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11月12日,在北京APEC峰會期間,中美雙方在北京共同發(fā)表《中美氣候變化聯(lián)合聲明》,《聲明》中,中國宣示氣候減排目標:計劃2030年左右CO2排放達到峰值且將努力早日達峰,并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。國際上有評價認為,中國此次把2030年氣候減排目標定得比較高,可能在現(xiàn)有經濟發(fā)展模式下難以做到。

水泥是經濟建設的重要材料,水泥工業(yè)也是國民經濟的重要的基礎產業(yè)。水泥工業(yè)傳統(tǒng)的發(fā)展和生產模式,使得資源、能源都難以為續(xù),對生態(tài)環(huán)境也造成了極為不利的影響。因此氣候目標倒逼改革,改革水泥行業(yè)首當其沖,低碳經濟是水泥工業(yè)發(fā)展的必由之路,推動水泥工業(yè)低碳生產技術研發(fā)和應用,促進水泥工業(yè)大幅度節(jié)能減排,實現(xiàn)水泥工業(yè)先進、綠色制造,是水泥工業(yè)發(fā)展面臨的緊迫任務。

CO2來自哪里?水泥生產中,CO2的排放有直接排放和間接排放兩種。直接排放主要是指碳酸鹽的分解(CaCO3→ CaO + CO2)和燃料的燃燒的方式排放;間接排放則是指電力消耗。
原料替代:水泥工業(yè)利用各種工業(yè)廢棄物作為混合材,摻入水泥熟料中一并粉磨成相應品種的水泥。這種方式簡便易行,既可以利廢又能直接增產水泥,降低生產成本。其次是將有些廢物(赤泥、電石渣、有色冶煉渣、鑄造砂等)用作水泥原料,替代一部分或全部石灰石、砂頁巖、黏土等天然礦石。
    替代原料在我國水泥工業(yè)最廣泛地應用于將硫酸渣或煉銅渣等替代水泥生料中的鐵質原料,以及將磷石膏或脫硫石膏等替代水泥緩凝劑天然石膏。兩者的利廢量大致為水泥產量的7%,幾乎所有的水泥企業(yè)都是這樣做的。加上其他少數(shù)的水泥企業(yè)額外利用一些赤泥、淤泥、矸石、電石渣等,我國水泥工業(yè)替代原料的利廢總量始終停留在水泥產量的10%左右,與美國水泥工業(yè)的情況相近,而與德國、日本的差 距較大。
燃料替代:燃料替代是指CO2排放因子小于標煤的替代燃料,標煤CO2排放因子為0.094kgCO2/MJ,而廢輪胎的排放因子為0.085kg/MJ,廢玻璃鋼為0.083kg/MJ,均低于標煤CO2排放因子,因此使用這類替代燃料,可以降低CO2排放量。
    利用水泥回轉窯來處置可燃廢料,雖然要在工藝設備和測量設施投入資金,進行必要的改造,以適應用可燃廢料作為替代燃料帶來的技術和環(huán)保問題。但其投資比新建專用焚燒廠來說是大大節(jié)省了投資。
我國水泥行業(yè)使用替代燃料仍處于探索階段,中國水泥工業(yè)的燃料替代主要是垃圾和污泥。
水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾:目前水泥窯協(xié)同處置垃圾廢棄物在國內垃圾處理領域尚處于起步階段,至今已有近20條生產線實現(xiàn)了生產示范,正常運行了2-5年,水泥窯協(xié)同處置在我國城市也已經被成功實踐于生活垃圾處理領域。
    城市生活垃圾具有一定熱值,其灰渣可用作熟料燒成原料或水泥制備混合材,因此協(xié)同處置城市生活垃圾具有一定的燃料替代率和原料替代率。
    以一條5000t/d新型干法水泥生產線,并設定其處理垃圾量為200t/d,即處置垃圾量占總熟料產量4%,其燃料替代率為5%-10%,原料替代率為2%-4%,則年減排CO2排放量約為0.9-1.6萬噸。
富氧燃燒、全氧燃燒:富氧助燃技術用于水泥生產工藝,可改善燃料的燃燒工況,提高火焰溫度及火焰黑度,縮短燃燒所需的時間,實現(xiàn)燃料的完全燃燒,從而加大火焰對物料的輻射傳熱能力提高整個系統(tǒng)的熱效率,減少粉塵及CO、CO2,以及SOx、NOx等有害氣體的排放量,有利于節(jié)能減排,同時還能夠穩(wěn)定整個窯系統(tǒng)的熱工制度,提高水泥的生產效率和質量,延長水泥窯的維護周期,減輕司爐工的工作強度并明顯改善工作環(huán)境。
