我国水泥工业节能减排的技术支撑与评价

　　前言
　　水泥工业是资源、能源依赖型产业，是我国资源，能源消耗较大的产业之一，由于我国水泥工业是在长期短缺经济条件下发展起来的，中小企业占居企业数量的主体，所以从整体看资源利用率低、能源消耗高、环境负荷重的局面仍未得到根本改变。近年来，随着水泥产品产能的快速增长，水泥工业的能源消耗、烟（粉）尘排放总量也在相应增加，为此国家发改委等八部委提出了水泥工业结构调整目标，要求到2010年新型干法水泥比重提高到70%，累计淘汰落后生产能力2.5亿吨；日产4000吨以上大型新型干法水泥生产线，技术经济指标达到吨水泥综合电耗小于95千瓦时，熟料热耗小于740千卡/千克。因此，我们一定要看到我国水泥工业节能减排工作的长期性和艰巨性。建立资源节约型、环境友好型水泥产业结构与生产方式是水泥工业的重要任务，为了更好地实现这一目标，本文探讨了我国水泥工业节能减排的技术支撑与评价问题，包括了技术支撑范围、支撑技术内容，以及评价节能减排效果的方法与指标等。   

　　1 水泥工业节能减排的技术支撑
　　1.1 技术支撑范围与技术支撑构架
　　我国水泥工业走循环经济发展道路是实现节能减排的正确方向，水泥工业走循环经济发展道路的目的是：合理而有限的利用自然资源和能源（即节约使用自然资源和能源）；使用先进的、高效的、节能的、机械化和自动化生产技术和装备；生产全过程控制对环境的污染，减少有毒有害废弃物的排放；生产中可以循环使用余热和废水且能较多利用工业废弃物和其它废物（如生活垃圾）；生产符合工业标准的、使用寿命长且无毒无害的水泥产品。水泥工业节能减排的技术支撑范围，技术支撑体系可用于我国所有水泥生产企业和水泥工程的项目设计。技术支撑的原则、内容、方法、方式和评价方法以及与此有关的法律法规等组成了技术保障体系。             

　　1.2  支撑技术的主要内容
　　1.2.1 新型干法水泥生产技术
　　所谓新型干法水泥技术，是指以悬浮预热和预分解技术为核心，利用现代流体力学、燃烧动力学、热工学、计算流体力学、粉体工学等现代科学理论和技术，并采用计算机及其网络化信息技术进行水泥工业生产的综合技术。

　　新型干法水泥技术的内容有：原料矿山计算机控制开采、原料预均化、生料均化、新型节能粉磨、高效预热器和分解炉、新型篦式冷却机、高耐热耐磨及隔热材料、计算机与网络化信息技术等，因此，使用该技术进行水泥生产的优点是高效、优质、节能、节约资源、符合环保和可持续发展的要求。

　　其特点是：生产大型化、完全自动化、符合清洁生产的要求、能实现废弃物再利用、减少环境负荷、是采用生态技术的切入点，以下分项简述。              

　　（1）烧成技术与设备：主要包括内容有高效预热器及分解炉系统、二档短窑、高效节能篦冷机（第三代和第四代）、新型高效燃烧器（降低热耗及减少NO_x的排放）

　　（2）节能粉磨系统与设备：主要包括内容有料床粉磨技术（水泥综合电耗从以前的100～110kWh/t降低到80～90kWh/t）；

　　（3）高效固气分离装置：主要包括内容有用于末端治理新型高效袋收尘器与电收尘器，保证系统粉尘排放接近到零，如采用褶式滤筒的袋收尘器，滤料为新型的膨胀微孔聚四氟乙烯薄膜等，特别适用于粘性粉尘和微细粉尘的收尘；

　　（4）网络和信息化技术：主要包括内容有采用现场总线或其他操作控制系统、生料质量控制、生产管理信息系统等；

　　(5）系统优化集成技术：主要包括内容有系统集成技术的关键点是原料均化、预分解窑煅烧和节能粉磨工艺的优化组合，水泥生产技术的先进水平最终反映在能耗低、产量高、质量好、生产可靠、劳动生产率高、投资低等方面。

　　1.2.2 水泥生态化技术
　　入到自然生态系统的物质循环过程中。水泥生态化生产的基本原则是：采用可提高环境效率的水泥生产工艺和技术，生产环境协调性产品，使水泥产品的综合价值指标最大。

　　为了提高环境效率，我们必需减少石灰石使用量，保护和节约石灰石资源，同时减少了因CaCO₃的分解而带给环境负荷——温室气体CO₂的排出量；另外采用集约度低的原料和燃料，如使用低品位石灰石、使用代用粘土、回转窑使用无烟煤和低挥发份煤等也都是提高环境效率的方法。水泥生态化生产的宗旨是按照生态规律组织生产、消费和处理废弃物，使经济系统和谐地概括起来说水泥生态化生产技术有如下几点：

