生态水泥绿色制成共性技术的集成与产业应用

谢 刚 唐津平 吴 伟 黄芳毅

（1.中国科技开发院广西分院，广西 南宁 530022；2.广西建材科研设计院，广西 南宁 530022）

1 前言

科技成果转化是科技创新的重要阶段和形式。我国一直以来科技成果的转化率、产业化率不高，科技成果转化、产业化是科技开发、科技服务等人员的长期任务。本文以广西水泥产业为对象，针对产业的共性问题及需求，结合水泥企业原材料、技术装备、技术力量等条件，能耗、物耗、效率等生产技术经济水平，以及工业固体废弃物的实际，开展了生态水泥绿色制成共性技术的集成与产业应用，取得了明显的社会经济效益，这是科技成果转化与产业化的一次成功探讨。

2 技术集成的背景

（1）国内外推动水泥绿色制造技术的发展为技术集成提供了借鉴

国际上生态水泥绿色制造技术开发和应用的发展主流和热点为技术集成明确了方向。国际上把一直节能减排、消纳固废等技术的研究、开发与应用，作为水泥产业科技进步的主流发展方向。如新型干法具有水泥装备大型化、生产工艺节能化、操作管理自动化、环保措施生态化等特点，应用范围涉及的水泥产量已超过总产量的70%。国外先进水泥工业积极进行废料的再利用，逐步从被动治理自身对环境污染向主动消化其他污染物的方向发展，采用一系列新技术新装备，最终实现消纳建筑固废、生活固废、工业固废和低耗能、零污染生产等生态、绿色、清洁生产的目标，成为能够与自然和谐相处的工业。

我国水泥产量及消耗量都占全球的50%以上，水泥生产企业有9000多家，平均规模6.4万吨，前10家企业的生产集中度达到25%以上。我国传统水泥工业的环境保护与可持续发展方面进展缓慢，一些技术经济指标与国外相比差距较大。从20世纪90年代中后期开始，我国水泥工业提高了对绿色生产技术重视程度，进入21世纪之后更加大开发力度。水泥工业在全社会的循环经济中正在发挥重要的作用，做出了很好的成绩，一方面是积极发展新型干法水泥、余热发电、变频节电、粉末的新型技术（装备、工艺、助剂等），2012年全国水泥产量约21亿吨，新型干法水泥比重达到70%以上。另一方面，更主要体现在消纳利用了各种工业废弃物及城市生活垃圾等。

（2）水泥产业基本特点为技术集成及产业应用提供了基础条件

尽管新材料层出不穷，水泥仍然是当代难以替代的经济实用的建筑材料，一直是建材中的骨干和基础，是三大基础材料之一。水泥工业在整个社会经济产值中所占的比例不大，却是经济社会建设中不可缺少的产业。水泥产业具有不可或缺、大投资、低单价、大规模、高耗能、高排放的产业特点，既是社会物质文明和经济增长的支撑之一，也是资源和能源高消耗的行业，是典型高投资、低产出、高污染的产业。生产1吨水泥熟料大约要排放700～900多千克二氧化碳，综合能耗约 266.6千克标煤，水泥生产成本有一半来自能源。因此，水泥产业自身的可持续发展要求发展绿色生产技术实现节能减排。

水泥工业可以彻底干净地消纳固体废弃物的品种多，适用范围广，消纳量大；水泥生产与消纳利废同时进行，对水泥生产工艺及装备系统的正常操作运转、对水泥的产量和质量基本没有不良影响，可以安全、高效、经济地消纳利用全社会相当一部分的废弃物，无需另耗巨资去焚烧填埋废物，并且见效快。上述特点，都是开展生态水泥绿色制成共性技术的集成与产业应用先决的基本条件。

