水泥綠色功能產業是第二代新型干法技術的一種概念
硅酸鹽水泥的產生至今約有200年的歷史了,它在人類歷史的文明進程中起到了舉足輕重的作用。無論民用建筑、工業建筑或是要求特殊性能的工程建、構筑物。硅酸鹽水泥都是所選用的主要材料。因此,水泥是全球基本建設使用為普遍又為重要的材料,已經成為不可或缺的建筑物資,在今天或今后很長的個歷史時期,可能難有新的膠凝材料問世,來替代硅酸鹽水泥,故其生命力還是旺盛的。2012年水泥產量達37億噸,我國水泥產量22.3億噸,充分表明水泥是典型的建筑用原材料,也說明水泥在經濟發展中的地位和作用。多年來,經濟工作者如此評價水泥是國民經濟發展基礎的原材料,為此,水泥工作者也引以為榮。
近期,中國建筑材料聯合會提出“為加快轉變發展方式,依靠科技創新引和支撐水泥工業的發展,中國建筑材料聯合會計劃用四五年的時間,組織并凝聚全行業的智慧力量,在現有水平基礎上,完成我國水泥工業設計化、工藝改革、裝備提升,以及節能減排、主要經濟技術指標均達到先水平的第二代新型干法水泥的創新研發任務。”對第二代新型干法水泥技術與水泥綠色功能產業聯系較為密切且有代表性的表述有兩種:
A.第二代新型干法水泥技術,是指以懸浮預熱和預分解技術為重要,利用現代流體力學、燃燒動力學、熱工學、計算流體力學、粉體工學等現代科學理論和技術,采用計算機及其網絡化信息技術進行水泥工業生產的綜合技術。其主要產品為能不斷滿足經濟建設各種功能要求的膠凝物質。具有高效節能減排、“協同處置”廢棄物、充分利用余熱、高效防患未然污染、低碳技術等功能,其產業將逐步發展成新型環保產業的員。(中材集團劉志江:協同創新推進“第二代”)
B.第二代新型干法水泥生產技術,是指以懸浮預熱和預分解技術為重要,進步強化熱交換和熟料煅燒過程,大幅度提高窯爐熱效率和容積率;利用新型節能粉磨技術實現高效粉磨;同時采用網絡化信息、功能化、智能化、高效利用廢棄物和污染物防患未然等先進技術,進行水泥工業生產的現代化綜合技術。(中國建材姚燕:協同研發“第二代新型干法水泥生產技術”)
水泥工業成為綠色功能產業的形式和內涵與第二代新型干法水泥技術“高效利用廢棄物和污染物防患未然”,即“具有高效節能減排、協同處置廢棄物、充分利用余熱、高效防患未然污染、低碳技術等功能,其產業將逐步發展成新型環保產業的員”的概念是相融合的。
傳統的水泥生產工藝簡化為“兩磨燒”,采用石灰石,粘土質原料為主要原料,以化石燃料燃燒獲取熱源煅燒熟料,后熟料配以其他輔助材料磨制水泥的生產方法直沿用至今。盡管窯外分解技術、立磨、輥壓機等粉磨技術在水泥生產中有了突破性進展,降低了能源消耗,但水泥生產依然要消耗大量的原燃材料和動力,生產過程中還排出了大量含有溫室氣體、有毒有害氣體和粉塵的煙氣。新型干法水泥生產技術是當代先進的水泥技術,按照低碳經濟的概念衡量,水泥工業扔被定為高排放、高污染和高耗能的工業,又因其消耗大量資源還被稱之為資源依賴型工業。2011年我國新型干法熟料產能達到12.6億噸,實際產量為9.5億噸。其單位熟料(噸)綜合耗能為115千克標準煤,消耗石灰石為1.25噸,排放煙氣2.0×103NM3,其中二氧化碳1噸,粉塵1.21千克,由此計算出相應的消耗量和排放量:標準煤1.0925億噸;石灰石11.875億噸;煙氣1900億NM3;二氧化碳9.5億噸;粉塵0.011495億噸,(NOx、SO2略)。此數據雖然是“十五”期間較好的單位熟料指標計算結果,但它還是提示我們,水泥工業非低碳經濟的形象還有改變的必要,水泥工業走低碳經濟之路是水泥工業發展進步的必然。