　　（1）余热利用技术与设备：主要指纯低温余热发电技术（解决企业自身用电25～30%）、其它余热利用措施（如余热采暖和热力拖动等）；

　　（2）水泥窑协同处置废物主要包括内容有：
　　a.处置工业废弃物（燃烧的效率≥99.99%，有害物质的焚毁去除率≥99.99%，焚烧残渣的热灼减率在5%以下，焚烧系统出口烟气的氧气含量在6%～10%）；

　　 b.生活垃圾的水泥窑焚烧处置(关键问题是在可燃物分拣时剔除塑料尤其是聚氯化合物塑料，以降低生活垃圾中的氯含量，严格控制烟气的排放没有重金属和有害元素逸出)；

　　c.污泥的水泥窑焚烧处置,必需解决污泥含水量高和重金属离子、有机污染物、寄生虫卵和病毒的问题；

　　（3）废渣资源化技术：主要包括内容有矿渣资源化、钢渣资源化、粉煤灰的资源化、电石渣的资源化、煤矸石的资源化技术、废弃混凝土的再利用等；

　　（4）再循环利用的软分选技术：在处置工业废弃物和废渣资源化时，都需要利用比重、色彩、成分等粒经以外的特性把固体颗粒分离分选的技术，虽然是古典的选矿方法，但随着废弃物再循环利用技术的发展而得到了重视和进一步开发，以Soft Separation为中心的再循环工艺系统设计、评价、检测和控制技术，也将会逐步形成各自的体系；

　　（5）重金属分离与回收：当采用废弃物生产水泥时，应该对窑尾收尘器的回灰进行无害化处理，即必须经过重金属回收装置对重金属浓缩处理，分离后的铜、铅、锌等可以送回有关工厂再生利用；

　　（6）有害元素的检测与监测技术与装置主要包括内容有：大气污染物（颗粒物、SO2、NOx、F化物等）、焚烧生活垃圾的污染物（汞、镉、铅、二恶英、恶臭等）、焚烧危险废弃物的污染物（CO、SO2、HF、HCl、NOx、汞、铬、砷、镍及其化合物、铅及其化合物、铬、锡、锑、铜、锰及其化合物、二悪英类等）、水污染物监测、噪声监测和水泥产品放射性。

　　此外，创新的粉体技术不断涌现，这是21世纪地球环境技术的关键技术，如颗粒设计、颗粒形貌的表征、废弃物的分选与混合、超细粉磨、新能源催化剂等，对保护地球美好的自然环境蕴藏着无限动力，水泥生态化生产要不断吸收这些技术。            

　　2  水泥工业节能减排的评价方法
　　2.1  评价方法和评价指标
　　现在还没有节能环保型水泥工业的评价方法，但我国水泥工业实现节能减排的衡量标准可以用评价指标表示，因此提出了如表1所示的有关数据。

　　在表1中，根据我国现有水泥生产企业的实际技术经济水平和相关标准的规定，参照国际一般和先进水平情况，按照节能降耗、资源综合利用、减少污染物排放三方面内容，把我国水泥工业实现循环经济发展模式的评价指标分为8个子项。每项内容达到指标者，则该企业视为节能环保先进企业单位，超过2个不合格项者，则该企业被视为节能环保不合格企业；而在上述两种情况之间的企业，为节能环保基本合格单位，但由检查单位提出改进意见。

　　目前还没有制定CO₂的减排标准。在表1中“窑系统废气余热利用率”包含了有无余热发电和余热其它利用内容。另外，根据我国水泥工业废弃物的实际情况，当大量采用污泥、含有较多水份的生活垃圾或垃圾焚烧灰时，将对水泥熟料的煤耗进行修订。

　　节能环保是为人类和社会的可持续发展服务的，它的评价指标由三大基本要素构成，即三维评价指标，一是经济繁荣和长期发展，二是环境管理和生态改善，三是社会责任和社会进步，表1中的指标体现了这三方面内容。            

　　2.2 关于评价体系的考虑
　　在水泥工业节能减排的支撑技术中包括了新型干法水泥技术和水泥生态化生产技术，这不单是节能减排的支撑技术，更是决定我国水泥工业技术进步和可持续发展的根本技术，这些技术在产业结构调整、清洁生产、生态设计和走循环经济道路中都起着重要的支撑作用。

　　表1提出了节能环保型水泥工业评价指标的参考值，为了更规范的、更有力的、促进水泥工业的节能减排，应该建立循环经济型水泥工业的评价体系。评价体系包括的内容有:适用范围、体系结构、评价基准值、权重值及权重值的确定方法、水平评价方法、相关法律法规以及编制说明等。评价体系的适用范围要包括我国所有通用水泥生产企业（含水泥熟料生产厂和水泥粉磨站），还应包括特种水泥生产企业、水泥新建企业和改扩建工程项目，这些企业可将该体系内容作为项目审核的依据或进行循环经济水平的评估。这是一个专题的内容，本篇限于篇幅不便详述，应进行专门研究和制定。

表1  水泥工业节能减排的评价指标^1）

注：1）标记为m³的气体是指标准状态下的数值。产品基准是 P.O42.5水泥。       

　　3  结言
　　更好的进行水泥工业节能减排技术的应用推广工作，可以提高我国水泥工业的技术水平，目前我国水泥工业整体技术水平与国际水平相比还有很大差距，并且水泥的生产制造遇到了全球性的资源、能源、生态环境的严重挑战，我国水泥工业要在上述支撑技术与评价方法的指导下达到如下几个目的：

　　（1）实现我国节能减排的总体目标，完成国家发改委对水泥工业提出的具体节能能减排要求；

　　（2）开发、应用和推广节能减排的水泥生产技术与装备，可以减少资源和能源消耗，促进循环经济的发展，不断增强我国水泥工业装备开发与制造能力；

　　（3）通过把水泥生产过程的应用研究成果转化为工业生产、通过不断技术创新和设备开发，全面提升我国水泥行业技术水平，以提高产品质量和效率，不断形成新的经济增长点；

　　（4）通过国内外的技术交流和合作，促进中国水泥工业国际交流与对外合作的发展，促进水泥工业绿色化尽快与国际接轨。