生態(tài)水泥綠色制成共性技術(shù)的集成與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

謝 剛 唐津平 吳 偉 黃芳毅

（1.中國(guó)科技開(kāi)發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西建材科研設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530022）

1 前言

科技成果轉(zhuǎn)化是科技創(chuàng)新的重要階段和形式。我國(guó)一直以來(lái)科技成果的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)業(yè)化率不高，科技成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化是科技開(kāi)發(fā)、科技服務(wù)等人員的長(zhǎng)期任務(wù)。本文以廣西水泥產(chǎn)業(yè)為對(duì)象，針對(duì)產(chǎn)業(yè)的共性問(wèn)題及需求，結(jié)合水泥企業(yè)原材料、技術(shù)裝備、技術(shù)力量等條件，能耗、物耗、效率等生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，以及工業(yè)固體廢棄物的實(shí)際，開(kāi)展了生態(tài)水泥綠色制成共性技術(shù)的集成與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這是科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化的一次成功探討。

2 技術(shù)集成的背景

（1）國(guó)內(nèi)外推動(dòng)水泥綠色制造技術(shù)的發(fā)展為技術(shù)集成提供了借鑒

國(guó)際上生態(tài)水泥綠色制造技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展主流和熱點(diǎn)為技術(shù)集成明確了方向。國(guó)際上把一直節(jié)能減排、消納固廢等技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，作為水泥產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步的主流發(fā)展方向。如新型干法具有水泥裝備大型化、生產(chǎn)工藝節(jié)能化、操作管理自動(dòng)化、環(huán)保措施生態(tài)化等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍涉及的水泥產(chǎn)量已超過(guò)總產(chǎn)量的70%。國(guó)外先進(jìn)水泥工業(yè)積極進(jìn)行廢料的再利用，逐步從被動(dòng)治理自身對(duì)環(huán)境污染向主動(dòng)消化其他污染物的方向發(fā)展，采用一系列新技術(shù)新裝備，最終實(shí)現(xiàn)消納建筑固廢、生活固廢、工業(yè)固廢和低耗能、零污染生產(chǎn)等生態(tài)、綠色、清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，成為能夠與自然和諧相處的工業(yè)。

我國(guó)水泥產(chǎn)量及消耗量都占全球的50%以上，水泥生產(chǎn)企業(yè)有9000多家，平均規(guī)模6.4萬(wàn)噸，前10家企業(yè)的生產(chǎn)集中度達(dá)到25%以上。我國(guó)傳統(tǒng)水泥工業(yè)的環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展方面進(jìn)展緩慢，一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國(guó)外相比差距較大。從20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始，我國(guó)水泥工業(yè)提高了對(duì)綠色生產(chǎn)技術(shù)重視程度，進(jìn)入21世紀(jì)之后更加大開(kāi)發(fā)力度。水泥工業(yè)在全社會(huì)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)中正在發(fā)揮重要的作用，做出了很好的成績(jī)，一方面是積極發(fā)展新型干法水泥、余熱發(fā)電、變頻節(jié)電、粉末的新型技術(shù)（裝備、工藝、助劑等），2012年全國(guó)水泥產(chǎn)量約21億噸，新型干法水泥比重達(dá)到70%以上。另一方面，更主要體現(xiàn)在消納利用了各種工業(yè)廢棄物及城市生活垃圾等。

（2）水泥產(chǎn)業(yè)基本特點(diǎn)為技術(shù)集成及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件

盡管新材料層出不窮，水泥仍然是當(dāng)代難以替代的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的建筑材料，一直是建材中的骨干和基礎(chǔ)，是三大基礎(chǔ)材料之一。水泥工業(yè)在整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值中所占的比例不大，卻是經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)中不可缺少的產(chǎn)業(yè)。水泥產(chǎn)業(yè)具有不可或缺、大投資、低單價(jià)、大規(guī)模、高耗能、高排放的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，既是社會(huì)物質(zhì)文明和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支撐之一，也是資源和能源高消耗的行業(yè)，是典型高投資、低產(chǎn)出、高污染的產(chǎn)業(yè)。生產(chǎn)1噸水泥熟料大約要排放700～900多千克二氧化碳，綜合能耗約 266.6千克標(biāo)煤，水泥生產(chǎn)成本有一半來(lái)自能源。因此，水泥產(chǎn)業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展要求發(fā)展綠色生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

