摘要:
??? 發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會，走新型工業化道路是我國“十一五”規劃的戰略目標。建設資源節約型、環境友好型的產業，已成為我國水泥工業建立新的發展模式的核心內容之一，它意味著我們要從過度依賴資金、自然資源和環境投人、以量的擴張實現增長，轉向更多依靠發展循環經濟和技術進步、以提高產品質量和效率獲取水泥工業的經濟增長。我們要在加大力度進行產業結構調整、加快發展新型干法水泥的同時，推行清潔生產和發展循環經濟。
由于我國水泥工業存在著產業結構問題，在環境保護與可持續發展方面進展緩慢，一些技經指標與國外相比差距較大。從二十世紀九十年代中、后期開始，我國水泥工業提高了對綠色生產技術重視程度，進入二十一世紀之后我國加強開發力度，而天津水泥工業設計研究院有限公司是國內水泥工業最早從事循環經濟技術研究的單位之一。多年來天津水泥院以推行清潔生產和發展循環經濟為目的，進行了不懈的努力，在水泥工業走循環經濟道路的模式研究與技術裝備開發方面，取得了很大進展，主要體現在：
(1)新一代新型干法水泥生產技術的開發，實現大幅度節能、減少有害氣體排放；
?? (2)水泥廠的純低溫余熱發電技術開發成功，已在多家企業得到采用；
(3)回轉窯焚燒可燃廢棄物和有毒有害物、工業及生活污泥的研究已取得很大進展，其技術已在幾家水泥廠應用，北京水泥廠的焚燒有毒有害廢棄物示范工程已經完成；
(4)礦渣超細粉磨的立式輥磨機已開發成功，并得到廣泛應用；
(5)采用低品位石灰石，使用替代粘土原料和采用工業廢渣配料，無煙煤和低揮發份煤煅燒技術都已成熟，對細摻合料(如超細礦渣)與水泥強度的關系、水泥顆粒級配、顆粒形狀與水泥砂漿強度的關系作了較多的實驗室研究；
(6)對新型干法水泥廠燒成系統NOX減排研究取得很大進展，工業性應用研究已經完成，目前正在進行適應不同規模的降低NOX的系列化裝備的開發及推廣應用；
(7)水泥生產過程檢測與控制技術、水泥廠信息管理系統、高低壓供配電綜合自動化系統方面都取得了較大成績，天津水泥院在現場總線的控制技術開發方面也取得很大進展。下面就具體內容逐一介紹。
1 實用技術介紹
1.1? 推廣和發展新型干法水泥生產技術
天津水泥院自行開發三代預分解技術，達到國際先進技術水平的第三代預熱器和分解爐系統，包括了一系列高效、節能的技術裝備，如可控氣流篦式冷卻機，和回轉窯合理匹配的預熱器、分解爐，燃料適應性強和燃燒性能好的多通道燃燒器，以及大型單段破碎機、大型節能生料輥磨、輥壓機、超細選粉機、行脈沖式袋收塵器等，提高了熟料燒成系統的整體水平。為了在回轉窯上和分解爐上能適應焚燒廢棄物、低品質燃料，還開發了相應的燃燒器和分解爐、焚燒爐等。
目前天津水泥院有限公司已開發新一代水泥生產技術，并得到了應用。其主要技術特征是新型低熱耗低排放的六級預分解系統(圖2)、二檔短窯、行進式穩流新型冷卻機、高效燃燒器組成的燒成系統；大型生料立磨、立式煤磨、水泥輥式終粉磨組成的無球粉磨體系；現場總線控制技術等。采用新一代水泥生產技術的生產線比目前使用的同規模生產線節能7kg標煤/kg熟料。
