打造水泥及环保产业纵向一体化科技创新链——北京建材总院科技创新链发展纪实

北京建筑材料科学研究总院有限公司（以下简称“北京建材总院”或“总院”）成立于1959年，隶属于北京金隅集团有限公司，作为金隅集团“1＋N＋X”科技创新综合体中的“1”，下设水泥绿色发展研究院、绿色建筑技术研究院、低碳混凝土研究院、智能制造研究院、新材料研究院5个专业研究院，着力打造了水泥及环保产业科技创新链、混凝土及新材料产业科技创新链、绿色建材及绿色建筑协同科技创新链。本刊将分板块介绍北京建材总院围绕绿色低碳转型、固废资源化利用、节能建材方面的突出成果，以分享科技创新经验，共谋行业绿色低碳安全高质量发展。

水泥及环保产业科技创新链

作为金隅集团“1＋N＋X”科技创新综合体中的“1”，北京建材总院始终将绿色低碳安全高质量发展作为主线，将传统认知上“两高”的水泥工业与环保产业一体化发展。不断加大科技创新投入，深度发掘产业优势，形成了以水泥绿色发展研究院、智能制造研究院、河北省建筑材料工业设计研究院为核心的研发创新机构，围绕水泥工艺节能改造、原燃料替代、氮氧化物超低排放、水泥窑协同处置废弃物、智慧矿山、“双碳”行动五大核心业务，打造“研发＋设计＋工程服务”的纵向一体化科技创新链。在为金隅集团水泥企业做好技术服务和工程服务的基础上，深入水泥行业，助推绿色发展，并在工艺优化、装备研发、工程设计与工程服务等方面达到国内领先水平。

用科技创新打造“零碳排放”工厂

2022年11月7日，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、生态环境部、住房和城乡建设部等四部门联合发布《建材行业碳达峰实施方案》。实施方案指出，“十四五”期间，建材产业结构调整取得明显进展，行业节能低碳技术持续推广，水泥熟料单位产品综合能耗水平降低3%以上，并明确要加快突破窑炉碳捕集、利用与封存技术，加强产业链协同合作。

长久以来，金隅集团始终秉承着绿色低碳安全高质量发展的理念，围绕水泥工业的转型升级形成了科学有效的绿色发展模式，也在不遗余力地投入资金与技术力量，探索水泥行业节能减排的有效路径。作为该系统中的“中心智囊团”，北京建材总院围绕节能减排开展了一系列行业创新研发工作，将“水泥”同“环保”紧密相连，形成一条整体的、纵向的创新产业链。

在水泥窑协同处置飞灰过程中，对于水洗废液的处理，需要投加碳酸钠和盐酸分别去除水洗液硬度和降低水洗液pH值，以满足后续机械式蒸汽再压缩（MVR）蒸发脱盐进水要求，化学药剂消耗量大，成本降控需求迫切。基于以上现状，北京建材总院开发了“水泥窑炉烟气CO₂捕集及在协同处置飞灰中利用技术”，将水泥窑协同处置与碳捕集技术充分结合，进一步延伸了CCUS技术产业赛道。通过利用变压吸附将水泥窑炉烟气CO₂体积分数由8%左右提纯至40%～60%，浓缩后的CO₂用于协同处置飞灰水洗废液的水质调节，在较优的气液反应条件下，实现了部分替代碳酸钠去除水洗液硬度、全部替代盐酸降低水洗液pH值，同时水洗废液中重金属含量也显著降低。该项目集成创新开发了首台套水泥窑烟气碳捕集与其应用于协同处置飞灰成套技术装备，实现了水泥窑烟气CO₂工业化捕集与应用，对我国水泥行业碳减排具有示范作用，对促进我国碳减排技术进步具有重要意义。目前，该项目成果已在北京金隅琉水环保科技有限公司2000t/d水泥熟料生产线及协同处置飞灰水洗生产线一期（3万吨/年）和二期（4万吨/年）应用。经第三方评估核查，年捕集利用CO₂1500吨，年替代盐酸和碳酸钠约2100吨，吨飞灰处置成本下降50元。项目成果于2021年获中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科学技术奖二等奖（技术进步类）。

近年来，CCUS成了应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视，特别是在工业领域，成为众多行业、企业节能减碳工作的主要尝试。但其技术复杂，成本较高，产业难度大，需要相当大的技术、资金支持才能得以发展。

北京建材总院围绕碳捕集、利用与封存技术（CCUS）展开研发与产业化探索。北京建材总院、大连理工大学、大连市化工设计院、北京金隅北水环保科技有限公司通过产学研用合作，联合开展了“10万吨/年水泥窑烟气二氧化碳捕集储存利用”项目。该项目针对水泥窑烟气成分复杂、CO₂浓度低，对水泥窑烟气进行CO₂捕集除杂难、能耗高、成本高、投资大等问题进行深入研究分析，通过研究优选脱硫保碳预处理除杂技术、低再生能耗化学吸收剂应用，研究碳捕集吸收解吸工段、双解吸塔、MVR闪蒸等节能工艺，研究贫富液高效换热装备等，形成了适用于水泥窑复杂烟气低浓度CO₂捕集的低能耗、低成本、高纯度碳捕集集成技术。该技术正在北水公司落地实施。