水泥工業(yè)可以徹底干凈地消納固體廢棄物的品種多，適用范圍廣，消納量大；水泥生產(chǎn)與消納利廢同時(shí)進(jìn)行，對(duì)水泥生產(chǎn)工藝及裝備系統(tǒng)的正常操作運(yùn)轉(zhuǎn)、對(duì)水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量基本沒(méi)有不良影響，可以安全、高效、經(jīng)濟(jì)地消納利用全社會(huì)相當(dāng)一部分的廢棄物，無(wú)需另耗巨資去焚燒填埋廢物，并且見(jiàn)效快。上述特點(diǎn)，都是開(kāi)展生態(tài)水泥綠色制成共性技術(shù)的集成與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用先決的基本條件。

3 廣西水泥產(chǎn)業(yè)的技術(shù)需求及應(yīng)用環(huán)境分析

（1）廣西水泥業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

廣西水泥業(yè)是千億元建材產(chǎn)業(yè)的主體，在全國(guó)水泥行業(yè)中占重要地位，企業(yè)約400多家，分布在桂中、桂東、桂北、桂西、桂南五大經(jīng)濟(jì)區(qū)。經(jīng)過(guò)近幾年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，落后產(chǎn)能退出緩慢、行業(yè)集中度低、低等級(jí)產(chǎn)品仍占相當(dāng)比例的現(xiàn)象明顯改進(jìn)。廣西新型干法水泥占水泥總產(chǎn)量的比重為45%，新型干法水泥還有很大的發(fā)展空間。2012年廣西水泥產(chǎn)量達(dá)到9000多萬(wàn)噸，其中新型干法水泥產(chǎn)量占水泥總產(chǎn)量的比例達(dá)到80%（約7650萬(wàn)噸）左右。

廣西人均水泥消費(fèi)量約為 0.4～0.6噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 2005年全國(guó)人均水泥消費(fèi)量0.8噸的水平；廣東市場(chǎng)是華南最大的水泥消費(fèi)市場(chǎng)，每年廣西水泥大約有40%～50% 銷往廣東。鑒于周邊區(qū)域石灰石和煤炭資源缺乏，加上產(chǎn)業(yè)升級(jí)加快，環(huán)保要求大大提高，立窯水泥企業(yè)關(guān)停并轉(zhuǎn)速度加快等因素，廣西新型干法水泥憑借質(zhì)量、成本等優(yōu)勢(shì)擠占了廣東珠江三角洲地區(qū)和粵西地區(qū)市場(chǎng)。由于能源、電力、勞動(dòng)力等費(fèi)用較低，加上有豐富的石灰石資源，周邊尤其珠江三角洲和港澳地區(qū)水泥需求旺盛，加之交通運(yùn)輸特別是水路運(yùn)輸極為便捷。

（2）廣西產(chǎn)業(yè)的共性問(wèn)題及需求

由于臺(tái)泥、海螺、華潤(rùn)、南方等企業(yè)的進(jìn)入，廣西水泥產(chǎn)業(yè)優(yōu)化了產(chǎn)業(yè)的組織結(jié)構(gòu)及技術(shù)結(jié)構(gòu)，加上執(zhí)行國(guó)家淘汰落后產(chǎn)能、實(shí)行行業(yè)準(zhǔn)入制度等原因，廣西在地企業(yè)除魚峰水泥公司等較大企業(yè)外，大部分企業(yè)改造成了水泥制成企業(yè)（粉磨站）。無(wú)論是何種規(guī)模的企業(yè)，水泥制成都是其必有的工序。

廣西較大部分水泥企業(yè)在燒成尤其是制成工序都在不同程度存在耗煤、耗電高的共性問(wèn)題，加之工業(yè)固體廢棄物利用率低，尤其廣西較多大宗的冶金廢渣沒(méi)有很好地利用，對(duì)水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)是一種潛在資源的浪費(fèi)，這些廢渣堆置和填埋對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)造成環(huán)境的污染和土地的浪費(fèi)。而這些廢渣在制成工序利用較為簡(jiǎn)便、低成本，當(dāng)然由于廢渣的特性（水分、活性、易磨性）也一樣要求解決其制成中的煤耗、電耗高的共性問(wèn)題。