低能源消耗、低資源消耗、低排放、低污染的重要是節能減排技術創新,以此引導和有利于水泥工業的進步,采用新技術、新材料、新工藝、新裝備實施淘汰落后產能,具體操作采用水泥窯低溫余熱發電技術、工業廢渣綜合利用技術、礦產資源有效利用技術。化粉磨技術,其中包括立磨、輥壓機的選用,粉磨工藝流程的選用,耐磨材料與抗磨技術的選用,助磨劑的選用。化煅燒技術,其中包括燒成系統高效熱工設備的選用,隔熱保溫耐火耐磨材料的選用及水泥生產線的環保除塵、減排技術的使用等。落實上述技術以實現“低碳水泥”的生產。
近年關于水泥工業的新概念不斷推出,如人們已熟知的“生態水泥”、“綠色水泥”等,其多以清潔生產技術、綠色制造技術為特點,遵循循環經濟、節能減排的理念,因而基本上還具有環保行為為主體的特點。新世紀初,我國水泥窯協同處置工業廢棄物,有毒有害廢棄物,生產垃圾、污泥處理的技術剛剛起步,經過十年的探索研究和實踐,這項技術逐步走向成熟,協同處置的過程中,對環境、對水泥產品無害化也成為大的亮點。處置過程中,生活垃圾、城市污泥、廢棄物的異味飄散,些重金屬離子污染等,已經得到初步解決。所以,水泥窯協同處置技術成為水泥工業變身環保產業的支撐力量。直承擔節能環保減排重任的水泥行業將變身為環保產業,尤其是身處大中城市周邊的水泥企業通過技術改造,形成協同處置城市生活垃圾和城市污泥以及廢棄物的能力,成為既生產水泥又處置污染物的環保產業,實現水泥工業的綠色發展。我國城市近660個,要有相應的水泥企業利用現有的生產線,投資建設協同處置設施,對應靠近的城市污染物進行處理。條協同處置設施按1億元左右估算,其市場預期投資超過660億人民幣。海螺集團銅陵水泥協同處置示范線處置垃圾數量10萬噸/年,以此估算全國660個城市年處置量接近7000萬噸。另方面,水泥行業轉身環保產業之前,以循環經濟理念處理利用工業廢渣由來已久,到2010年末,年利用量達到4億噸,預計到2015年,如噸水泥中利用量達500公斤,水泥工業將處理利用近10億噸。
然而,現在水泥工業的主產品仍是水泥,及兼顧處置污染物。如何準確定位水泥工業?通過以上介紹水泥工業在國民經濟的地位、責任和發揮的有效作用,可知水泥工業是基礎原材料工業,綠色制造的環保產業,是帶動上、下游產業發展起到拉動作用的關聯產業。工信部頒布的《建材工業“十二五”發展規劃》的附件1(水泥工業發展規劃)講到:加快水泥工業向綠色功能產業轉變,這提法引起業內關注。因為在國民經濟發展中的重要戰略轉變攻堅時期,加快水泥工業轉變發展方式,有利于水泥工業轉型開放的關鍵時期,定位水泥工業為綠色功能產業,充分體現對水泥工業定位的科學性和今后水泥工業發展的方向。
究竟如何認識理解水泥工業定位于綠色功能產業而實施第二代新型干法水泥技術呢?具有什么內涵,符合什么要求才是綠色功能產業呢?水泥工業本身涵蓋礦業、窯業和粉碎業的內容,已經十分豐富了。但這樣的說法僅僅將水泥工業限定在制造業上,進步講,其產業鏈的延伸、擴展也就是將制造業升級為加工制造品業。水泥工業大量利用廢渣生產水泥,使其走上循環經濟的道路,余熱發電供熱使其涉足于初級中低壓狀態的電力行業,協同處置污染物被贊譽為環保產業。而功能產業是指此產業對社會、對國民經濟發展要發揮出有效作用。水泥工業轉向功能產業,表明水泥工業發揮出的有效作用更有益社會的文明和進步。功能產業冠以綠色二字為綠色功能產業,對水泥工業的發展提出更新更高的要求了。那么,對水泥綠色功能產業有什么要求呢?
