我國水泥工業(yè)生態(tài)優(yōu)先的經(jīng)由之路

2016年，《巴黎協(xié)定》確立了2020年后國際社會合作應對氣候變化的基本框架，提出把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2℃之內，并力爭將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內的目標。在國內，我國第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要中，明確提出把科技自立自強作為國家發(fā)展戰(zhàn)略的支柱，把“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”作為國家的發(fā)展方向。

2021年政府工作報告中首次提出了“碳達峰”、“碳中和”發(fā)展目標。其中，“碳達峰”是指溫室氣體的最大年排放值，“碳中和”是指二氧化碳排放與二氧化碳吸收量在一定時期內的平衡。“碳達峰”、“碳中和”的提出對我國未來的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)過程是高能耗、高污染物排放的過程，在此國家戰(zhàn)略背景下，我國水泥產(chǎn)業(yè)正朝著低碳環(huán)保、減少污染物排放、提高消納廢棄物的水平和比率的方向努力。

本文把我國水泥工業(yè)當前取得的科技成果進行了歸納，并結合國外的產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析，提出了推行水泥產(chǎn)業(yè)“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”的思路，供我國水泥科技工作者參考。

1 綠色水泥礦山的建設

傳統(tǒng)的石灰石開采往往只注意資源的開發(fā)而忽略生態(tài)環(huán)境的保護，這必然會對生態(tài)環(huán)境造成負面影響。為了保護環(huán)境，應秉承“綠水青山就是金山銀山”的理念，改變礦山開采模式，促進水泥礦山的綠色發(fā)展，重點在以下幾方面下功夫：

（1）除礦石開采本身外，在生產(chǎn)過程中還應最大限度地關注生態(tài)環(huán)境保護和廢棄礦山的利用問題。

（2）進行動態(tài)復綠，通過先進技術，快速栽植適宜當?shù)貤l件的植被，實現(xiàn)礦山開發(fā)整個過程全程復綠，從根本上改變礦山環(huán)境。

（3）變廢為寶，使廢棄礦山完全成為新型產(chǎn)業(yè)的建設之地，給后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的機會。

我們應以現(xiàn)代礦山質量控制技術為基礎，對礦山資源源頭實施質量控制，提高礦山資源綜合利用率，延長礦山使用年限。一般認為，我國水泥綠色礦山的使用目標是：礦山服務年限在30年以上，資源利用率＞95%，礦石回采率在95%以上，生態(tài)修復率應為100%。

根據(jù)《國家標準化體系建設發(fā)展規(guī)劃2016-2020》的總體要求，2018年年初，中國礦業(yè)聯(lián)合會出臺了我國首個綠色礦山建設團體標準；中國自然資源部發(fā)布了9項行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范。這些標準規(guī)范的出臺，必將推進礦業(yè)綠色發(fā)展的進程。

2 智能化數(shù)字礦山建設

我國是一個石灰石資源豐富的國家，據(jù)估算，我國的石灰?guī)r地層儲量有上千億噸，幾乎在所有地質年代的地層中都存在石灰?guī)r胚胎，但這些資源也不能隨意使用。除了水泥行業(yè)之外，鋼鐵、陶瓷、塑料、混凝土、建筑工程等行業(yè)都要使用石灰石，即便單從減少碳排放的角度出發(fā)，也應少用石灰石，多開發(fā)低鈣產(chǎn)品。

水泥行業(yè)是一個石灰石原料需求量較大的行業(yè)，為了節(jié)約資源，許多水泥生產(chǎn)線都采用了低品位石灰石。今后，我們還應繼續(xù)探索低品位石灰石礦床的工業(yè)開采價值，而建立智能型礦山開采系統(tǒng)就是一個很好的發(fā)展方向[1]。智能化礦山可具備超級自動化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術，還可將可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展理念融入其中，有助于開采低品位礦床。

天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司在20世紀90年代開發(fā)了“三維彩色礦床模型系統(tǒng)”軟件，該軟件以人工設定的數(shù)據(jù)和地質縱剖面圖為依據(jù)，以鉆孔和槽探數(shù)據(jù)為核心，形成采礦境界。該軟件的開發(fā)和使用，是水泥礦山開采由二維向三維計算機設計方向轉變的一個非常成功的案例，并一步步向提高礦塊模型軟件的準確性及實用性，實現(xiàn)高水平三維數(shù)字化軟件功能，提高計算機設計水平而邁進。