水泥企業(yè)除了都要解決其制成工序原有耗能高的技術(shù)需求外，要能利用工業(yè)固廢低能耗、低成本、高性能（或合格）地生產(chǎn)水泥，要滿足所用廢渣資源的不利特性所帶來(lái)的連續(xù)配送料、水分控制、活性激發(fā)、粉磨高效甚至生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)和布局等一系列生產(chǎn)要求，這就需要把一些單一的技術(shù)，根據(jù)每個(gè)水泥企業(yè)的具體實(shí)際需求進(jìn)行有機(jī)的制成系統(tǒng)技術(shù)的集成。

（3）廣西水泥產(chǎn)業(yè)中綠色制成技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境

廣西水泥綠色制成技術(shù)有較好的應(yīng)用環(huán)境。一是廣西固體廢棄物也較多，歷年實(shí)際存量有 2億多噸。尤其工業(yè)固體廢棄物如金屬（如鋼、錳、鋁、鉻等）工業(yè)固體廢棄物（包括采礦廢石、選礦尾礦、冶煉廢渣等），以及石化、制糖、鋼鐵、火電等產(chǎn)業(yè)的廢棄物也比較多。僅南寧市2008年建筑垃圾排放量就為993萬(wàn)噸，比上年增加了114%，單位面積排放量為0.44kg/m2，人均排放建筑垃圾量為3.98t/人。按國(guó)際測(cè)算法，每萬(wàn)噸建筑垃圾占用填埋場(chǎng)的土地 1畝，南寧市建筑垃圾填埋占地面積是驚人的。這也說(shuō)明利用工業(yè)固廢的潛在資源十分豐富，其處理與利用的形勢(shì)也十分迫切。二是廣西水泥產(chǎn)業(yè)已把節(jié)約利用資源、環(huán)境保護(hù)、社會(huì)和諧的要求與企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展結(jié)合起來(lái)，以資源綜合利用為突破口，以節(jié)能降耗減排為關(guān)鍵，大力發(fā)展先進(jìn)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)和深加工技術(shù)，為工業(yè)廢渣、城市生活垃圾和自然廢棄物再循環(huán)利用開(kāi)辟新途徑。廣西有關(guān)管理部門組織水泥產(chǎn)業(yè)的科技界、企業(yè)界結(jié)合廣西水泥產(chǎn)業(yè)實(shí)際，瞄準(zhǔn)這些技術(shù)需求進(jìn)行了自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，取得了較好的成果，這是水泥綠色制成技術(shù)較好的應(yīng)用環(huán)境基礎(chǔ)。

4 水泥綠色制成技術(shù)的集成及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

（1）生態(tài)水泥綠色制成技術(shù)的集成

首先是綠色制成技術(shù)的篩選。對(duì)區(qū)內(nèi)外有關(guān)生態(tài)水泥綠色制成技術(shù)集成的效能評(píng)估與診斷，要實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)高效利用工業(yè)固廢的目的，首要針對(duì)廣西工業(yè)固廢特性篩選能解決這些特性所衍生問(wèn)題的系列單一技術(shù)。例如解決工業(yè)固廢水分過(guò)多的粘濕料能準(zhǔn)確、連續(xù)、高效的配送技術(shù)，工業(yè)固廢在粉磨前水分控制的高效、低能耗烘干技術(shù)，低活性工業(yè)固廢激發(fā)利用或工業(yè)固廢高摻量利用技術(shù)，等等。其次，要圍繞綜合利用工業(yè)固廢的目的，針對(duì)水泥企業(yè)要高效、高質(zhì)、低成本生產(chǎn)的要求，結(jié)合企業(yè)水泥制成的基本生產(chǎn)流程及工藝技術(shù)、裝備技術(shù)等現(xiàn)實(shí)水平，對(duì)篩選的系列綠色制成技術(shù)進(jìn)行柔性集成，以便多模式的讓水泥企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際進(jìn)行集成性的生產(chǎn)應(yīng)用。上述集成技術(shù)包括高效粉磨技術(shù)、近正交均化技術(shù)、偏轉(zhuǎn)揚(yáng)料烘干技術(shù)、濕粘倉(cāng)料配送技術(shù)、機(jī)械-化學(xué)共激發(fā)技術(shù)、集成優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、磨內(nèi)霧化降溫技術(shù)、水泥磨鋼球（鍛）分級(jí)技術(shù)等。這些技術(shù)都有較大創(chuàng)新性、先進(jìn)性、實(shí)用性、效益性，如具有發(fā)明專利的高效粉磨技術(shù)通過(guò)高效立體篩分裝置和磨內(nèi)多重分選系統(tǒng)、重力-風(fēng)選轉(zhuǎn)制與系統(tǒng)、磨內(nèi)揚(yáng)料控流和防結(jié)團(tuán)功能裝置、粉磨選粉一體化技術(shù)，能明顯提高粉磨機(jī)效率、降低電耗、節(jié)省投資；機(jī)械化學(xué)共激發(fā)技術(shù)能顯著提高工業(yè)廢渣的潛在水化活性及粉磨效率，明顯提高工業(yè)渣材在水泥中的組合摻量；偏轉(zhuǎn)揚(yáng)料烘干機(jī)可使烘干渣材的產(chǎn)量提高25%～45%，煤耗降低15%～25%。