    在富氧燃燒的基礎上,水泥業(yè)又開始探索水泥窯全氧燃燒技術。水泥窯全氧燃燒就是把燃料與85%-100%的氧氣以及富含CO2的循環(huán)廢氣按預定燃料比混合,將其代替空氣鼓入分解爐和回轉窯爐中助燃燃料的技術。
    據了解,目前,全氧燃燒技術在水泥行業(yè)中尚處于理論模擬階段,但在玻璃行業(yè)已有運用實踐。相信在不久的將來,全氧燃燒技術也將助益水泥行業(yè)節(jié)能降耗。
預燒成窯爐技術:回轉窯中仍存在堆積態(tài)傳熱,窯尾部分生料傳熱及反應熱量需求與熱量供給間存在矛盾,限制了熟料燒成熱耗的降低和單機窯產量的提高;通過提高入窯生料活性,縮短物料在窯內的緩慢升溫,加快后續(xù)固液相反應;谑炝蠠蛇^程中多階段形成的客觀事實,提出的具有創(chuàng)新性的概念型生產工藝——水泥預燒成技術,以期進一步增強換熱效率,提高物料反應活性,減少回轉窯熱損失和熱負荷,建立新一代,高能效水泥窯爐工藝模型。
能源管控技術:水泥生產能源管控一體化技術是以能源為核心,通過數(shù)據采集、管理、分析和應用對水泥生產實時監(jiān)控、生產管理、設備管理、能源管理、質量管理等進行信息化管理,對分解爐、回轉窯、篦冷機、粉磨系統(tǒng)等重要工段進行智能控制,形成水泥生產能源管控一體化技術。
    通過安裝數(shù)據儀表對各種能源進行實時監(jiān)測,以多種通訊方式傳輸?shù)侥茉磾?shù)據服務器。同時對海量的能源數(shù)據進行整理和統(tǒng)計,實時管理能耗并發(fā)現(xiàn)能耗異常情況,對能耗的各種影響因素進行分析,自動尋找能效薄弱環(huán)節(jié)。
余熱發(fā)電技術:將水泥窯窯頭、窯尾排放的廢氣余熱轉化為電能的純低溫余熱發(fā)電技術在水泥行業(yè)已經頗有歷史,也是水泥行業(yè)最為熟悉和普及的碳減排技術。目前,一般純低溫余熱發(fā)電項目噸熟料發(fā)電量已達到37-42千瓦時,使水泥生產線的自供電量達到1/3以上。
    余熱發(fā)電產生的凈電力約為33kWh/t熟料,折合為CO2減排為28.4kg/t熟料,各種大氣污染物也得到相應減排,全年可節(jié)約電耗4950萬kWh,減排CO2約4.3萬噸。目前80%左右的水泥生產企業(yè)都采用了此技術。
發(fā)展低碳水泥:20世紀70年代到80年代,中國建材研究院發(fā)明和開發(fā)出硫鋁酸鹽(CSA)水泥。CSA水泥熟料礦物組成主要是C4A3S和C2S,與硅酸鹽水泥有很大區(qū)別。CSA熟料化學組成中CaO含量比硅酸鹽水泥低24%。CSA水泥熟料燒成溫度1300-1350℃,比硅酸鹽水泥低100℃。與硅酸鹽水泥相比,生產CSA水泥熟料可減排CO230%以上。
調整品種結構:品種結構與減排CO2有著密切的關系。我國水泥品種結構是多品種多等級的模式。多品種多等級的結構模式為采用熟料替代物創(chuàng)造了條件。目前企業(yè)生產和銷售的水泥主要是低等級(如P.C32.5)和中等級(P.O42.5)的品種,高等級硅酸鹽水泥比例很低。
    12月10日,國家標準化管理委員會官網公布:關于批準發(fā)布GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》國家標準第2號修改單的公告,修改單主要內容是取消32.5復合硅酸鹽水泥。將會推廣和擴大高強度等級水泥的使用。
碳捕集:減緩溫室氣體排放的新技術.除了直接減排外,CO2還可以通過捕集與封存技術進行回收,捕集和封存技術被廣泛認為是目前唯一能夠大規(guī)模減少由于化石能源利用而導致的CO2排放的前沿技術,是在不降低當前化石燃料使用量的情況下減少排入大氣CO2氣體量的手段,是世界各國普遍關注的減緩溫室氣體排放的重要技術之一。
    CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)碳捕獲、利用與封存是應對全球氣候變化的關鍵技術之一,受到世界各國的高度重視,紛紛加大研發(fā)力度,在CO2驅油等方面取得進展,但在產業(yè)化方面還存在困難。隨著技術的進步及成本的降低,CCUS前景光明。
在水泥行業(yè),臺灣水泥在碳捕集技術的研發(fā)與應用上已經走在了前列。臺灣水泥公司與工研院綠能所合作研發(fā)