3 料床粉磨技術的優(yōu)化

3.1 輥磨與輥壓機的發(fā)展現(xiàn)狀[2]

我國電力來源主要是以化石類燃料發(fā)電為主，而水泥制造粉磨工序電耗約為水泥制備全部耗電量的70%，為了更多地減排水泥工業(yè)CO2，就必須節(jié)約水泥制造粉磨電耗。傳統(tǒng)的水泥粉磨設備主要為球磨機，設備能量消耗很大，不適應環(huán)保節(jié)能需要。為了最大限度地節(jié)能和制造開發(fā)更多的符合要求的產(chǎn)品，就必須研究粉磨節(jié)能的機理，研究物料顆粒形貌，開發(fā)更有效的粉磨技術等。目前，以顆粒學和料床粉磨理論為設備制造基礎，研發(fā)的輥磨和輥壓機已在國內外得到了廣泛應用，我國在這方面已取得很大成績，并正在深入研究和開發(fā)性能更優(yōu)的設備。

（1）輥磨發(fā)展現(xiàn)狀

國內外十多家公司相繼研制了各種類型的輥磨，輥磨磨機功率可達10 000kW以上，其粉磨機理不同于球磨機的單顆粒粉磨，輥磨不僅大大提高了粉磨效率，還降低了環(huán)境噪聲。

在國際上，如德國萊歇公司研制了LM輥磨、非凡公司研制了MPS輥磨、伯利休斯公司研制了RM輥磨、丹麥史密斯公司研制了ATOX輥磨、日本宇部公司研制了UB-LM輥磨。

在國內，輥磨技術已很成熟，與5 000～7 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線配套的大型輥磨有TRM型輥磨、HRM型輥磨和LGM型輥磨，天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司還開發(fā)了首臺TRM型國產(chǎn)礦渣輥磨，輥磨終粉磨系統(tǒng)也已成功粉磨水泥。

（2）輥壓機的發(fā)展現(xiàn)狀

輥壓機是根據(jù)料床粉磨原理設計的。輥壓機粉磨時，物料不是在破碎工作面上或在粉磨介質間作單個顆粒的破碎與粉磨，而是以層狀物料的形式被擠壓粉碎，通過壓力使一些顆粒壓迫臨近顆粒致其破裂粉碎。輥壓機粉磨時在雙輥之間一定要有一層料層，輥壓決定于顆粒間的壓力而不是兩輥間的縫隙，其特點是輥壓高、磨輥慢速旋轉、料層飽滿。輥壓機物料循環(huán)方式有粗粉循環(huán)、料餅循環(huán)和粗料循環(huán)等，其合理的物料循環(huán)有利于提高輥壓機粉磨效果。

輥壓機可以用于水泥和生料的終粉磨，也可以用于水泥粉磨的預粉磨，其粉磨系統(tǒng)有多種形式。輥壓機工藝流程簡單，噪聲低，裝機功率可達8 000kW以上。德國洪堡公司、伯利休斯公司等都是有名的輥壓機制造公司，天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司、合肥水泥研究設計院有限公司等通過自行開發(fā)，已使國產(chǎn)化的輥壓機設備達到很高的技術水平，并已出口國外。

3.2 料床粉磨技術的研究與探索

隨著料床粉磨技術的不斷創(chuàng)新，輥磨與輥壓機目前均可用于水泥生料、水泥、煤炭、礦渣等多種礦業(yè)產(chǎn)品的粉磨。料床粉磨的設備結構、系統(tǒng)以及對原料的適應性等方面都有了很大進步，目前料床粉磨技術的研究與開發(fā)有如下動向[2]：

（1）設備規(guī)格大型化，表現(xiàn)在窯磨能力同步增長。

（2）設計理念變化，動力相似的不同磨機，盤徑相差很大。

（3）重視選粉機的作用，選粉效率不斷提高。

（4）重視智能化控制設計，不斷調整優(yōu)化操作參數(shù)。

（5）設備操作要求更加精細。

（6）水泥顆粒形貌的研究不斷深化。

4 顆粒流體理論在水泥熱工工藝上的深化研究

固氣多相流是水泥工藝中常見的顆粒流體運動形式，如水泥生料的懸浮預熱和分解、煤粉的燃燒、熟料的冷卻等，主要表現(xiàn)為顆粒群的非均勻的多尺度形態(tài)、狀態(tài)多值性及突變等。流體理論在水泥工業(yè)的應用有如下幾個方面：