1.2 推廣純低溫余熱發電技術
走進21世紀的中國，隨著GDP的快速增長，能源供應緊張的狀態日趨明顯，尤其作為能源消耗大戶的水泥工業，不僅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且還要消耗大量的二次能源——電力。近年來隨著我國水泥工業預分解技術的發展，各地新型干法水泥生產線的建設數量增加很快，如1000～10000t/d生產線相繼投產，雖然水泥熟料燒成熱耗比過去落后生產工藝降低了許多，但這些生產線仍有350℃以下低溫廢氣余熱沒有被很好利用。天津水泥院有限公司在“八·五”國家重點科技攻關項目——帶補燃鍋爐的水泥廠中、低溫余熱發電技術及裝備的研究開發成功的基礎上，隨著國內低參數、多級進汽汽輪機的開發成功，國產裝備的純低溫余熱電站也進入了成熟階段，具有更顯著的節能效果。純低溫余熱發電技術，既可大量回收低品位的余熱用以發電或熱電聯供，又可減少水泥生產對環境的廢熱及粉塵的污染，已成為國內水泥工業節能降耗的有效途徑。
目前我國投入運行的純低溫余熱發電站在10座以上，另外第三代提高型純低溫余熱電站10多座也將陸續建成投產，噸熟料發電量在35kWh以上，余熱發電量是水泥熟料生產用電量的25%-30%。
隨著純低溫余熱發電站不斷建成投產，在大幅度降低水泥生產成本的同時也為國家節約了大量能源，保護了環境，取得了良好的經濟效益和社會效益，為我國的能源梯次開發和發展循環經濟提供了新思路。采用純低溫余熱發電技術是水泥工業企業內部走循環經濟道路的可操作模式之一。
1.3 水泥窯協同處理廢物
(1)工業廢物的水泥窯焚燒處置
隨著我國工業化進程的發展，工業固體廢棄物(含有毒有害廢物)作為對環境產生嚴重危害的廢棄物，也呈現逐年增加的態勢，如何消除它們對環境的影響并利用它們做為代用燃料或代用原料是一個重要的問題。由于水泥行業處置廢棄物具有天然的優勢，自上世紀90年代開始，國際水泥行業利用廢棄物作為替代原燃料已經日益普遍，目前我國水泥窯規模化處理廢棄物的技術開發取得了一定的進展，并日趨實用。國內一些水泥企業已經有了實踐經驗，天津水泥工業設計研究院設計的北京金隅集團北京水泥廠年處理10萬噸廢棄物示范線工程已經投產。
(2)生活垃圾的處置
隨著經濟的高速發展和生活水平的提高，我國生活垃圾正在以每年8%～10%的增長率在飛速增加，據國內環保部門的調查，目前我國人均城市生活垃圾年產生量已經達到440-460kg，城市生活垃圾的清潔化處置已經成為多數城市發展的瓶頸，尋求經濟、安全的城市生活垃圾處理方式已成為當務之急。?
目前國內外水泥行業處置城市生活垃圾存在著幾種不同的技術方案，例如：
a 利用生活垃圾預處理公司提供的生活垃圾衍生替代燃料；
b 水泥廠和垃圾焚燒場或垃圾焚燒發電廠聯合，利用生活垃圾焚燒后的焚燒灰和飛灰作為水泥生產的替代原料使用；??