（2）水泥綠色制成技術(shù)集成的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

首先設(shè)定應(yīng)用企業(yè)的條件，一是技術(shù)裝備符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)管理的要求，二是生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)60萬(wàn)噸以上，三是企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理基礎(chǔ)較好，四是水泥產(chǎn)品有一定市場(chǎng)品牌，能涉及區(qū)內(nèi)外主要市場(chǎng)。其次是應(yīng)用企業(yè)的選擇，以廣西水泥產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)或典型企業(yè)為優(yōu)先，在行業(yè)專家評(píng)估的基礎(chǔ)上由管理部門客觀決策選擇應(yīng)用企業(yè)。

在2011年、2012年共在廣西22家水泥企業(yè)應(yīng)用，分布在桂林、柳州、玉林、貴港、百色、梧州、欽州、賀州等地市。在應(yīng)用過(guò)程中，在發(fā)揮技術(shù)依托單位技術(shù)力量、企業(yè)自有的消化吸收能力的基礎(chǔ)上，并注重與企業(yè)進(jìn)行跟蹤和充分溝通，組織專家利用現(xiàn)場(chǎng)診斷、技術(shù)措施指導(dǎo)、咨詢等多種方式，幫助企業(yè)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中有效地消化吸收技術(shù)。

5 綠色制成技術(shù)集成的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用效果

（1）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到的效果

2011年至2013年期間，以產(chǎn)學(xué)研合作的方式在22家水泥企業(yè)開(kāi)展生態(tài)水泥綠色制成共性技術(shù)的集成與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，使廣西水泥產(chǎn)業(yè)提升了企業(yè)科技進(jìn)步的能力，也提升了廣西水泥產(chǎn)業(yè)的綠色制成技術(shù)的工藝、裝備等技術(shù)水平以及生產(chǎn)水平。具體表現(xiàn)為，相關(guān)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中使各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到較大改善。

如磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量在不同條件下達(dá)到44～190t/h，平均提高幅度達(dá)20%以上；綜合電耗分別在27.5～33KWh/t之間，平均降低幅度達(dá)11%以上；濕粘料配送設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率分別達(dá)90%～97.6%之間，平均提高50%以上；偏轉(zhuǎn)揚(yáng)料烘干機(jī)產(chǎn)量平均提高30%以上、煤耗平均降低20%以上；均化機(jī)出口水泥SO3的標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.31～0.4；各種廢渣摻量比分別為 40%～49.5%之間，比原來(lái)平均提高20%左右。

（2）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益情況

22家企業(yè)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，生產(chǎn)效率提高 11.9%，水泥生產(chǎn)節(jié)省熟料用量8%～30%。至2013年底，約累計(jì)節(jié)約成本1.89億元，節(jié)電1.85億千瓦時(shí)，節(jié)煤25.18萬(wàn)噸標(biāo)煤，利用冶煉工業(yè)廢渣 638萬(wàn)噸，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提高；利用工業(yè)廢渣替代熟料，不但減少了廢渣堆置的污染，還減少有害氣體的排放。折算累計(jì)減排二氧化碳80.98萬(wàn)噸、二氧化硫11646噸、氮氧化物7968噸。