生態水泥綠色制成共性技術的集成與產業應用

謝 剛 唐津平 吳 偉 黃芳毅

（1.中國科技開發院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西建材科研設計院，廣西 南寧 530022）

1 前言

科技成果轉化是科技創新的重要階段和形式。我國一直以來科技成果的轉化率、產業化率不高，科技成果轉化、產業化是科技開發、科技服務等人員的長期任務。本文以廣西水泥產業為對象，針對產業的共性問題及需求，結合水泥企業原材料、技術裝備、技術力量等條件，能耗、物耗、效率等生產技術經濟水平，以及工業固體廢棄物的實際，開展了生態水泥綠色制成共性技術的集成與產業應用，取得了明顯的社會經濟效益，這是科技成果轉化與產業化的一次成功探討。

2 技術集成的背景

（1）國內外推動水泥綠色制造技術的發展為技術集成提供了借鑒

國際上生態水泥綠色制造技術開發和應用的發展主流和熱點為技術集成明確了方向。國際上把一直節能減排、消納固廢等技術的研究、開發與應用，作為水泥產業科技進步的主流發展方向。如新型干法具有水泥裝備大型化、生產工藝節能化、操作管理自動化、環保措施生態化等特點，應用范圍涉及的水泥產量已超過總產量的70%。國外先進水泥工業積極進行廢料的再利用，逐步從被動治理自身對環境污染向主動消化其他污染物的方向發展，采用一系列新技術新裝備，最終實現消納建筑固廢、生活固廢、工業固廢和低耗能、零污染生產等生態、綠色、清潔生產的目標，成為能夠與自然和諧相處的工業。

我國水泥產量及消耗量都占全球的50%以上，水泥生產企業有9000多家，平均規模6.4萬噸，前10家企業的生產集中度達到25%以上。我國傳統水泥工業的環境保護與可持續發展方面進展緩慢，一些技術經濟指標與國外相比差距較大。從20世紀90年代中后期開始，我國水泥工業提高了對綠色生產技術重視程度，進入21世紀之后更加大開發力度。水泥工業在全社會的循環經濟中正在發揮重要的作用，做出了很好的成績，一方面是積極發展新型干法水泥、余熱發電、變頻節電、粉末的新型技術（裝備、工藝、助劑等），2012年全國水泥產量約21億噸，新型干法水泥比重達到70%以上。另一方面，更主要體現在消納利用了各種工業廢棄物及城市生活垃圾等。

（2）水泥產業基本特點為技術集成及產業應用提供了基礎條件

盡管新材料層出不窮，水泥仍然是當代難以替代的經濟實用的建筑材料，一直是建材中的骨干和基礎，是三大基礎材料之一。水泥工業在整個社會經濟產值中所占的比例不大，卻是經濟社會建設中不可缺少的產業。水泥產業具有不可或缺、大投資、低單價、大規模、高耗能、高排放的產業特點，既是社會物質文明和經濟增長的支撐之一，也是資源和能源高消耗的行業，是典型高投資、低產出、高污染的產業。生產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 266.6千克標煤，水泥生產成本有一半來自能源。因此，水泥產業自身的可持續發展要求發展綠色生產技術實現節能減排。

水泥工業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；水泥生產與消納利廢同時進行，對水泥生產工藝及裝備系統的正常操作運轉、對水泥的產量和質量基本沒有不良影響，可以安全、高效、經濟地消納利用全社會相當一部分的廢棄物，無需另耗巨資去焚燒填埋廢物，并且見效快。上述特點，都是開展生態水泥綠色制成共性技術的集成與產業應用先決的基本條件。

3 廣西水泥產業的技術需求及應用環境分析

（1）廣西水泥業產業現狀

廣西水泥業是千億元建材產業的主體，在全國水泥行業中占重要地位，企業約400多家，分布在桂中、桂東、桂北、桂西、桂南五大經濟區。經過近幾年的產業結構調整，落后產能退出緩慢、行業集中度低、低等級產品仍占相當比例的現象明顯改進。廣西新型干法水泥占水泥總產量的比重為45%，新型干法水泥還有很大的發展空間。2012年廣西水泥產量達到9000多萬噸，其中新型干法水泥產量占水泥總產量的比例達到80%（約7650萬噸）左右。

廣西人均水泥消費量約為 0.4～0.6噸，遠遠低于 2005年全國人均水泥消費量0.8噸的水平；廣東市場是華南最大的水泥消費市場，每年廣西水泥大約有40%～50% 銷往廣東。鑒于周邊區域石灰石和煤炭資源缺乏，加上產業升級加快，環保要求大大提高，立窯水泥企業關停并轉速度加快等因素，廣西新型干法水泥憑借質量、成本等優勢擠占了廣東珠江三角洲地區和粵西地區市場。由于能源、電力、勞動力等費用較低，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水泥需求旺盛，加之交通運輸特別是水路運輸極為便捷。

（2）廣西產業的共性問題及需求

由于臺泥、海螺、華潤、南方等企業的進入，廣西水泥產業優化了產業的組織結構及技術結構，加上執行國家淘汰落后產能、實行行業準入制度等原因，廣西在地企業除魚峰水泥公司等較大企業外，大部分企業改造成了水泥制成企業（粉磨站）。無論是何種規模的企業，水泥制成都是其必有的工序。

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

水泥企業除了都要解決其制成工序原有耗能高的技術需求外，要能利用工業固廢低能耗、低成本、高性能（或合格）地生產水泥，要滿足所用廢渣資源的不利特性所帶來的連續配送料、水分控制、活性激發、粉磨高效甚至生產線優化設計和布局等一系列生產要求，這就需要把一些單一的技術，根據每個水泥企業的具體實際需求進行有機的制成系統技術的集成。