（1）對水泥工藝顆粒流體系統(tǒng)的研究，主要有簡單平均法和單顆粒跟蹤法兩種方法。簡單平均法是最常用的方法，可處理非均勻結構流體系統(tǒng)。其研究的顆粒體積越小，精度越高，但是使用該方法時往往使用的顆粒平均體積都很大，因為規(guī)格放大效應，平均后的結構信息容易丟失。而單顆粒跟蹤法是最理想的方法，但其受現(xiàn)實計算能力和測量技術水平制約，實行起來有一定難度。因為熱量傳遞是不可逆的過程，“能量”也分為不同的能級，不管水泥產(chǎn)品在制造過程中消耗了多少能量，單純用“量”的概念去評價“能”的使用價值是不夠準確的，必須用一個既能包括“能”的質量又能反映“能”的數(shù)量的數(shù)學參數(shù)去表達，如用exergy（有效能）和anergy（無效能）。

（2）旋風預熱器是由窯后的旋風器及連接管路組成的，我國在旋風筒和管路二相流的研究方面，具有一定的理論水平并獲得了很好的應用成果。新型旋風預熱器在氣-固分離、流態(tài)化換熱及筒體的卸料防堵等方面作了改進，有2級、4級、5級和6級等類型旋風預熱器，實際應用時應根據(jù)具體情況進行調整和改進設計。

（3）分解爐是分解水泥生料中CaCO3的主要設備，還是協(xié)同處置廢棄物（如污泥）時的廢棄物投入點。目前世界各國使用的分解爐有30多種，我國水泥界也對分解爐作了相當多的研究。我國對于高效分解爐的開發(fā)思路是，力求使其發(fā)揮綜合效應，使分解爐內的熱量傳遞、質量傳遞、動量傳遞和化學反應均得到優(yōu)化?，F(xiàn)在水泥工業(yè)協(xié)同處置廢棄物技術得到了長足發(fā)展，應加強對那些適合在分解爐內使用的代用燃料的研究。

（4）隨著科學技術的發(fā)展，水泥工業(yè)已具備了利用數(shù)學模型來全面描述水泥生產(chǎn)過程實質的能力，即可以通過改變變量求解的方法進行數(shù)學模擬試驗，以取代實物模型試驗，這就是熱工系統(tǒng)的數(shù)學模型與仿真技術。天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司已為此作了許多研究工作，建立起熱工系統(tǒng)的懸浮預熱器、分解爐、回轉窯、燃燒器和冷卻機等的半經(jīng)驗半理論模型，以系統(tǒng)熱效率為目標函數(shù)，利用數(shù)學模型進行若干工況條件為變量的計算機模擬試驗，今后還要深入利用更先進的Fluent等流體力學軟件進行技術開發(fā)，以爭取取得更好的成績。

5 水泥工業(yè)收納廢棄物的延伸研究

5.1 水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術的發(fā)展現(xiàn)狀

在水泥行業(yè)，廢棄物可用作水泥燒成的代用燃料和代用原料，我國在20世紀80年代就開始探索水泥窯協(xié)同處置（co-processing）廢棄物技術。水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術主要包括：工業(yè)廢棄物和農(nóng)林廢物的焚燒處置，污泥的焚燒處置，生活垃圾、危險廢棄物的焚燒處置等。目前，在我國積極推行垃圾分類之后，為水泥工業(yè)提供了參與廢棄物處置利用的更好機會，水泥工業(yè)可以擔當起更重要的環(huán)保責任，促進水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

從粉體技術觀點來看，國內外成功處置廢棄物的技術案例和系統(tǒng)如下[4]：

（1）物 料 預 處 理 系 統(tǒng)（Shredding-Mixing-Pumping System），是為解決工業(yè)廢棄物和危險廢棄物而設計的物料預處理系統(tǒng)，即破碎-混合-泵送系統(tǒng)。該系統(tǒng)全程無需人工參與，自動運行，最大限度避免了操作者與危險廢棄物的直接接觸。該概念在1988年提出，1998年德國首次采用，是危廢預處理最先進最合理的程序之一。目前我國已有企業(yè)引進該系統(tǒng)，南京水泥工業(yè)設計研究院也開發(fā)了適于國內的預處理系統(tǒng)，取得了很好的成績。

