×1012、1.3×1012、5.2×1012、3.6×1012元. 铝冶炼行业单位减碳成本最低〔624元/t(以CO₂计)〕,交通领域单位减碳成本最高〔47 869元/t(以CO₂计)〕. ③碳达峰将通过促进新能源产业发展、重点工业行业节能、交通领域绿色升级和绿色基础设施建设等刺激经济高质量增长,2030年前碳达峰投资累计带动GDP增长约26.2×1012元,每年新增就业岗位约677×104个. 研究显示,工业是碳减排经济性最高的领域,交通领域实现碳减排需要付出较大的投资成本,碳达峰投资将有效促进产业绿色低碳转型.      

掺磷渣硅酸盐水泥熟料形成动力学的研究

研究了磷渣对硅酸盐水泥熟料形成动力学的影响，得到了熟料形成反应的活化能和动力学常数，研究表明，磷渣是一种较好的矿化剂。     

水泥-电力行业的产业共生网络构建及区域案例研究

水泥工业作为工业生态系统的汇,能够多样化地利用其他行业的副产物,这种典型的产业共生模式可以通过减少资源和能源的消耗带来显著的CO₂减排效果.由于产业共生在水泥行业具有一定的普遍性及巨大的CO₂减排潜力,所以对水泥工业产业共生现状的了解与分析就显得尤为重要;而通过对产业共生现状的全面了解,才能对现有水泥行业产业共生的程度进行分析,并以此为参照,对未来不同政策与情景下的CO₂减排潜力进行量化与评估.为实现对产业共生实际情况的模拟,以水泥-电力行业的产业共生为例,采用最优化的方法,提出了一套基于一般统计数据来模拟产业共生实际情况的系统方法,将技术、经济与政策3类不同的决策变量影响纳入模型,以模拟出最接近真实情景的产业共生情况.为验证模型的有效性,对新乡市水泥-电力行业实际的产业共生情况进行分析.结果表明:新乡市水泥-电力行业间存在普遍的产业共生现象,实地调查中有77.8%（21家）的水泥制造企业利用粉煤灰作为水泥制造的原材料.将一般统计数据与实地调查数据对比发现,一般统计数据能较好地反映企业实际物质投入产出情况;利用一般统计数据,模型对新乡市产业共生网络结构模拟的准确率高达92.6%,显示该模型能较为有效地对产业共生的实际情况进行模拟.      

转炉钢渣配烧水泥熟料及其试生产

转炉钢渣配烧水泥熟料,可降低能耗和成本,提高水泥产量和质量,具有显著的经济效益和环境效益.本文介绍了钢渣配烧水泥熟料的理论依据、生料制备、熟料煅烧和熟料分析检验,以及试生产情况.     

碳中和下水泥行业低碳发展技术路径及预测研究

为探究水泥行业的碳中和实现路径,从我国的国情出发,结合水泥行业生产特点,对水泥行业未来低碳发展进行了预测. 结果表明:①在碳中和背景下,水泥行业仍会存在约2×108~3×108 t的CO₂排放,产能减量是主要的CO₂减排手段,结合现阶段我国较低的水泥集约化程度和较短的熟料生产线服役年限,产能减量政策的推荐和实施应在合理的规划和政策下推进,低碳技术的发展仍是实现碳中和的关键. ②通过能效提升节能技术可实现CO₂减排约1.19×108 t/a. ③未来在替代原燃料来源、种类及替代率得到全面提升的情况下,原燃料替代技术可基本实现行业10%的CO₂减排量. ④目前,低碳水泥每年产量不足水泥总产量的5%,未来仍需通过产品技术创新,提高其生产及使用占比. ⑤CCUS (CO₂捕集、利用与封存)技术是水泥行业实现碳中和的必要路径,混凝土固碳、钙循环等在水泥行业具有典型行业优势的技术可与生产工艺紧密结合,成为未来水泥行业CCUS技术的重要发力点. 研究显示:结合水泥行业CO₂减排预测及技术路径分析,短期内我国水泥行业降碳主要思路为控制源头排放,包括流程智能化、余热利用、原燃料替代和产业结构调整等路径,实现碳达峰及CO₂减排;中期随着生产线服役年限临近及低碳水泥制备技术的发展,支撑行业碳的大幅削减;后期通过CCUS、富氧燃烧、可再生能源利用等技术来实现水泥行业碳中和的目标.      

焚烧飞灰水泥窑共处置过程As的迁移特征

为了明确焚烧飞灰水泥窑共处置过程中As的迁移特性,对大量国外工业水泥窑As的监测数据进行了统计分析,研究As或Cl输入总量对As迁移特性的影响.同时,采用CHEMKIN软件对水泥窑煅烧过程中As的物相进行热力学模拟,并使用水泥回转窑系统的简化模型讨论了窑灰循环对As迁移的影响.结果表明,焚烧飞灰中As的酸可提取态、可还...     

中国水泥工业CO2产生机理及减排途径研究

根据水泥生产的基本原理和工艺特点,推导出煤燃烧和石灰质原料煅烧时CO2排放因子分别为2.38 t·t-1和0.527 t·t-1;采用水泥工业CO2排放数学模型计算2001-2008年中国水泥工业CO2排放量,并分析了不同的生产技术水平和产品品种结构对CO2,排放量的影响.结果表明:中国水泥工业CO2排放量与单位产品的...     

