打造水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)縱向一體化科技創(chuàng)新鏈——北京建材總院科技創(chuàng)新鏈發(fā)展紀實

北京建筑材料科學研究總院有限公司（以下簡稱“北京建材總院”或“總院”）成立于1959年，隸屬于北京金隅集團有限公司，作為金隅集團“1＋N＋X”科技創(chuàng)新綜合體中的“1”，下設(shè)水泥綠色發(fā)展研究院、綠色建筑技術(shù)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個專業(yè)研究院，著力打造了水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈、混凝土及新材料產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈、綠色建材及綠色建筑協(xié)同科技創(chuàng)新鏈。本刊將分板塊介紹北京建材總院圍繞綠色低碳轉(zhuǎn)型、固廢資源化利用、節(jié)能建材方面的突出成果，以分享科技創(chuàng)新經(jīng)驗，共謀行業(yè)綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展。

水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈

作為金隅集團“1＋N＋X”科技創(chuàng)新綜合體中的“1”，北京建材總院始終將綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展作為主線，將傳統(tǒng)認知上“兩高”的水泥工業(yè)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展。不斷加大科技創(chuàng)新投入，深度發(fā)掘產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，形成了以水泥綠色發(fā)展研究院、智能制造研究院、河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院為核心的研發(fā)創(chuàng)新機構(gòu)，圍繞水泥工藝節(jié)能改造、原燃料替代、氮氧化物超低排放、水泥窯協(xié)同處置廢棄物、智慧礦山、“雙碳”行動五大核心業(yè)務，打造“研發(fā)＋設(shè)計＋工程服務”的縱向一體化科技創(chuàng)新鏈。在為金隅集團水泥企業(yè)做好技術(shù)服務和工程服務的基礎(chǔ)上，深入水泥行業(yè)，助推綠色發(fā)展，并在工藝優(yōu)化、裝備研發(fā)、工程設(shè)計與工程服務等方面達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

用科技創(chuàng)新打造“零碳排放”工廠

2022年11月7日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等四部門聯(lián)合發(fā)布《建材行業(yè)碳達峰實施方案》。實施方案指出，“十四五”期間，建材產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得明顯進展，行業(yè)節(jié)能低碳技術(shù)持續(xù)推廣，水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗水平降低3%以上，并明確要加快突破窯爐碳捕集、利用與封存技術(shù)，加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作。

長久以來，金隅集團始終秉承著綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展的理念，圍繞水泥工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級形成了科學有效的綠色發(fā)展模式，也在不遺余力地投入資金與技術(shù)力量，探索水泥行業(yè)節(jié)能減排的有效路徑。作為該系統(tǒng)中的“中心智囊團”，北京建材總院圍繞節(jié)能減排開展了一系列行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)工作，將“水泥”同“環(huán)?！本o密相連，形成一條整體的、縱向的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈。

在水泥窯協(xié)同處置飛灰過程中，對于水洗廢液的處理，需要投加碳酸鈉和鹽酸分別去除水洗液硬度和降低水洗液pH值，以滿足后續(xù)機械式蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)脫鹽進水要求，化學藥劑消耗量大，成本降控需求迫切?；谝陨犀F(xiàn)狀，北京建材總院開發(fā)了“水泥窯爐煙氣CO₂捕集及在協(xié)同處置飛灰中利用技術(shù)”，將水泥窯協(xié)同處置與碳捕集技術(shù)充分結(jié)合，進一步延伸了CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)賽道。通過利用變壓吸附將水泥窯爐煙氣CO₂體積分數(shù)由8%左右提純至40%～60%，濃縮后的CO₂用于協(xié)同處置飛灰水洗廢液的水質(zhì)調(diào)節(jié)，在較優(yōu)的氣液反應條件下，實現(xiàn)了部分替代碳酸鈉去除水洗液硬度、全部替代鹽酸降低水洗液pH值，同時水洗廢液中重金屬含量也顯著降低。該項目集成創(chuàng)新開發(fā)了首臺套水泥窯煙氣碳捕集與其應用于協(xié)同處置飛灰成套技術(shù)裝備，實現(xiàn)了水泥窯煙氣CO₂工業(yè)化捕集與應用，對我國水泥行業(yè)碳減排具有示范作用，對促進我國碳減排技術(shù)進步具有重要意義。目前，該項目成果已在北京金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰?000t/d水泥熟料生產(chǎn)線及協(xié)同處置飛灰水洗生產(chǎn)線一期（3萬噸/年）和二期（4萬噸/年）應用。經(jīng)第三方評估核查，年捕集利用CO₂1500噸，年替代鹽酸和碳酸鈉約2100噸，噸飛灰處置成本下降50元。項目成果于2021年獲中國建筑材料聯(lián)合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科學技術(shù)獎二等獎（技術(shù)進步類）。