c 通過破碎、烘干、分選后將可燃物和無機物分別作為替代燃料和替代原料進行利用。
天津水泥工業設計研究院使用垃圾焚燒后的焚燒灰和飛灰作為水泥的替代原料，利用水泥窯進行處置，目前已經在北京水泥廠有限公司處置廢棄物示范線工程上應用。
(3)工業及生活污泥的處置
城市及工業污水在處理過程中會產生大量的污泥，這些污泥通常具有一些的氮、磷、鉀礦物和腐殖質，由于有機物含量較高，具有一定的燃燒熱值，其干基熱值相當于泥煤。當污泥的水分含量顯著降低，完全可以作為劣質燃料使用。污泥的無機礦物成分主要為粘土礦物，因此也存在著替代原料的可能性。
天津水泥工業設計研究院自2000年開始研究利用水泥窯系統處置市政污泥的技術，同前直接處置污泥技術已在北京水泥廠處置廢棄物示范線工程應用。利用水泥生產過程中的廢熱干化污泥，干污泥在作為替代燃燒在水泥窯處置的技術研究已完成，目前正在工程應用中。
1.4 工業廢渣與副產物資源化技術
(1)礦渣資源化
礦渣作為活性混合材早已在我國水泥行業得到普遍應用，應用方式是與熟料和石膏等原料配合后進行混合粉磨。如果將礦渣單獨粉磨至450m2/kg以上的細度再與高質純硅水泥進行混合，則不但可以提高礦渣在水泥中的摻量，而且可以改善水泥或混凝土的物化性能。
天津水泥工業設計研究院開發了首臺TRM3131S型國產礦渣輥磨，設計年產量30萬噸高細優質礦渣粉，整體性能達到同類設備的國際水平。
該磨機采用了新型高效籠形轉子選粉機，保證成品比表面積可以在400～600m2/kg范圍內靈活調節，可以烘干10%～20%水分并且大幅度的降低了投資和維護費用。
(2)鋼渣資源化
鋼渣是煉鋼過程中的副產物，由于鋼渣本身的性能差異很大，穩定性也較差，加之鋼渣的硬度較大，易磨性差，并且在鋼渣中還含有金屬鐵和含鐵磁性物質，因此，在鋼渣的有效利用上存在很大難度。
國內于20世紀60年代就開始用鋼渣生產水泥的研究，20世紀80年代發展速度明顯。鋼渣的前處理工作比較重要，目前天津水泥院有限公司正進一步研究開發鋼渣資源化方法。
(3)粉煤灰的資源化
隨著電力工業的快速發展，粉煤灰的排放量也逐年快速增長，目前，粉煤灰的年排放量已經達到了2.0億噸。多年來粉煤灰綜合利用一直是我國要研究解決的重要課題。
水泥工業應用粉煤灰的方法有如下兩種：
a替代水泥原料配制水泥生料
b用作水泥混合材
我國早在上世紀70年代就頒發了粉煤灰水泥標準，是我國五大水泥品種之一，標準中規定粉煤灰的摻量在20%～40%，而在實際生產中，受粉煤灰品質和粉磨工藝的影響，一般摻量在20%～25%左右。天津水泥院有限公司正在進行深入研究，采用熟料與粉煤灰分別粉磨的方法，根據兩種物料的易磨性控制物料流速而發揮更好的粉磨效果，使粉煤灰摻入量可以達到60%～70%。
由于我國粉煤灰質量普遍不如國外，所以粉煤灰活化技術的開發也是要考慮的。
(4)電石渣的資源化技術
我國電石渣年排出量超過千萬噸，并成逐年上升趨勢，累積的堆渣不僅需要占用大量土地堆放，還嚴重污染環境。電石渣可以部分替代石灰石作為生產水泥的鈣質原料，從而節約石灰石資源。一般有兩種生產工藝：
a “濕磨干燒”生產水泥熟料
b “干磨干燒”生產水泥熟料
“干磨干燒”充分利用了新型干法水泥生產的優越性，具有容積效率高，系統熱耗低的特點，但由于電石渣的特殊性質，電石渣的摻入量越大，對預熱器分解爐系統的影響越大，摻量過大時在溫度較高的旋風筒和分解爐錐部容易出現結皮堵塞現象，所以燒成系統在工藝流程和設備設計上要充分考慮，在熱工制度上需要進行有效控制，目前天津水泥院已研究了電石渣100%替代石灰的技術，正在工程化應用。
(5)煤矸石的資源化技術
煤矸石是煤炭生產、加工過程中產生的固體廢物。煤矸石的產生量約占煤炭開采量的l0%～25%，全國累計貯存的煤矸石約有40億噸以上，每年新增加的煤矸石大約有2億噸，煤矸石已經成為占用堆積場地最多的一種工業廢渣。煤矸石在水泥工業的應用方式為：
