水泥工业物质代谢及生态化转型研究

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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。
中文摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第12-30页
    1.1 研究背景第12-13页
    1.2 研究意义第13-14页
    1.3 产业生态化的研究综述第14-19页
        1.3.1 国外研究进展第14-16页
        1.3.2 国内研究进展第16-19页
    1.4 水泥工业生态化研究综述第19-25页
        1.4.1 国外理论研究第19-23页
        1.4.2 国内理论研究第23-25页
    1.5 研究现状述评第25页
    1.6 水泥工业生态化的实践第25-28页
        1.6.1 工业废渣作替代原料第25-26页
        1.6.2 工业废渣作混合材第26页
        1.6.3 可燃废弃物作替代燃料第26-28页
    1.7 研究思路与内容第28-29页
    1.8 本章小结第29-30页
第二章 水泥工业生态化的理论基础第30-44页
    2.1 基本概念第30-32页
        2.1.1 工业代谢第30-31页
        2.1.2 生态化第31-32页
    2.2 清洁生产理论第32-35页
        2.2.1 清洁生产的产生及定义第32-33页
        2.2.2 清洁生产的内涵第33-34页
        2.2.3 清洁生产的特点第34-35页
    2.3 产业生态学理论第35-38页
        2.3.1 产业生态学产生及定义第35页
        2.3.2 产业生态学的基本思想第35-38页
    2.4 循环经济理论第38-42页
        2.4.1 循环经济的定义第38-39页
        2.4.2 循环经济的原则第39-40页
        2.4.3 循环经济的实施第40-42页
    2.5 水泥工业生态化的界定第42-43页
        2.5.1 水泥工业生态化的定义第42页
        2.5.2 水泥工业生态化的内涵第42-43页
    2.6 本章小结第43-44页
第三章 水泥工业生命周期影响评价第44-62页
    3.1 生命周期评价概述第44-46页
        3.1.1 生命周期评价的定义第44-45页
        3.1.2 生命周期评价的框架第45-46页
    3.2 目标与范围的确定第46-47页
        3.2.1 研究目的第46页
        3.2.2 研究范围第46-47页
    3.3 清单编目第47-52页
        3.3.1 水泥生产过程清单数据第47-49页
        3.3.2 水泥生产上游数据清单第49-50页
        3.3.3 清单结果第50-52页
    3.4 影响评价第52-60页
        3.4.1 影响分类第53页
        3.4.2 特征化第53-58页
        3.4.3 归一化第58-59页
        3.4.4 加权评估第59-60页
    3.5 评价结果解释第60-61页
    3.6 本章小结第61-62页
第四章 水泥工业环境影响的因素分解第62-82页
    4.1 环境影响的脱钩形态模型第62-71页
        4.1.1 脱钩的概念模型第62-63页
        4.1.2 脱钩的测度模型第63-65页
        4.1.3 脱钩的因素分解模型第65-71页
    4.2 水泥工业环境荷载的脱钩状态分析第71-73页
        4.2.1 数据来源及说明第71-72页
        4.2.2 脱钩状态分析第72-73页
    4.3 水泥工业环境荷载的因素分解第73-81页
        4.3.1 能耗的因素分解结果第73-77页
        4.3.2 CO_2 排放的因素分解结果第77-81页
    4.4 本章小结第81-82页
第五章 水泥工业生态化的发展模式第82-99页
    5.1 水泥工业生态化的途径第82-87页
        5.1.1 减量化第82-84页
        5.1.2 再利用第84-85页
        5.1.3 资源化第85-87页
    5.2 水泥工业生态化模式模型第87-92页
        5.2.1 目标层维度第88-89页
        5.2.2 空间层维度第89页
        5.2.3 措施层维度第89-91页
        5.2.4 功能层维度第91-92页
    5.3 生态水泥产业链的构建模式第92-94页
        5.3.1 纵向延伸产业链第92页
        5.3.2 横向耦合产业链第92-93页
        5.3.3 形成共生网络第93-94页
    5.4 案例分析第94-97页
        5.4.1 蒙西工业园区简介第94-95页
        5.4.2 蒙西园区的生态产业链第95-97页
    5.5 本章小结第97-99页
第六章 生态水泥工业系统的测度第99-115页
    6.1 投入产出测度模型第99-101页
    6.2 代谢路径分析第101-105页
        6.2.1 直接消耗系数第102-103页
        6.2.2 完全消耗系数第103-104页
        6.2.3 直接分配系数第104页
        6.2.4 完全分配系数第104-105页
    6.3 关联效果分析第105-107页
        6.3.1 影响力系数第105页
        6.3.2 感应度系数第105-106页
        6.3.3 综合关联分析第106-107页
    6.4 运行效果分析第107-108页
        6.4.1 节点贡献指数第107页
        6.4.2 节点消耗指数第107页
        6.4.3 节点循环效率第107-108页
    6.5 案例分析第108-114页
        6.5.1 蒙西工业园区碳元素代谢过程概述第108-112页
        6.5.2 代谢路径分析第112-113页
        6.5.3 关联效果分析第113-114页
        6.5.4 运行效果分析第114页
    6.6 本章小结第114-115页
第七章 结论与展望第115-118页
    7.1 结论第115-116页
    7.2 研究展望第116-118页
参考文献第118-134页
攻读博士期间发表的论文及参加的科研情况第134-135页
致谢第135页
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