（2）丹麥史密斯公司熱盤爐（Hotdisc）技術，是在水泥生產(chǎn)線的分解爐處設置熱盤爐垃圾焚燒裝置，與水泥窯外的預分解系統(tǒng)組成一個整體，進行垃圾焚燒處理的技術。其主要工藝流程是：窯三次風、部分高溫生料和可燃廢棄物一同進入熱盤爐內，在慢速旋轉的圓盤上充分地氧化燃燒。圓盤的轉速為1～4r/h，從物料進口到爐渣和生料混合物卸出，在圓盤上大約要運行270°，卸出的殘渣向下落入窯尾，細小的飛灰和生料則隨高溫氣體進入分解爐。系統(tǒng)運行時，可以根據(jù)可燃廢棄物的性質，調節(jié)圓盤的轉速，使其在爐內有足夠的停留時間，達到廢棄物充分焚燒的目的。

（3）垃圾焚燒飛灰和垃圾焚燒灰的無害化處理系統(tǒng)，是日本20年前開發(fā)的技術，可以有效處理“氯”的危害，還可利用焚燒灰和飛灰作為代用原料，生產(chǎn)“生態(tài)水泥”（ecological cement），目前，已擁有工業(yè)技術標準。我國也在積極推廣垃圾焚燒飛灰技術。

（4）利用水泥窯協(xié)同處置污泥技術，是近年來國際、國內流行的一項新技術，污泥可以作為水泥生產(chǎn)的部分燃料，焚燒后的灰渣可以作為水泥生產(chǎn)的添加材料。其生產(chǎn)工藝包括濕污泥接收、輸送、干化、水泥窯高溫處置等，每3～4t干污泥可替代1t原煤，這是現(xiàn)代水泥生產(chǎn)中一項處置廢棄物的有效節(jié)能技術。由天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司建設的桐鄉(xiāng)100t/d污泥處置裝置，脫水泥餅含水率可降至50%，實現(xiàn)了污泥深度脫水，經(jīng)濟效率顯著。另外，華新、華潤等集團也在處理污泥方面取得了很大的成績。

5.2 消納廢棄物的其他延伸研究

（1）廢棄物綜合利用的研究

一般來說，企業(yè)都能結合自身工藝特點開發(fā)處置廢棄物的裝置，但由于水泥熟料生產(chǎn)有著嚴格的生料化學組分設計要求以及對成分波動范圍和熟料產(chǎn)品質量的控制要求，所處置的廢棄物組分變化或波動較大、所含微量元素不同和濃度不同、性能差異較大時，均會對水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質量帶來影響，所以水泥工業(yè)對廢棄物的質量有一定要求?，F(xiàn)在水泥企業(yè)收納廢棄物后，需要研究的主要問題是廢棄物對環(huán)境的影響，特別是有毒有害廢棄物的前處理評估，以及對水泥熟料質量的影響。此外，還要研究廢棄物的綜合利用、衍生燃料的開發(fā)、制定和完善消納廢棄物的法律法規(guī)等，需提高我國水泥企業(yè)處置廢棄物的社會責任意識。

（2）生物質替代燃料技術的發(fā)展[4]

生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，各種垃圾中的生物質成分具有可燃性，焚燒垃圾時一方面處理了垃圾，另一方面可利用它的熱值作為水泥窯用的代用燃料。生物質能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，通常包括木材、森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物等。目前很多國家都在積極研究和開發(fā)利用生物質能。據(jù)報道，日本正在研究油藻新能源的生產(chǎn)方法，是利用微藻養(yǎng)殖的研究成果，將部分CO2供給藻種制成一定數(shù)量的干油藻，然后將其作為水泥回轉窯新燃料。但這一技術開發(fā)要涉及農(nóng)業(yè)、化工、粉體和生物工程等領域，難度較大。

我國海螺、華新等水泥集團近年來都加強了江河漂浮物、農(nóng)業(yè)廢物等的處理與應用研究工作。

（3）垃圾衍生燃料的開發(fā)[4]