a 煤矸石用作水泥熟料的原料
b 煅燒煤矸石用作水泥混合材和混凝土的摻合料
c 用煤矸石制備無熟料水泥
以煅燒煤矸石作為水泥混合材生產火山灰水泥，已在很多水泥廠有成功的實踐。煤矸石在700～900℃左右時經過煅燒，能夠明顯增加二氧化硅和三氧化二鋁與石灰或者氫氧化鈣的反應活性。蒙西高新技術集團公司利用煅燒煤矸石作為混合材，生產高性能復合硅酸鹽水泥已有很好的業績，天津水泥院有限公司也正在進行研究與開發。
2 對水泥工業發展循環經濟的建議及具體措施
2.1 建議
(1)制定統一的利用廢棄物的法規體系
當前最需要制定的政策就是鼓勵水泥生產企業使用廢棄物和處置廢棄物，使他們有真正的經濟效益、責任感和榮譽感。另外要制定嚴格的廢棄物排放企業的職責和義務，對于非法丟棄廢棄物的企業或個人必須有嚴厲的懲罰與法律措施。從上述兩方面內容可派生制定一系列法規和政策條文。
(2)有害元素及污染物的限值標準和檢測標準。
在水泥工業處置廢棄物后，必需要有代用原燃料重金屬的限值標準，在水泥和熟料產品中也要檢測有害元素和重金屬的含量，因此制定相關的標準非常重要。
另外，由于焚燒廢棄物后，還要補充制定針對水泥工業的一些污染物排放限值標準以及測定標準。減少和消除POPS以及尋找方便有效的檢測方法，也是我們要注意的一個問題。
(3)促進水泥工業納入區域和社會循環經濟的政策
水泥工業與其他工業系統、市政保部門(如鋼鐵、電力、垃圾處理部門等)，特別是與工業廢棄物及各種有毒有害廢棄物的產生工業建立橫向共生與代謝生態鏈的研究，是搞好廢棄物處置與處理工作的重要條件，由于我國基礎條件與先進國家有很大差距，故應對我國的特殊環境問題進行研究，提出相應的獎懲政策。
2.2 措施
(1)設計工作要逐步納入生態工程設計程序
眾所周知，水泥產品及生產過程的環境特性在很大程度上決定于設計階段，而水泥工業生態設計就是要把生態環境意識貫穿或滲透到水泥產品和生產工藝的設計之中，人們逐步認識到不是通過生態設計的產品就不是工業產品。一個工廠生態設計的水平，主要由生態設計技術要素、生態設計控制內容和水泥產品的環境協調性決定的，在設計中要貫徹如下原則：
a 工藝技術方法的先進性、符合生態化要求的原燃料、生產規模與產品質量要求、生產與環保設備選型、生產過程控制及計算機網絡系統的應用等；
b 一切技術與裝備的選用，首先要考慮資源和能源的有效利用、污染物排放的有效控制、滿足無毒無害水泥產品品質的要求等；
c 對生態設計的結果進行水泥產品生命周期評價。
(2)建立水泥工業節能環保技術工程中心
為了加快廢棄物的循環利用工作，應加大力度開展相關的應用基礎研究，制定相應標準規范，對引進技術和設備進行再創新，為此要有開發和研究的必要條件。建立工程中心對研發與成果的推廣應用將會有重要作用。
3 結束語
(1)發展循環經濟建設節約型水泥工業，是我國水泥工業的發展方向，為此要加強產業結構調整和發展新型干法水泥，同時要在水泥企業推行“清潔生產”，在設計部門開展“生態工程設計”；
(2)水泥工廠的純低溫余熱發電技術，可以節約能源、減排CO2、減少環境負荷和減少環境污染，有利于循環經濟的發展，應在全行業推廣；
(3)水泥窯協同處置廢物的主要模式有：工業廢棄物(含有毒有害廢棄物)、生活垃圾和下水污泥的處理等，隨著循環經濟的發展將有更多的廢棄物進入水泥制造領域；
(4)工業廢渣與副產物資源化的主要模式有：礦渣的資源化、鋼渣的資源化、粉煤灰的資源化、煤矸石的資源化、電石渣的資源化等，建筑垃圾及某些尾礦渣的資源化也是應該重視的問題；
(5)水泥工業在區域循環經濟中起著重要作用。社會層面的循環經濟發展是社會的系統工程，在政府的引導下，將隨著我國整體經濟增長方式的轉變而發展；
(6)要倡導新的經濟法規和行為準則，要制定相應的標準和規范。
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