中国水泥工业CO2排放现状及减排对策

水泥工业是中国制造业中温室气体CO2的主要排放源,因此,根据水泥生产的基本原理和工艺特点,建立了CO2排放的数学模型并确定排放强度,计算了2001—2010年中国水泥工业CO2的排放量,分析了影响CO2排放量的主要因素及其发展趋势,并提出水泥工业CO2减排对策.结果表明,中国水泥工业CO2排放总量逐年增长,与水泥产量和单位产品原料、燃料消耗定额呈线性关系;在CO2排放总量中,原料煅烧和燃料燃烧阶段的排放量分别占49%和51%;"十一五"期间单位水泥产品CO2排放强度由0.69t.t-1下降到0.65t.t-1.万元GDPCO2排放量呈下降趋势,2008年达到最低值为0.3054t,平均每年万元GDPCO2排放量下降10.69%,说明水泥工业10年间实施节能降耗、资源循环利用、提高经济效益等措施对于减少CO2排放具有明显效果.     

早强粉煤灰水泥的研制

本文针对粉煤灰水泥早强低，凝结硬化慢等缺点，根据水泥熟料矿物的形成机理，用粉煤灰代替粘土作原料，对熟料矿物进行优化组合，成功地研制出了一种高硅酸三钙的早期强度高的水泥熟料，这种熟料可掺入３０％一４０％粉煤灰，生产出４２５Ｒ型粉煤灰水泥。     

基于国内水泥生产现状的碳排放因子测算

水泥生产过程中碳排放因子的测算是计算水泥碳排放量的基础,为了准确测算我国水泥行业熟料煅烧阶段碳酸盐矿物分解释放CO2的碳排放因子,就需要对水泥生产线上相关样品做成分测定和综合分析.通过对国内近百条代表性较强的水泥生产线上的生料、熟料、水泥、石灰石、燃煤等样品进行钙、镁、烧失量、碳酸盐等化学成分的定量分析,并考虑新型干法窑和立窑两种生产工艺类型的差别,分析测算了基于国内水泥生产的工艺碳排放因子.结果表明:生料碳酸盐法测算碳排放因子的结果较熟料法的结果低约10kgCO2/tcl;不同窑型的碳排放因子存在明显差异,新型干法窑的碳排放因子多集中在500~520kgCO2/tcl,立窑碳排放因子多集中在480~500kgCO2/tcl;多数熟料含有少量碳酸盐.生料碳酸盐法不涉及燃煤灰分的化学成分,可以规避燃煤灰分成分的影响,测算碳排放因子采用生料碳酸盐法较准确,并且应基于不同窑型,同时考虑碳酸盐分解率问题.     

The CO2 abatement cost curve for the Thailand cement industry

The cement industry is one of the largest carbon dioxide (CO₂) emitters in the Thai industry. The cement sector accounted for about 20,633 kilotonnes (ktonnes) CO₂ emissions in 2005 in Thailand. A bottom-up CO₂ abatement cost curve (ACC) is constructed in this study for the Thai cement industry to determine the potentials and costs of CO₂ abatement, taking into account the costs and CO₂ abatement of different technologies. The period of 2010–2025 is chosen as the scenario period. We analyzed 41 CO₂ abatement technologies and measures for the cement industry. Using the bottom-up CO₂ ACC model, the cost-effective annual CO₂ abatement potential for the Thai cement industry during the 15 year scenario period (2010–2025) is equal to 3095 ktonnes CO₂/year. This is about 15% of the Thai cement industry’s total CO₂ emissions in 2005. The total technical annual CO₂ abatement potential is 3143 ktonnes CO₂/year, which is about 15.2% of the Thai cement industry’s total CO₂ emissions in 2005. We also conducted a sensitivity analysis for the discount rate parameter.     

水泥行业清洁生产实例研究

以某水泥生产企业为例,对水泥行业实施清洁生产分析与评价方面进行了探讨,提出水泥行业的清洁生产需从企业的整体生产过程着手。加强窑炉的余热利用以及改进主生产线的除尘设备,对于实现水泥企业的经济和环境效益的双赢具有重要的意义。此外,对企业的管理者和生产者灌输清洁生产的理念同样是实现企业清洁生产的重要组成部分。     

工业废渣在新型干法水泥生产中应用

依据废渣特性的理论分析,通过对废渣成分以及采用废渣配料前后生料、熟料的成分分析及性能测试,调整生料配比和改变水泥窑操作工艺,通过生产实践数据分析,说明了利用钢渣和粉煤灰作为铁质和铝质校正材料生产普通硅酸盐水泥熟料,不仅可以提高水泥熟料产量和质量,而且可以有效地降低熟料生产成本和产品综合能耗。促进了企业节能减排和资源综合利用的可持续发展。     

水泥窑协同处置掺加萃余钻屑对水泥熟料性能的影响

含油钻屑经过萃取脱油后,通过马弗炉模拟水泥窑协同处置的方式对萃余钻屑开展实验研究。采用热重分析萃余固废掺入对水泥烧成过程的影响,结果表明:掺加萃余固废后,CaCO₃分解温度下降13.2℃,更有利于水泥熟料的烧成;通过乙二醇代用法测定水泥熟料中f-CaO含量,可得掺加萃余固废的最适比例为20%;水泥熟料的X射线衍射图谱结果表明,掺加萃余固体废物烧制的水泥熟料主要矿物组成不变,但萃余固体的掺加对水泥矿物形成仍有影响。水泥产品的水化样XRD图谱结果表明,萃余固体废物掺加会抑制水泥水化反应的速率,并且掺加萃余固体废物的水泥协同处置产品的重金属浸出浓度符合GB 30760—2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》的安全限值,无重金属浸出的环境安全风险。