垃圾衍生燃料開發(fā)技術，是近年來國外發(fā)展起來的綜合廢物分類處理技術。采取機械處理生物獲取的垃圾衍生燃料（RDF），具有熱值高、燃燒穩(wěn)定、易于運輸、易于儲存、二次污染低和二惡英類物質排放量低等特點，美國、加拿大、日本等已進行了許多研究。其中，美國開發(fā)的一種RDF，可供水泥工業(yè)使用。加拿大生物燃料Enerkem Inc.公司采用熱化學法對RDF和其他一些廢棄物進行了高效氣化，制成了一氧化碳和氫的復合氣體生物燃料，可供更多工業(yè)領域使用，有效減輕了社會廢棄物的處理壓力。日本也對“衍生燃料”進行了研究，并在新能源方面取得了進展。

我國近年來參與這項技術研究與開發(fā)的單位也在增加，例如有：四川雷鳴生物環(huán)保工程有限公司、四川理工學院材料與化學工程學院、武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院、西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室、中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司、北京鈞天工貿有限公司等。

6 新型低碳水泥工業(yè)體系的建立

在我國重要的工業(yè)部門中，除了煤電和鋼鐵工業(yè)外，水泥工業(yè)中二氧化碳排放量最大，約占全國總排放量的六分之一。水泥生產(chǎn)中的碳酸鹽分解是最大的非燃燒類二氧化碳排放源。當設定水泥噸熟料熱耗為100kg標煤、噸水泥綜合電耗為100kW·h、摻入20%混合材時，我國普通硅酸鹽水泥制造過程中，每噸水泥約排放0.6tCO2。建立低碳水泥工業(yè)體系的實質是減排CO2、提高能源利用效率和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。

傳統(tǒng)水泥制造業(yè)在減排CO2等方面已取得很大成果，例如，余熱發(fā)電、利用廢棄物作為代用燃料或代用原料等，都是大家熟知的內容，此處不再詳述，以下部分僅探討如何發(fā)展新型低碳水泥工業(yè)體系。

6.1 “以質代量”發(fā)展低碳經(jīng)濟

減排CO2不單是某一個生產(chǎn)領域某個環(huán)節(jié)的工作，從產(chǎn)品的生命周期來看，它涉及到社會的許多領域，國家應在法律法規(guī)方面予以支持，還要完善和編制相應的技術標準和規(guī)范，全社會都應予以支持和協(xié)作。

現(xiàn)代建筑工程越來越高的要求是混凝土的功能化，所以“以質代量”也是水泥領域中的最好的減排CO2措施。

6.2 開發(fā)非波特蘭水泥體系新產(chǎn)品

開發(fā)如硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和阿利尼特水泥等。其中，硫鋁酸鹽水泥的原料為低品位礬土、石灰石和石膏，因為其石灰石的配合量低，所以燒成溫度低，CO2排放量也低。氟鋁酸鹽水泥用于搶修、堵漏等特殊工程，鋁酸鹽水泥主要應用在耐火材料方面。盡管非波特蘭水泥體系的水泥尚未大量生產(chǎn)和使用，但在某些特殊場合可以代替普通水泥發(fā)揮更好的作用。

此外還有堿激發(fā)膠凝材料、利用電石渣及CO2合成納米級輕質碳酸鈣的研究報道，堿激發(fā)膠凝材料是一種新型膠凝材料，超細輕質碳酸鈣是一種新型功能填料，廣泛應用于橡膠、塑料、涂料、油墨、造紙、牙膏、食品以及電子工業(yè)中。

6.3 加強國際合作，開發(fā)CO2減排的新技術

抓住機遇，通過一帶一路項目、利用CDM機制加強國際合作，在促進傳統(tǒng)工藝減排CO2的同時，開發(fā)和引進CO2捕獲與封存等控制溫室氣體的新技術，水泥企業(yè)能為減排溫室氣體承擔更大的社會責任。

7 水泥粉體改性與多功能化水泥的發(fā)展

水泥的改性一般是通過物理法或化學法，使水泥粉體產(chǎn)生物理化學變化并使其性能發(fā)生變化，粉體技術中的“粉體表面改性”在水泥工業(yè)中得到了很好應用。現(xiàn)在隨著粉體技術的發(fā)展，采用機械力化學法和納米技術改性法的研究也越來越受到人們的重視。

7.1 水泥粉體的改性目的

（1）高強度水泥發(fā)展的需求。隨著高層、大型建筑結構的出現(xiàn)，有的工程需要混凝土加強抗拉強度，水泥不是最終產(chǎn)品，所以要通過水泥的改性達到高強度混凝土的要求。