3 广西水泥产业的技术需求及应用环境分析

（1）广西水泥业产业现状

广西水泥业是千亿元建材产业的主体，在全国水泥行业中占重要地位，企业约400多家，分布在桂中、桂东、桂北、桂西、桂南五大经济区。经过近几年的产业结构调整，落后产能退出缓慢、行业集中度低、低等级产品仍占相当比例的现象明显改进。广西新型干法水泥占水泥总产量的比重为45%，新型干法水泥还有很大的发展空间。2012年广西水泥产量达到9000多万吨，其中新型干法水泥产量占水泥总产量的比例达到80%（约7650万吨）左右。

广西人均水泥消费量约为 0.4～0.6吨，远远低于 2005年全国人均水泥消费量0.8吨的水平；广东市场是华南最大的水泥消费市场，每年广西水泥大约有40%～50% 销往广东。鉴于周边区域石灰石和煤炭资源缺乏，加上产业升级加快，环保要求大大提高，立窑水泥企业关停并转速度加快等因素，广西新型干法水泥凭借质量、成本等优势挤占了广东珠江三角洲地区和粤西地区市场。由于能源、电力、劳动力等费用较低，加上有丰富的石灰石资源，周边尤其珠江三角洲和港澳地区水泥需求旺盛，加之交通运输特别是水路运输极为便捷。

（2）广西产业的共性问题及需求

由于台泥、海螺、华润、南方等企业的进入，广西水泥产业优化了产业的组织结构及技术结构，加上执行国家淘汰落后产能、实行行业准入制度等原因，广西在地企业除鱼峰水泥公司等较大企业外，大部分企业改造成了水泥制成企业（粉磨站）。无论是何种规模的企业，水泥制成都是其必有的工序。

广西较大部分水泥企业在烧成尤其是制成工序都在不同程度存在耗煤、耗电高的共性问题，加之工业固体废弃物利用率低，尤其广西较多大宗的冶金废渣没有很好地利用，对水泥企业来说是一种潜在资源的浪费，这些废渣堆置和填埋对社会来说造成环境的污染和土地的浪费。而这些废渣在制成工序利用较为简便、低成本，当然由于废渣的特性（水分、活性、易磨性）也一样要求解决其制成中的煤耗、电耗高的共性问题。

水泥企业除了都要解决其制成工序原有耗能高的技术需求外，要能利用工业固废低能耗、低成本、高性能（或合格）地生产水泥，要满足所用废渣资源的不利特性所带来的连续配送料、水分控制、活性激发、粉磨高效甚至生产线优化设计和布局等一系列生产要求，这就需要把一些单一的技术，根据每个水泥企业的具体实际需求进行有机的制成系统技术的集成。

（3）广西水泥产业中绿色制成技术的应用环境

广西水泥绿色制成技术有较好的应用环境。一是广西固体废弃物也较多，历年实际存量有 2亿多吨。尤其工业固体废弃物如金属（如钢、锰、铝、铬等）工业固体废弃物（包括采矿废石、选矿尾矿、冶炼废渣等），以及石化、制糖、钢铁、火电等产业的废弃物也比较多。仅南宁市2008年建筑垃圾排放量就为993万吨，比上年增加了114%，单位面积排放量为0.44kg/m2，人均排放建筑垃圾量为3.98t/人。按国际测算法，每万吨建筑垃圾占用填埋场的土地 1亩，南宁市建筑垃圾填埋占地面积是惊人的。这也说明利用工业固废的潜在资源十分丰富，其处理与利用的形势也十分迫切。二是广西水泥产业已把节约利用资源、环境保护、社会和谐的要求与企业的经营发展结合起来，以资源综合利用为突破口，以节能降耗减排为关键，大力发展先进生产工艺、生产技术和深加工技术，为工业废渣、城市生活垃圾和自然废弃物再循环利用开辟新途径。广西有关管理部门组织水泥产业的科技界、企业界结合广西水泥产业实际，瞄准这些技术需求进行了自主创新、集成创新、引进消化吸收再创新，取得了较好的成果，这是水泥绿色制成技术较好的应用环境基础。