先水泥工業產品數量須保證工業化,城鎮化、農村建設和水利、道路、交通等基礎設施建設的需求。這種產量規模是合理產能下產出的。產能過剩是資源浪費的表現,它既不是行政規劃的穩健指導型數量,也不是市場需求的經濟平衡型數量。
其次,水泥質量、品種及功能要達到形成的水泥基材料及制成品,以致終工程的性能要求。生產高性能水泥配制的混凝土強度、變形、耐久性、抗凍性、抗滲耐蝕性等指標要符合要求,使其綜合性能得到提高。水泥品種中硅酸鹽系列的特種水泥和其他系列水泥要擴大應用范圍。根本問題是以質量效益替代規模效益,轉變水泥工業發展方式。
第三,建立水泥所用原燃料、材料的新觀念,降低質石灰石、質煙煤的用量。盡量有效利用礦山表層土、夾層、裂縫土,搭配使用高硅、高鎂石灰石,利用工業廢渣作原料,做混合材料和做調凝劑。使用細磨或超細磨、礦渣粉、粉煤灰、天然沸石等替代部分水泥。水泥熟料煅燒用化石燃料選擇低劣質煤、低揮發煤,選用替代燃料做二次熱源,充分挖掘石煤、煤矸石、高碳粉煤灰及協同處置垃圾污泥的熱量作為補充熱源。做到生態化生產水泥。
第四,采用水泥生產新技術、新工藝、新裝備,以技術進步作為杠桿淘汰落后產能。水泥熟料煅燒采用窯外分解工藝技術,在整個燒成系統中的新技術裝備包括:六級或五級高效熱回收型預熱器,生料、燃料快速均勻分散混合,燃料無焰燃燒與生料進行熱交換,生料瞬間基本完成分解反應,高速排出化學反應氣體的分解爐;二支承長徑比約1:(10-12)的短窯;高性能大推力燃燒器,適合燃燒替代燃料的燃燒器;步進式無漏料,推動十字棒式無漏料冷卻機,研究探索富氧煅燒技術,沸騰窯生產熟料,平行氣流交叉物流高固比預熱分解窯外技術,新型干法電石渣煅燒水泥熟料技術。推廣應用廢棄物替代原燃材料煅燒熟料技術;利用石煤、氣煤、褐煤燃燒及助燃節煤劑技術。推行余熱發電等余熱回收技術。降低CO2、NOx、SO2排放量,降低煙氣總量。粉碎技術包括:移動式破碎機、烘干破碎機、滾齒篩分破碎機在水泥原料礦山的應用;輥式破碎機在冷卻機上替代錘破技術。大型立磨、輥壓機生料粉磨技術;立磨終粉磨水泥技術;預粉磨與其他粉磨設備及流程化技術;筒輥磨、倍它磨技術;水泥各組分材料分別粉磨后混合均化生產水泥技術;超細粉煤灰、礦渣用立磨或球磨粉磨技術;新型雙邊緣傳動立式生料輥磨,單傳動輥壓機等新型設備的應用技術。
烘干技術:電石渣烘干、脫硫石膏烘干、濕排粉煤灰烘干等難以處理濕物料的烘干技術。
燒成系統熟料煅燒技術、礦山石灰石、生料、水泥、破碎粉磨技術,物料烘干技術的節能減排效果明顯,其他節能減排技術如配料設計的原材料利用、配料結果易燒易磨,無害無害技術,水泥工藝外加劑,耐磨、耐火材料等高效防塵技術等,綠色制造技術,做到節能減排低碳淘汰落后產能。