以技术进步守护绿水青山

金隅冀东水泥是北方地区最大的水泥制造商，“政府好帮手，城市净化器”的企业使命也成了金隅冀东水泥的“金字招牌”。作为技术支撑的北京建材总院，也在背后对这份光荣与使命源源不断地输出着科技和创新的能量。

水泥窑协同处置技术一直以来是金隅集团的特色项目，技术水平长期在行业内处于领跑地位。2010年，北京建材总院被科技部批准建设“固废资源化利用与节能建材国家重点实验室”。作为国内唯一一家以固废资源化利用为研究方向的国家重点实验室，它先后承担了多项国家及省部级重大项目和工程，已形成生活垃圾焚烧飞灰、工业危废、生活垃圾、污泥、建筑垃圾、污染土处置六大类成套关键技术和大宗工业固废制备绿色建材系列技术，成果推广和辐射到全国23个省市，为我国固废资源化与节能建材领域的重大科技进步起到源头支撑作用。

除了要解决固体废弃物，气体废弃物的排放也是多年困扰水泥工业发展的症结所在。要守护“绿水青山”，超低排放技术的研发攻关必不可缺。

近年来，北京建材总院开展了多项围绕水泥窑SCR脱硝技术方面的研究攻关——“水泥窑NO_x超低排放SCR技术产业化应用及SCR催化剂在线评价与优化研究”项目中，研究团队围绕水泥行业NO_x超低排放的环保需求，开展水泥窑NO_x超低排放技术研究，研究水泥窑特定烟气对SCR脱硝效率的影响，开展催化剂效率衰减规律研究，预测催化剂使用寿命，开发新型清灰工艺，并优化与分级燃烧和精准SNCR脱硝技术的匹配等，建设落地多项水泥窑SCR脱硝示范工程。近期，“水泥窑SCR清灰控制”和“脱硝控制系统”连获两项由国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书，相关研发团队在国内外的先进脱硝技术的基础上，开发了自有的SCR清灰控制系统，清灰逻辑具有高效、节能、故障少等特点，可以最大程度避免催化剂的堵塞，同时开发了SNCR＋SCR耦合脱硝控制系统，增强两项脱硝技术的适配性，实现了最大程度减少氨水用量、避免氨逃逸超标。

承建灵寿冀东水泥SCR超低排放项目

今年5月，由北京建材总院承建的灵寿冀东水泥SCR超低排放项目，采用高温高尘SCR脱硝工艺，达到在生料磨开磨或停车状态下窑尾烟气NO_x稳定控制≤35mg/Nm3，氨逃逸≤5mg/Nm3。各项先进的环保指标，为企业绿色转型发展提供了坚实保障，并顺利通过72小时试运行考核。截至5月11日，系统已连续稳定运行168小时以上，各项性能指标均达到了国内水泥窑超低排放的先进水平。

不仅如此，总院还对集团水泥企业已运行SCR项目情况进行诊断测试。通过分析测试数据，对比脱硝效率、氨水耗量、SCR系统阻力、氨逃逸等关键运行参数，评估各厂线SCR系统运行情况，并与企业负责人进行沟通交流，提出问题所在，并给出解决方案，为金隅集团水泥企业下一步SCR项目建设及优化提供技术支持，助力水泥企业绿色可持续发展。

承建河北金隅鼎鑫三分公司2#窑SCR脱硝系统

多措共举 打造“宜业尚品”

6月6日，在北京三里河路11号“建材大院”里，在众多的建材行业企业家、专家学者的共同注视下，金隅集团与其他59家行业重点企业共同参与、发起了“建材行业绿色低碳发展一致行动”。这也表明，绿色、低碳成为行业发展主线。北京建材总院作为金隅集团的重要科研单位，不仅承载着集团内部的转型升级绿色低碳发展任务，更是要担起实现建材行业“宜业尚品、造福人类”发展目标之重任。

未来，北京建材总院水泥及环保产业纵向一体化科技创新链将以工艺节能、超低排放、水泥窑协同处置、绿色矿山、“双碳”技术五大核心业务为重点，为集团水泥企业做好技术和工程服务工作，充分发挥水泥窑协同处置技术优势，加大对集团产业的支撑力度，持续深入攻克“双碳”技术，形成具有金隅特色的可复制推广的成套转化技术，针对水泥厂智能化升级集成中的痛点开发关键软件，着力补齐工艺节能薄弱环节短板，用更多的创新、更先进的科技服务行业绿色低碳安全高质量发展。