天津院：加速技術(shù)進(jìn)步 推動行業(yè)發(fā)展
天津水泥院有限公司站在行業(yè)的高度，瞄準(zhǔn)前沿發(fā)展方向，以自主創(chuàng)新為核心，以科技引領(lǐng)為使命，開發(fā)出一大批新技術(shù)、新裝備，并廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)企業(yè)，為水泥工業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
新一代燒成節(jié)能新技術(shù)
目前燒成領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨向是以無漏料新型篦冷機(jī)、二檔短窯，脫硝分解爐和六級預(yù)熱器的新技術(shù)代替原有的系統(tǒng)，達(dá)到進(jìn)一步大幅度節(jié)能，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，提高對原燃料適應(yīng)性的效果。
天津水泥院研究開發(fā)的以5000t/d級規(guī)模為代表的新型低熱耗低排放的六級預(yù)分解系統(tǒng)、二檔短窯、行進(jìn)式穩(wěn)流冷卻機(jī)組成的燒成系統(tǒng)生產(chǎn)線，整體滿足了焚燒處理廢棄物的要求，留有處置廢棄物的接口。系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：熟料熱耗2885kJ/kg（690kcal/kg），系統(tǒng)年生產(chǎn)平均熱耗3050kJ/kg（730kcal/kg），熱耗比目前同規(guī)模生產(chǎn)線節(jié)省250kJ/kg(60kcal/kg)；熟料電耗≦18kWh/t；NOx排放值≦500mg/Nm3，也可實現(xiàn)≦200mg/Nm3。
目前，該新一代生產(chǎn)線已在“國家新型干法水泥熟料生產(chǎn)節(jié)能減排示范線”河北燕趙水泥公司投產(chǎn)，對我國水泥行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實現(xiàn)節(jié)能減排產(chǎn)生起了積極的推動作用。分解爐具有三噴騰和碰頂效應(yīng)、湍流回流作用強(qiáng)、固氣停留時間比大（子m=4.8）、溫度場及濃度場均勻、物料分散及換熱效果好、爐體結(jié)構(gòu)簡單、阻力系數(shù)低等特點。天津院開發(fā)的六級預(yù)熱器系統(tǒng)出預(yù)熱器廢氣溫度可降低至280℃左右，按五級預(yù)熱器系統(tǒng)較好的出預(yù)熱器廢氣溫度310℃考慮，可降低30℃左右，氣體量按1.43Nm3/ck.cl考慮，則降低能耗64kJ/kg.cl。開發(fā)的3000t/d及5000t/d生產(chǎn)線配套的二檔窯，規(guī)格分別為￠4.2×50m和￠5.0×60m，具有二檔窯每噸熟料降低熱耗0.5kg標(biāo)準(zhǔn)煤以上；減輕設(shè)備的重量約10％，混凝土用量可減少約15％，鋼走道的長度可減少約30％，并減少占地面積，降低投資；設(shè)備運(yùn)行費用降低、安裝簡化，對原、燃料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。
新型大推力的煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)為四通道型式，主要特點為無磨損，使用壽命長；燃燒器推力大，可達(dá)1500m/s以上，對各種煤質(zhì)的適應(yīng)性好；一次風(fēng)用量少，凈風(fēng)比例為8.5%，較老燃燒器小3.5%～6.5%。
由天津院自主研發(fā)、設(shè)計制造的具有國際先進(jìn)水平的第四代行進(jìn)式穩(wěn)流冷卻機(jī)投入運(yùn)行并達(dá)標(biāo)，它具有熱回收率高、能耗低；使用壽命長、易于維護(hù)；模塊化設(shè)計、便于施工安裝；土建投資省等優(yōu)點。經(jīng)初步測定，第四代冷卻機(jī)熱回收效率可達(dá)73%～75%；熟料出料溫度82℃～95℃；三次風(fēng)溫可達(dá)1000℃，冷卻機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到100%。第四代冷卻機(jī)與第三代冷卻機(jī)相比，每公斤熟料可降低熱耗10kcal～18kcal，土建投資可節(jié)省25%，維護(hù)費用可節(jié)省70%～80%。
新型粉磨無球化節(jié)能技術(shù)
目前，粉磨領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨向是料床終粉磨代替球磨，其代表是立式輥磨，從而大幅度節(jié)電。目前世界上出現(xiàn)了不少無球磨的水泥工廠。