近年來，CCUS成了應對全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國的高度重視，特別是在工業(yè)領(lǐng)域，成為眾多行業(yè)、企業(yè)節(jié)能減碳工作的主要嘗試。但其技術(shù)復雜，成本較高，產(chǎn)業(yè)難度大，需要相當大的技術(shù)、資金支持才能得以發(fā)展。

北京建材總院圍繞碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）展開研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化探索。北京建材總院、大連理工大學、大連市化工設(shè)計院、北京金隅北水環(huán)保科技有限公司通過產(chǎn)學研用合作，聯(lián)合開展了“10萬噸/年水泥窯煙氣二氧化碳捕集儲存利用”項目。該項目針對水泥窯煙氣成分復雜、CO₂濃度低，對水泥窯煙氣進行CO₂捕集除雜難、能耗高、成本高、投資大等問題進行深入研究分析，通過研究優(yōu)選脫硫保碳預處理除雜技術(shù)、低再生能耗化學吸收劑應用，研究碳捕集吸收解吸工段、雙解吸塔、MVR閃蒸等節(jié)能工藝，研究貧富液高效換熱裝備等，形成了適用于水泥窯復雜煙氣低濃度CO₂捕集的低能耗、低成本、高純度碳捕集集成技術(shù)。該技術(shù)正在北水公司落地實施。

以技術(shù)進步守護綠水青山

金隅冀東水泥是北方地區(qū)最大的水泥制造商，“政府好幫手，城市凈化器”的企業(yè)使命也成了金隅冀東水泥的“金字招牌”。作為技術(shù)支撐的北京建材總院，也在背后對這份光榮與使命源源不斷地輸出著科技和創(chuàng)新的能量。

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)一直以來是金隅集團的特色項目，技術(shù)水平長期在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)跑地位。2010年，北京建材總院被科技部批準建設(shè)“固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室”。作為國內(nèi)唯一一家以固廢資源化利用為研究方向的國家重點實驗室，它先后承擔了多項國家及省部級重大項目和工程，已形成生活垃圾焚燒飛灰、工業(yè)危廢、生活垃圾、污泥、建筑垃圾、污染土處置六大類成套關(guān)鍵技術(shù)和大宗工業(yè)固廢制備綠色建材系列技術(shù)，成果推廣和輻射到全國23個省市，為我國固廢資源化與節(jié)能建材領(lǐng)域的重大科技進步起到源頭支撐作用。

除了要解決固體廢棄物，氣體廢棄物的排放也是多年困擾水泥工業(yè)發(fā)展的癥結(jié)所在。要守護“綠水青山”，超低排放技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)必不可缺。