4 水泥绿色制成技术的集成及产业应用

（1）生态水泥绿色制成技术的集成

首先是绿色制成技术的筛选。对区内外有关生态水泥绿色制成技术集成的效能评估与诊断，要实现水泥生产高效利用工业固废的目的，首要针对广西工业固废特性筛选能解决这些特性所衍生问题的系列单一技术。例如解决工业固废水分过多的粘湿料能准确、连续、高效的配送技术，工业固废在粉磨前水分控制的高效、低能耗烘干技术，低活性工业固废激发利用或工业固废高掺量利用技术，等等。其次，要围绕综合利用工业固废的目的，针对水泥企业要高效、高质、低成本生产的要求，结合企业水泥制成的基本生产流程及工艺技术、装备技术等现实水平，对筛选的系列绿色制成技术进行柔性集成，以便多模式的让水泥企业根据自身实际进行集成性的生产应用。上述集成技术包括高效粉磨技术、近正交均化技术、偏转扬料烘干技术、湿粘仓料配送技术、机械-化学共激发技术、集成优化设计技术、磨内雾化降温技术、水泥磨钢球（锻）分级技术等。这些技术都有较大创新性、先进性、实用性、效益性，如具有发明专利的高效粉磨技术通过高效立体筛分装置和磨内多重分选系统、重力-风选转制与系统、磨内扬料控流和防结团功能装置、粉磨选粉一体化技术，能明显提高粉磨机效率、降低电耗、节省投资；机械化学共激发技术能显著提高工业废渣的潜在水化活性及粉磨效率，明显提高工业渣材在水泥中的组合掺量；偏转扬料烘干机可使烘干渣材的产量提高25%～45%，煤耗降低15%～25%。

（2）水泥绿色制成技术集成的产业应用

首先设定应用企业的条件，一是技术装备符合国家产业管理的要求，二是生产规模达到年产60万吨以上，三是企业的经营管理基础较好，四是水泥产品有一定市场品牌，能涉及区内外主要市场。其次是应用企业的选择，以广西水泥产业的重点区域、重点或典型企业为优先，在行业专家评估的基础上由管理部门客观决策选择应用企业。

在2011年、2012年共在广西22家水泥企业应用，分布在桂林、柳州、玉林、贵港、百色、梧州、钦州、贺州等地市。在应用过程中，在发挥技术依托单位技术力量、企业自有的消化吸收能力的基础上，并注重与企业进行跟踪和充分沟通，组织专家利用现场诊断、技术措施指导、咨询等多种方式，帮助企业在产业应用中有效地消化吸收技术。

5 绿色制成技术集成的产业应用效果

（1）技术经济指标达到的效果

2011年至2013年期间，以产学研合作的方式在22家水泥企业开展生态水泥绿色制成共性技术的集成与产业应用，使广西水泥产业提升了企业科技进步的能力，也提升了广西水泥产业的绿色制成技术的工艺、装备等技术水平以及生产水平。具体表现为，相关技术在产业应用中使各项技术经济指标得到较大改善。

如磨机台时产量在不同条件下达到44～190t/h，平均提高幅度达20%以上；综合电耗分别在27.5～33KWh/t之间，平均降低幅度达11%以上；湿粘料配送设备运转率分别达90%～97.6%之间，平均提高50%以上；偏转扬料烘干机产量平均提高30%以上、煤耗平均降低20%以上；均化机出口水泥SO3的标准偏差为 0.31～0.4；各种废渣掺量比分别为 40%～49.5%之间，比原来平均提高20%左右。

（2）社会经济效益情况

22家企业的产业应用中，生产效率提高 11.9%，水泥生产节省熟料用量8%～30%。至2013年底，约累计节约成本1.89亿元，节电1.85亿千瓦时，节煤25.18万吨标煤，利用冶炼工业废渣 638万吨，产品质量稳定提高；利用工业废渣替代熟料，不但减少了废渣堆置的污染，还减少有害气体的排放。折算累计减排二氧化碳80.98万吨、二氧化硫11646吨、氮氧化物7968吨。