盡管新型干法水泥技術(shù)與落后工藝相比，大幅降低了水泥綜合電耗，但隨著料床粉磨技術(shù)的發(fā)展，新型干法水泥在降低電耗方面仍有很大的潛力。粉磨作業(yè)是水泥生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，其電耗約占水泥綜合電耗的66%～70%，涉及的物料主要有煤、生料和熟料。利用傳統(tǒng)球磨技術(shù)的噸水泥綜合電耗約為110kWh/t，如果利用料床粉磨，噸水泥綜合電耗可以降低到82kWh/t。在我國，雖然目前水泥料床終粉磨系統(tǒng)還不多，但輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)有了一定發(fā)展，天津院“輥壓機(jī)水泥半終粉磨系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”2008年通過部級鑒定。從整個水泥工廠來說，取消球磨機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟。
目前天津院在輥磨技術(shù)裝備的研發(fā)方面取得了重要進(jìn)展：2500～5000t/d不同規(guī)模水泥生產(chǎn)線配套的原料輥磨得到大量的推廣應(yīng)用；30萬噸級的礦渣輥磨已銷售近20臺套；用于各種燃煤煤粉制備的輥磨也得到市場認(rèn)可；用于電廠脫硫的高細(xì)石灰石粉粉磨的輥磨也有多臺投入運(yùn)行。對于水泥終粉磨輥磨，天津院也早已開展了相關(guān)研究和試驗，目前已開發(fā)了150t/h的水泥輥磨，已在國外工程中銷售3臺套。
天津院設(shè)計的無球磨工廠于2004年9月在越南福山（phucson）水泥廠投產(chǎn)。2008年天津院自主研發(fā)國內(nèi)最大的配套于5000t/d級水泥熟料生產(chǎn)線大型生料輥磨投產(chǎn)，天津院推出的大型水泥輥磨也將在越南福山二線投入運(yùn)行。國產(chǎn)化大型輥磨運(yùn)行情況證明，國產(chǎn)輥磨系統(tǒng)電耗達(dá)到進(jìn)口輥磨的同等水平，運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，性價比優(yōu)勢明顯，供貨周期可以縮短8個月，能夠滿足5000t/d或10000t/d級生產(chǎn)線的配套要求。國產(chǎn)大型輥磨的推出，使得由全部國產(chǎn)輥磨設(shè)備組成的“無球化”工廠成為現(xiàn)實，將為國內(nèi)外客戶采用中國技術(shù)裝備、實現(xiàn)水泥生產(chǎn)“無球化”創(chuàng)造條件、增加選擇。
水泥窯協(xié)同處理廢物技術(shù)
處置城市工業(yè)廢棄物實現(xiàn)“無害化、資源化、減量化”是當(dāng)今世界研究的課題，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向。利用回轉(zhuǎn)窯處置工業(yè)廢棄物，被國際公認(rèn)為處置工業(yè)廢棄物的最有效方法。使用廢棄物作為水泥廠的原燃材料的替代物，可以通過利用水泥熟料燒成的高溫冶煉過程完成對廢棄物的減量化、無害化，并將殘余物最終固化在水泥熟料中形成熟料礦物。
多年來，天津院一直研究開發(fā)具有特色的工業(yè)和生活廢棄物處理、處置和替代原燃材料技術(shù)，經(jīng)過自主研發(fā)，已經(jīng)形成了一整套廢棄物處理技術(shù)，并成功應(yīng)用于北京金隅集團(tuán)城市工業(yè)廢棄物綜合處置示范線，該生產(chǎn)線年生產(chǎn)3000噸水泥熟料，具有年處置廢棄物10萬噸的能力，實現(xiàn)了廢棄物的自動化、均勻化、無害化、資源化的處置。
2000年天津院進(jìn)行了水泥窯處置含水80%的污泥的工業(yè)試驗。此后進(jìn)行了80%～30%含水率工業(yè)及生活污泥烘干、焚燒技術(shù)的研究及應(yīng)用性試驗。2007年承接了廣州市越堡水泥有限公司日產(chǎn)6000t/d水泥熟料生產(chǎn)線規(guī)?；詣踊幹?00t/d生活污泥及工業(yè)污泥的工程。天津院采用的技術(shù)路線是用水泥窯尾系統(tǒng)的廢熱煙氣烘干污泥，干化后的污泥在分解爐內(nèi)處置，污泥中的熱值，可作為替代燃料使用。
2009年3月越堡水泥有限公司處置600t/d污泥工程投入運(yùn)行，年處理廣州市18.6萬噸污泥（含水80%的濕污泥）。此工程是目前國內(nèi)最大規(guī)模水泥窯協(xié)同處置污泥的工程線，做到全自動化、高效、安全、環(huán)保地處置污泥，解決了廣州市目前產(chǎn)生的2/3的生活污泥，為廣州市環(huán)境保護(hù)發(fā)揮了重要作用，同時也為越堡水泥有限公司實現(xiàn)更高層次的節(jié)能減排起到了重要作用。
利用水泥窯處置工業(yè)危險廢棄物、污泥和生活垃圾等廢棄物，一方面消減了其他行業(yè)無法進(jìn)行循環(huán)利用的廢棄物，有利于形成物質(zhì)的良性循環(huán)，并達(dá)到廢棄物資源化利用的目的，另一方面利用了水泥窯的高熱環(huán)境，減少了廢棄物處置的成本。在整個社會的層面上利用有效的跨行業(yè)合作降低了有害物質(zhì)和溫室氣體的排放總量。
工業(yè)廢渣與副產(chǎn)物資源化技術(shù)