近年來，北京建材總院開展了多項圍繞水泥窯SCR脫硝技術(shù)方面的研究攻關(guān)——“水泥窯NO_x超低排放SCR技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用及SCR催化劑在線評價與優(yōu)化研究”項目中，研究團隊圍繞水泥行業(yè)NO_x超低排放的環(huán)保需求，開展水泥窯NO_x超低排放技術(shù)研究，研究水泥窯特定煙氣對SCR脫硝效率的影響，開展催化劑效率衰減規(guī)律研究，預測催化劑使用壽命，開發(fā)新型清灰工藝，并優(yōu)化與分級燃燒和精準SNCR脫硝技術(shù)的匹配等，建設(shè)落地多項水泥窯SCR脫硝示范工程。近期，“水泥窯SCR清灰控制”和“脫硝控制系統(tǒng)”連獲兩項由國家版權(quán)局頒發(fā)的計算機軟件著作權(quán)登記證書，相關(guān)研發(fā)團隊在國內(nèi)外的先進脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了自有的SCR清灰控制系統(tǒng)，清灰邏輯具有高效、節(jié)能、故障少等特點，可以最大程度避免催化劑的堵塞，同時開發(fā)了SNCR＋SCR耦合脫硝控制系統(tǒng)，增強兩項脫硝技術(shù)的適配性，實現(xiàn)了最大程度減少氨水用量、避免氨逃逸超標。

承建靈壽冀東水泥SCR超低排放項目

今年5月，由北京建材總院承建的靈壽冀東水泥SCR超低排放項目，采用高溫高塵SCR脫硝工藝，達到在生料磨開磨或停車狀態(tài)下窯尾煙氣NO_x穩(wěn)定控制≤35mg/Nm3，氨逃逸≤5mg/Nm3。各項先進的環(huán)保指標，為企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了堅實保障，并順利通過72小時試運行考核。截至5月11日，系統(tǒng)已連續(xù)穩(wěn)定運行168小時以上，各項性能指標均達到了國內(nèi)水泥窯超低排放的先進水平。

不僅如此，總院還對集團水泥企業(yè)已運行SCR項目情況進行診斷測試。通過分析測試數(shù)據(jù)，對比脫硝效率、氨水耗量、SCR系統(tǒng)阻力、氨逃逸等關(guān)鍵運行參數(shù)，評估各廠線SCR系統(tǒng)運行情況，并與企業(yè)負責人進行溝通交流，提出問題所在，并給出解決方案，為金隅集團水泥企業(yè)下一步SCR項目建設(shè)及優(yōu)化提供技術(shù)支持，助力水泥企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

承建河北金隅鼎鑫三分公司2#窯SCR脫硝系統(tǒng)

多措共舉 打造“宜業(yè)尚品”

6月6日，在北京三里河路11號“建材大院”里，在眾多的建材行業(yè)企業(yè)家、專家學者的共同注視下，金隅集團與其他59家行業(yè)重點企業(yè)共同參與、發(fā)起了“建材行業(yè)綠色低碳發(fā)展一致行動”。這也表明，綠色、低碳成為行業(yè)發(fā)展主線。北京建材總院作為金隅集團的重要科研單位，不僅承載著集團內(nèi)部的轉(zhuǎn)型升級綠色低碳發(fā)展任務，更是要擔起實現(xiàn)建材行業(yè)“宜業(yè)尚品、造福人類”發(fā)展目標之重任。

未來，北京建材總院水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)縱向一體化科技創(chuàng)新鏈將以工藝節(jié)能、超低排放、水泥窯協(xié)同處置、綠色礦山、“雙碳”技術(shù)五大核心業(yè)務為重點，為集團水泥企業(yè)做好技術(shù)和工程服務工作，充分發(fā)揮水泥窯協(xié)同處置技術(shù)優(yōu)勢，加大對集團產(chǎn)業(yè)的支撐力度，持續(xù)深入攻克“雙碳”技術(shù)，形成具有金隅特色的可復制推廣的成套轉(zhuǎn)化技術(shù)，針對水泥廠智能化升級集成中的痛點開發(fā)關(guān)鍵軟件，著力補齊工藝節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)短板，用更多的創(chuàng)新、更先進的科技服務行業(yè)綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展。