（2）特種水泥發(fā)展的需求。如大壩水泥、白色水泥和彩色水泥、快硬水泥、油井水泥、軍工水泥等，各種特種水泥的發(fā)展，都需要對水泥進行改性處理。

（3）新型功能水泥發(fā)展的需求。如現(xiàn)在新出現(xiàn)的陶瓷水泥（硬度可與硬塑料媲美）、碳纖水泥（耐高溫、阻燃性好）、木質水泥（其制品能像木材一樣鋸切、釘割和開螺孔）、變色水泥（可預報天氣、濕度的變化）、夜光水泥（貯存白天的日光及來往車輛的燈光，夜晚時閃閃發(fā)光，構成“夜光公路”）等，都需要對水泥進行改性處理。

7.2 水泥改性的方法[6]

（1）改變原料配料，制備不同品種水泥。

（2）控制水泥細度，制備不同強度水泥。

（3）采用不同粉磨方法，改變水泥顆粒特性。

（4）添加水泥助劑。

（5）利用粉碎機械力化學效應。

7.3 多功能、高性能水泥的研究進展

近期出現(xiàn)了一批“優(yōu)秀功能水泥”或“智能水泥”，例如，防電磁爆水泥、抗震水泥、藝術水泥、透光水泥等，這些令人驚異的功能水泥，豐富了水泥品種和水泥性能。

8 新能源的開發(fā)與利用[7]

新能源一般是指在新技術基礎上加以開發(fā)利用的可再生能源，包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、潮汐能、氫能、沼氣等。目前，水泥工業(yè)發(fā)展已進入能源變革的時代，在不同的水泥工藝生產(chǎn)單元可考慮采用適用的非化石燃料新能源，從而減少CO2的排放量。另外，水泥熱工領域的廢氣余熱的利用也在向多方向發(fā)展，如可用于民用采暖、洗浴熱水和冬季游泳池用水等。

8.1 新能源的發(fā)展

（1）清潔能源，即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源，包括核能和可再生能源。清潔能源的含義包含有三點：第一，清潔能源是指能源利用的技術體系是清潔的；第二，清潔能源不但強調清潔性，同時也強調經(jīng)濟性；第三，清潔能源的清潔性要符合相關的清潔標準[7]。

（2）非化石能源，是由非煤炭、石油、天然氣等之外的其他物質，經(jīng)長時間地質變化形成的能源，是一次能源類型外的能源，包括可再生能源，如風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等，也包括核能等新能源。提高非化石能源在總能源消費中的比重，能夠有效降低溫室氣體排放量，保護生態(tài)環(huán)境。預計到2030年，我國非化石能源占一次能源消費總量的比重將達到20%左右。

8.2 氫能

氫在地球上主要是以化合態(tài)的形式存在，是宇宙中分布最廣的物質，它構成了宇宙質量的75%。氫具有燃燒熱值高的特點，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。氫燃燒的產(chǎn)物是水，氫能是世界上最干凈的能源，也是二次能源。氫的制取、儲存、運輸、應用技術的發(fā)展，或將成為本世紀備受關注的焦點。

8.3 微藻制油

微藻是一些微觀的單細胞群體，是最低等的自養(yǎng)的釋氧植物，它在生長過程中可將CO2轉化為微藻自身的生物質，從而能夠固定碳元素。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過誘導反應可使微藻自身的碳物質轉化為油脂，再經(jīng)提煉加工可生產(chǎn)出生物柴油。利用微藻吸收二氧化碳，生產(chǎn)生物柴油和生物燃氣的過程，即是微藻制油的工藝過程。在水泥生產(chǎn)過程中，可利用生產(chǎn)所排放的CO2進行微藻制油，從而達到減排CO2的目的。另外，藻類物質在吸收CO2的同時，還可吸收NOx，有的物種還可吸收SO2，因此，對水泥生產(chǎn)微藻制油降低碳排放的研究是一個重要課題。

8.4 AI新基建發(fā)電廠

全稱應為“新型基礎設施建設發(fā)電廠”，現(xiàn)已成為熱議詞匯，并被認為是中國未來經(jīng)濟增長的新引擎。AI作為信息基礎設施板塊中的新技術基礎設施，從其對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和重塑能力而言，實際上就是數(shù)字經(jīng)濟時代的新電能。數(shù)字化成為了驅動創(chuàng)新、帶動經(jīng)濟增長的新動力，而AI是推動數(shù)字化進程的重要底層技術。從電腦、互聯(lián)網(wǎng)、手機時代開始，我們就已經(jīng)進入了以數(shù)字化配置資源的新階段，我們的環(huán)境將會被數(shù)字化、自動化，AI將成為支撐這些效能升級的“新基建發(fā)電廠”。