（3）廣西水泥產業中綠色制成技術的應用環境

廣西水泥綠色制成技術有較好的應用環境。一是廣西固體廢棄物也較多，歷年實際存量有 2億多噸。尤其工業固體廢棄物如金屬（如鋼、錳、鋁、鉻等）工業固體廢棄物（包括采礦廢石、選礦尾礦、冶煉廢渣等），以及石化、制糖、鋼鐵、火電等產業的廢棄物也比較多。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。按國際測算法，每萬噸建筑垃圾占用填埋場的土地 1畝，南寧市建筑垃圾填埋占地面積是驚人的。這也說明利用工業固廢的潛在資源十分豐富，其處理與利用的形勢也十分迫切。二是廣西水泥產業已把節約利用資源、環境保護、社會和諧的要求與企業的經營發展結合起來，以資源綜合利用為突破口，以節能降耗減排為關鍵，大力發展先進生產工藝、生產技術和深加工技術，為工業廢渣、城市生活垃圾和自然廢棄物再循環利用開辟新途徑。廣西有關管理部門組織水泥產業的科技界、企業界結合廣西水泥產業實際，瞄準這些技術需求進行了自主創新、集成創新、引進消化吸收再創新，取得了較好的成果，這是水泥綠色制成技術較好的應用環境基礎。

4 水泥綠色制成技術的集成及產業應用

（1）生態水泥綠色制成技術的集成

首先是綠色制成技術的篩選。對區內外有關生態水泥綠色制成技術集成的效能評估與診斷，要實現水泥生產高效利用工業固廢的目的，首要針對廣西工業固廢特性篩選能解決這些特性所衍生問題的系列單一技術。例如解決工業固廢水分過多的粘濕料能準確、連續、高效的配送技術，工業固廢在粉磨前水分控制的高效、低能耗烘干技術，低活性工業固廢激發利用或工業固廢高摻量利用技術，等等。其次，要圍繞綜合利用工業固廢的目的，針對水泥企業要高效、高質、低成本生產的要求，結合企業水泥制成的基本生產流程及工藝技術、裝備技術等現實水平，對篩選的系列綠色制成技術進行柔性集成，以便多模式的讓水泥企業根據自身實際進行集成性的生產應用。上述集成技術包括高效粉磨技術、近正交均化技術、偏轉揚料烘干技術、濕粘倉料配送技術、機械-化學共激發技術、集成優化設計技術、磨內霧化降溫技術、水泥磨鋼球（鍛）分級技術等。這些技術都有較大創新性、先進性、實用性、效益性，如具有發明專利的高效粉磨技術通過高效立體篩分裝置和磨內多重分選系統、重力-風選轉制與系統、磨內揚料控流和防結團功能裝置、粉磨選粉一體化技術，能明顯提高粉磨機效率、降低電耗、節省投資；機械化學共激發技術能顯著提高工業廢渣的潛在水化活性及粉磨效率，明顯提高工業渣材在水泥中的組合摻量；偏轉揚料烘干機可使烘干渣材的產量提高25%～45%，煤耗降低15%～25%。

（2）水泥綠色制成技術集成的產業應用

首先設定應用企業的條件，一是技術裝備符合國家產業管理的要求，二是生產規模達到年產60萬噸以上，三是企業的經營管理基礎較好，四是水泥產品有一定市場品牌，能涉及區內外主要市場。其次是應用企業的選擇，以廣西水泥產業的重點區域、重點或典型企業為優先，在行業專家評估的基礎上由管理部門客觀決策選擇應用企業。

在2011年、2012年共在廣西22家水泥企業應用，分布在桂林、柳州、玉林、貴港、百色、梧州、欽州、賀州等地市。在應用過程中，在發揮技術依托單位技術力量、企業自有的消化吸收能力的基礎上，并注重與企業進行跟蹤和充分溝通，組織專家利用現場診斷、技術措施指導、咨詢等多種方式，幫助企業在產業應用中有效地消化吸收技術。

5 綠色制成技術集成的產業應用效果

（1）技術經濟指標達到的效果

2011年至2013年期間，以產學研合作的方式在22家水泥企業開展生態水泥綠色制成共性技術的集成與產業應用，使廣西水泥產業提升了企業科技進步的能力，也提升了廣西水泥產業的綠色制成技術的工藝、裝備等技術水平以及生產水平。具體表現為，相關技術在產業應用中使各項技術經濟指標得到較大改善。

如磨機臺時產量在不同條件下達到44～190t/h，平均提高幅度達20%以上；綜合電耗分別在27.5～33KWh/t之間，平均降低幅度達11%以上；濕粘料配送設備運轉率分別達90%～97.6%之間，平均提高50%以上；偏轉揚料烘干機產量平均提高30%以上、煤耗平均降低20%以上；均化機出口水泥SO3的標準偏差為 0.31～0.4；各種廢渣摻量比分別為 40%～49.5%之間，比原來平均提高20%左右。

（2）社會經濟效益情況

22家企業的產業應用中，生產效率提高 11.9%，水泥生產節省熟料用量8%～30%。至2013年底，約累計節約成本1.89億元，節電1.85億千瓦時，節煤25.18萬噸標煤，利用冶煉工業廢渣 638萬噸，產品質量穩定提高；利用工業廢渣替代熟料，不但減少了廢渣堆置的污染，還減少有害氣體的排放。折算累計減排二氧化碳80.98萬噸、二氧化硫11646噸、氮氧化物7968噸。