應(yīng)用高新技術(shù)建設(shè)“環(huán)境材料型”水泥工業(yè)(1)

前言
  世界水泥工業(yè)發(fā)展已有176年歷史,中國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展也有111年的歷程。其發(fā)展可分為索取型→粗放型→質(zhì)量效益型→環(huán)境材料型等四個(gè)階段。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入環(huán)境材料型發(fā)展階段,并向縱深發(fā)展;我國(guó)則處于粗放型、質(zhì)量效益型并存,同時(shí)向環(huán)境材料型過(guò)渡的階段。索取型:是指為了獲得有用的水泥產(chǎn)品,無(wú)節(jié)制地向大自然索取和廢棄。這是水泥工業(yè)誕生初期,亦即18世紀(jì)中葉第一次技術(shù)革命前后的狀況。粗放型:指水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)獲得一定進(jìn)展后,用改進(jìn)提高后的初級(jí)技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品,對(duì)環(huán)境污染用被動(dòng)的末端治理措施。這是1887年回轉(zhuǎn)窯誕生后,亦即19世紀(jì)末第二次工業(yè)革命后的狀況。質(zhì)量效益型:始于20世紀(jì)中期,以原子能、電子計(jì)算機(jī)和空間技術(shù)的發(fā)展為標(biāo)圯的第三次工業(yè)技術(shù)革命以后。水泥工業(yè)也于50年代初期及70年代初期成功地開(kāi)發(fā)了懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù),隨后廣泛吸收當(dāng)代科學(xué)技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)最新成果,應(yīng)用于水泥生產(chǎn)全過(guò)程,使水泥工業(yè)生產(chǎn)步入了質(zhì)量效益型新階段。環(huán)境材料型:是指在“質(zhì)量效益型”生產(chǎn)不斷發(fā)展的同時(shí),注入了保護(hù)人類生存環(huán)境的新內(nèi)容。這就要求“環(huán)境材料型”水泥工業(yè)不僅保證產(chǎn)品具有優(yōu)越的性能;同時(shí)要盡最大可能降低自然資源、能源消耗;利用二次資源、能源和工業(yè)及生活垃圾甚至可燃性危險(xiǎn)廢棄物。新世紀(jì)中,努力把水泥工業(yè)建設(shè)成生態(tài)環(huán)境材料型產(chǎn)業(yè),已成為國(guó)際水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
一、我國(guó)水泥工業(yè)“環(huán)境負(fù)荷”現(xiàn)狀與分析
  物質(zhì)、材料是人類文明的基礎(chǔ),它同地球環(huán)境、資源、能源等又有著密切關(guān)系。因此要保證社會(huì)文明的可持續(xù)發(fā)展,必須重視材料的生產(chǎn)、使用、廢棄、再生、降解等一些列與地球環(huán)境相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題?!碍h(huán)境材料”(Ecomaterials)是日本東京大學(xué)山本良一教授于1990年提出材料學(xué)新概念。Ecomaterials是由Environmentally Conscious Materials(環(huán)境意識(shí)材料)或Ecological Materials(生態(tài)原材料)縮寫(xiě)而成。環(huán)境材料的實(shí)質(zhì):是指那些對(duì)資源、能源消耗少;對(duì)生態(tài)環(huán)境影響?。豢梢栽偕没蚪到?;并且具有優(yōu)異使用性能的材料。因此,作為一個(gè)科學(xué)工作者,我們一方面必須積極開(kāi)展環(huán)境材料科學(xué)的基礎(chǔ)研究工作,不斷研制開(kāi)發(fā)“生態(tài)環(huán)境材料化”的新材料;另一方面必須在傳統(tǒng)材料的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中更多地考慮到環(huán)境保護(hù)措施,努力減小材料的環(huán)境負(fù)荷,重視環(huán)境協(xié)調(diào)性,通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝的技術(shù)改造,逐漸實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料的“生態(tài)環(huán)境材料化”。
  水泥,由于其主要成分是由硅酸鹽礦物組成,具有同地球環(huán)境和大氣圈親和共融的屬性,其本身是一種生態(tài)產(chǎn)品。但是,傳統(tǒng)水泥工業(yè)由于工藝、設(shè)備、管理落后,對(duì)天然資源和能源消耗量大,利用效率低,排放粉塵及有害氣體污染環(huán)境。特別是我國(guó)水泥工業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中立窯產(chǎn)品占78%左右,老式干濕法回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)品占13%左右,而代表當(dāng)代先進(jìn)工藝的新型干法窯產(chǎn)品僅占不足10%的情況下,必然同“環(huán)境材料”概念的要求相差甚遠(yuǎn),亟待大力進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,采用當(dāng)代高新技術(shù)改造和建設(shè)我國(guó)水泥工業(yè)。
  國(guó)家統(tǒng)計(jì)局1999年8月出版了“ ’98中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)”對(duì)我國(guó)1997年全國(guó)能源生產(chǎn)、消費(fèi)及“三廢”排放治理狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、分析。有關(guān)資料摘錄于表1。國(guó)家建材局1999年12月頒發(fā)了1998年中國(guó)建材工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料,有關(guān)水泥工業(yè)生產(chǎn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)摘錄于表2。并且根據(jù)表1及表2中有關(guān)數(shù)據(jù),經(jīng)推算將水泥工業(yè)資源、能源消耗量及“三廢”排放狀況計(jì)算值同時(shí)列入表2?,F(xiàn)根據(jù)兩表數(shù)據(jù)對(duì)影響水泥工業(yè)“環(huán)境負(fù)荷值”的有關(guān)因素分析如下:
    1、燃料(標(biāo)準(zhǔn)煤)消耗量:1997年全國(guó)水泥工業(yè)為5940萬(wàn)噸,占全國(guó)能源生產(chǎn)總量13198萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的4.50%;占全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)總量98068萬(wàn)噸(131989×0.743)的6.05%。而全國(guó)大中型水泥企業(yè)熟料的標(biāo)準(zhǔn)煤161.32kg.t.cl(4720KJ/kg.cl或1129kcal/kg.cl),比國(guó)外平均先進(jìn)水平114.28kcal/t.cl(3344 KJ/kg.cl或800kcal/kg.cl)約高41%。由此可見(jiàn),降低燃料消耗(或稱降低水泥工業(yè)燃料負(fù)荷)潛力巨大。
2、電力消耗量:1997年全國(guó)水泥工業(yè)為550億千瓦時(shí),占全國(guó)工業(yè)用電量8402(11248×0.747)千瓦.時(shí)的6.54%。而大中型水泥企業(yè)水泥綜合電耗為107.14kw.h/t,同國(guó)外先進(jìn)水平(使用五級(jí)預(yù)分解窯、生料立磨、水泥輥壓機(jī)半終粉磨)90~95kw.h/t相比,約高13~19%。同時(shí),水泥綜合電耗107.14kw.h/t雖較1995年114 kw.h/t,但統(tǒng)計(jì)中包括了一部分立窯企業(yè)(立窯企業(yè)由于機(jī)械化、自動(dòng)化水平低,故電耗較低)。如果按700~4000t/d以上級(jí)新型干法企業(yè)對(duì)比,其水泥綜合電耗一般在115~120 kw.h/t之間,比國(guó)際先進(jìn)水平約高20~30%。由此可見(jiàn),水泥工業(yè)節(jié)電潛力亦大。

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