礦渣資源化：礦渣作為活性混合材早已在我國水泥行業(yè)得到普遍應(yīng)用，應(yīng)用方式是與熟料和石膏等原料配合后進(jìn)行混合粉磨。如果將礦渣單獨粉磨至450m2/kg以上的細(xì)度再與高質(zhì)純硅水泥進(jìn)行混合，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。天津院開發(fā)了首臺TRM3131S型國產(chǎn)礦渣輥磨，設(shè)計年產(chǎn)量30萬噸高細(xì)優(yōu)質(zhì)礦渣粉，整體性能達(dá)到同類設(shè)備的國際水平。該磨機(jī)采用了新型高效籠形轉(zhuǎn)子選粉機(jī)，保證成品比表面積可以在400m2/kg～600m2/kg范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，可以烘干10%～20%水分并且大幅度降低了投資和維護(hù)費用。
鋼渣資源化：鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)物，由于鋼渣本身的性能差異很大，穩(wěn)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(zhì)，因此，在鋼渣的有效利用上存在很大難度。國內(nèi)于上世紀(jì)60年代開始用鋼渣生產(chǎn)水泥，上世紀(jì)80年代發(fā)展速度明顯，目前天津院正進(jìn)一步研究開發(fā)鋼渣資源化方法。
粉煤灰的資源化：隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，粉煤灰的排放量也在快速增長，目前，粉煤灰的年排放量已經(jīng)達(dá)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(yè)應(yīng)用粉煤灰的方法有替代水泥原料配制水泥生料和用作水泥混合材兩種。我國早在上世紀(jì)70年代就頒發(fā)了粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)，是我國五大水泥品種之一，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定粉煤灰的摻量在20％～40％，而在實際生產(chǎn)中，受粉煤灰品質(zhì)和粉磨工藝的影響，一般摻量在20％～25％左右。天津院正在進(jìn)行深入研究，采用熟料與粉煤灰分別粉磨的方法，根據(jù)兩種物料的易磨性控制物料流速而發(fā)揮更好的粉磨效果，使粉煤灰摻入量可以達(dá)到60％～70％。
電石渣的資源化技術(shù)：我國電石渣年排出量超過千萬噸并逐年上升，累積的堆渣不僅需要占用大量土地堆放，還嚴(yán)重污染環(huán)境。電石渣可以部分替代石灰石作為生產(chǎn)水泥的鈣質(zhì)原料，從而節(jié)約石灰石資源。目前天津院電石渣100%替代石灰灰的技術(shù)正在大規(guī)模應(yīng)用。
混凝土應(yīng)用技術(shù)
水泥作為典型的基礎(chǔ)原材料，一般以混凝土的形式服務(wù)于人類，稱之為水泥基材料的種類也在增加。從水泥生命周期看，水泥生命周期不僅包括從原燃料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠，還包括水泥的工程應(yīng)用和廢棄處理等，因此，開發(fā)新品種水泥和新型膠凝材料、開發(fā)混凝土應(yīng)用技術(shù)，提高水泥的應(yīng)用效果已成為國際水泥界的研究方向。
天津院在混凝土應(yīng)用技術(shù)研究方面進(jìn)行了積極的探索，目前正在進(jìn)行提高粉煤灰活性的研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過超粉磨后，粉煤灰的活性將大幅度提高。超粉磨的粉煤灰做混凝土礦物摻和料，在配制相同強(qiáng)度等級的混凝土?xí)r，相對普通商品粉煤灰可以進(jìn)一步節(jié)約水泥20%左右，相對商品礦渣粉可以進(jìn)一步節(jié)約水泥5%以上。同時混凝土的工作性能大幅度改善，摻有超細(xì)粉煤灰的混凝土，坍落度在90min之內(nèi)幾乎不損失。粉煤灰的超細(xì)粉磨及超細(xì)粉煤灰礦物摻和料的開發(fā)，為粉煤灰的利用開辟了一條新的高附加值利用的技術(shù)途徑，也將為深度利用工業(yè)廢渣、降低水泥消耗、降低資源能源的消耗做出貢獻(xiàn)。
在新形勢下，高能耗、高污染、低效益、低附加值的企業(yè)將最終會被證明是沒有競爭力的企業(yè)，并且高能耗的工業(yè)增長方式從根本上違背了經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)，不符合全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀要求。在未來的發(fā)展過程中，天津院將在中國中材集團(tuán)公司和中材國際股份有限公司的領(lǐng)導(dǎo)下，不斷開拓創(chuàng)新，在低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，以建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)為目標(biāo)，創(chuàng)新運(yùn)用新工藝、新技術(shù)、新裝備，為國內(nèi)外水泥制造商提供最好的裝備、最新的技術(shù)、最優(yōu)的工藝、最低的能耗、最大的產(chǎn)能、最好的服務(wù)，為我國建材工業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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