8.5 智慧能源

智慧能源是近幾年興起的一個熱詞。智慧能源的載體是能源，2009年國際學術界提出，互聯(lián)互通的科技將改變整個人類世界的運行方式，中國專家學者也發(fā)表了“智慧能源與人類文明的進步”等文章，引起各界對智慧能源的關注。2019年底，海螺集團與清華大學等部門簽訂了智慧能源合作協(xié)議，雙方將在壓縮空氣儲能發(fā)電等能源存儲利用技術項目上深入合作。專家們指出，新能源與儲能技術對節(jié)能減排和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展有著重大意義，將會促進水泥行業(yè)新能源的發(fā)展。

9 智能化生產(chǎn)控制與管理體系的開發(fā)[8]

在“十三五”期間，我國與世界一些著名水泥公司取得了一批水泥行業(yè)IT與網(wǎng)絡自動化、智能化控制的技術成果，如史密斯公司研發(fā)的ECS，伯利休斯公司的T系統(tǒng)，洪堡公司的PRODUX系統(tǒng)，很大程度上解決了水泥行業(yè)人員勞動強度與安全、環(huán)境污染、產(chǎn)品質量和資源能源等問題。隨著信息化技術、網(wǎng)絡化技術、云端技術的出現(xiàn)，水泥工業(yè)在智能化生產(chǎn)控制與管理體系方面有了更大的進步。我國在這一領域的研究與開發(fā)也取得了一定進展，例如，金隅冀東集團的一條日產(chǎn)萬噸水泥熟料生產(chǎn)線，將會于今年投產(chǎn)，該項目突出綠色、智能兩大理念，建成后將是首條智能化萬噸生產(chǎn)示范線。下面介紹兩個典型的智能管理控制系統(tǒng)。

（1）先進尋優(yōu)智能控制APC系統(tǒng)，該技術采用先進的控制理論和控制方法，以工藝過程分析和數(shù)學模型計算為核心，以工廠控制網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡為信息載體，使水泥生產(chǎn)過程控制由原來的常規(guī)PID控制過渡到多變量模型預測控制，最終增強了水泥生產(chǎn)裝置運行的平穩(wěn)性并提高了裝置運行的經(jīng)濟效益[12]。

（2）生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)方面的MES系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實技術，實現(xiàn)三維在線交互溝通，為企業(yè)管理層提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、在線顯示趨勢以及計劃排程、生產(chǎn)調度等數(shù)據(jù)集成分解管理模塊，使生產(chǎn)管理進入智能化時代。

10 結語

（1）“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”的水泥工業(yè)發(fā)展方向，表明了傳統(tǒng)水泥工業(yè)正在向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)水泥工業(yè)轉變，意味著水泥工業(yè)正在為實現(xiàn)與資源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會的全面協(xié)調發(fā)展而努力。

（2）在我國經(jīng)濟供給側結構性改革背景下，水泥產(chǎn)品和技術將從中低端向中高端邁進，AI技術的水平將會進一步提高，高質量、高壽命、卓越性能、綠色環(huán)保的膠凝材料產(chǎn)品產(chǎn)量將會增加。我們期待著“顛覆性制造技術”出現(xiàn)。

（3）水泥工業(yè)消納廢棄物應與社會廢棄物處理產(chǎn)業(yè)相結合，這是水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種途徑，人們正在為把廢棄物變?yōu)樾履茉春托沦Y源而努力。

（4）由于現(xiàn)代粉體技術的邊緣性和滲透性，使得跨學科跨專業(yè)的技術突破成為可能。我國水泥科技工作者通過學習經(jīng)濟工程學、循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)設計等領域的現(xiàn)代科學知識，將會使綠色水泥技術得到快速進展[9]。

（5）本文提到的一些研究內容屬于應用基礎類研究項目，有些是對未知領域的探索，本身是創(chuàng)造性、探索性很強的研究活動，其實質是較高層面的科研工作，我國水泥科技工作者應該積極地進行探索和研究。

（6）隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和與世界各國的友好合作交流，作為世界水泥大國，我國水泥行業(yè)的發(fā)展環(huán)境將會有很大變化，一帶一路水泥項目將會增加。