第五,協同處置城市生活垃圾,污泥等工業廢棄物,有毒有害廢棄物。社會效益方面表現為解決日益嚴重的城市環境污染,即空氣、水體、土壤污染,解決占用土地的詬病,取代造成二次污染焚燒垃圾的處理方式以及其他破壞環境質量的落后方法,發揮水泥窯外協同處置的勢,凸顯水泥工業處置污染物的社會功能。環境效益突出表現為排放氣體及其含有的顆粒無害無害,水泥產品不被放射性物質污染,質量符合標準和質量管理規程的要求,投放市場可靠可靠。生產處置過程無外溢、無泄漏、無滲透,工作環境清潔亮麗。如海螺銅陵的生產線,是令人滿意的處置環境。企業效益定位在從處置物中獲得部分原材料和替代燃料,變城市污泥、生活垃圾廢棄物為原料、燃料資源。企業效益還理應得到社會、中國給予的合理處置費用。其中包括協同處置設施的中國無償投資,這是加快協同處置力度的關鍵環。社會、環境、企業效益共進并舉,彰顯水泥工業綠色功能產業的科學定位。
第六,水泥礦山所轄礦區土地復林復墾,治理因開采形成的裸露巖石,恢復植被,綠化美化環境。礦山生態,地質環境恢復治理,成為礦山開采規劃的組成部分,借鑒環境治理的做法,在礦山的應用就是有開采就要有恢復生態、地質環境的計劃和實施計劃的措施,不能等到“閉坑”才做。礦山開采爆破瞬間產生的氣體的污染,爆破產生的震動對地下水系可是能產生的負作用引起重視。所謂功能指事物或方法所發揮的有效作用,因此,那些發生的不利作用都是綠色功能產業不能容納的。
第七,延伸產業鏈、拓展水泥材料域制品的數量和質量,提高水泥工業的綠色功能作用,同時實現水泥工業自礦山至伸延產品的增值,增強產業發展的內生動力,形成具有重要競爭力的綠色功能產業。
延長產業鏈,水泥工業向砂石材料產業,混凝土建筑及制品產業進軍。目前,國內砂石用量約90億噸,人工砂石用量日益增多。水泥石灰石礦山生產砂石具有先天勢和有利條件。混凝土由砂石骨料、水泥、水和礦物及化學外加劑組成。以C30級混凝土為例,每立米混凝土用水泥270、砂1128,粉磨灰60,礦粉48,水175,外加劑7.6千克(實際配合比)。總量2380.6kg/m3,水泥企業如生產石料、水泥、細礦渣粉等數量達到1446kg,占總量的60%,可以實現礦山石料第價值段,水泥熟料第二價值段,水泥第三價值段,混凝土第四價值段的價值提升。水泥制品、干混砂漿,防水材料,水泥基材的板材,砌塊等制品離不開水泥,自然這些制成品都應是水泥工業產業鏈環,延伸產業鏈,拓展水泥基材料制品形成的綠色功能產業,較之單的水泥工業的影響力系數會更大。拉動系數表示拉動其他產業發展的項統計指標。水泥制造業生產1億元產品,拉動3億元的其他產業需求,這是前幾年的統計數字。目前,高速公路、高速鐵路、房地產、水利設施等基礎設施建設,水泥功能產業的拉動作用有增無減,體現社會貢獻率的拉動系數百尺竿頭更進步。
水泥工業成為綠色功能產業的內容豐富多彩、內涵深邃厚重,它是第二代新型干法技術的種概念,這是綠色功能產業與水泥工業技術概念高度統,更是開創水泥工業個新階段的起點。