（材料学专业论文）中小水泥企业清洁效能生产的技术与评价研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 水泥是最基本的建筑原材料，在我国社会发展的现阶段需求很大，但其资 源、能源消耗和环境负荷均较高。尤其是广大中小型干法水泥企业由于技术与 管理水平不高、生产效率较低、环境污染较严重，对社会经济的可持续发展具 有较大的影响。针对这一现状，依据可持续发展战略要求，提出了关于中小水 泥企业清洁效能生产的研究课题。以湖北荆工水泥公司6 0 0 t d 熟料悬浮预热 器窑生产线为基础，通过分析其运行现状，确定清洁效能生产技术实践研究的 主要内容、目标和实施的技术路线。具体而言，首先明确系统能耗和排污严重 的薄弱环节，采取相应技改措施，使窑系统排放和动力消耗显著下降，达到国 家标准要求，初步实现工艺过程的清洁生产。 第二阶段，按照优质、高产、低耗的高效能原则，优选先进可靠的高新技 术和装备，改进工艺水平，同时进行各类废弃物在产品生产中的优化利用。主 要进行了熟料烧成三率值回归优化；以理工大“煤粉计控和燃烧系统专项技 术”对窑燃烧系统进行技改，提高烧成效率，实现窑系统高产、低耗；对大掺 量粉煤灰、煤矸石渣水泥进行了优化研究，探讨了工业废渣对水泥品质的影响 规律，确定了最优控制参数，为提高水泥产、质量增加废弃物消纳提供了技术 依据；针对窑系统技改提产后水泥磨能力不足及原粉磨工艺对物料适应性不好 的问题，在引进高细筛分磨技术基础上，实施低循环负荷高效粉磨技术改进， 通过对磨内结构、研磨体级配和技术参数的进一步优化，达到了既提高产量、 又保持高细磨优点的目的；通过因子分析方法对具有代表性的采用不同工艺方 法的水泥企业进行评价，得到其清洁效能生产排序，结果反映出新型干法水泥 生产工艺的清洁效能生产水平指标均优于传统的立窑和湿法窑生产工艺，初步 验证了因子分析法在水泥工业清洁效能评价中的可行性。湖北荆工水泥公司实 施清洁效能生产技术改进课题后，其水平超过了我国同类工艺的一般水平。 荆工水泥公司清洁效能生产课题的研究成果表明中小水泥企业要保持可持 续发展，在生产过程中，必须将环境效应放在首位，在此基础上还要十分注重 生产效率的提高，使两者有机结合。即从源头抓起并贯穿始终，积极消除污 染；引进并消化各种先进可靠的关键技术与装备；合理有效她利用各类废弃物 资源，改进产品品质，降低生产成本，实现经济与环境的良性协调。 关键词：清洁效能生产；中小水泥企业；因子分析 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y ，a st h eb a s i cl a wm a t e r i a l so fb u i l d i n g ，t h e c e m e n ti sd e m a n d e dl a r g e l y ，b u ti t sr e s o u r c e s 。e n e r g ys o u r c e sa n de n v i r o n m e n tl o a d i sh i g h e r e s p e c i a l l yt h el o w e rt e c h n i q u em a n a g el e v e l ，p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dt h e s e r i o u se n v i r o n m e n tp o l l u t i o no ft h em e d i u m s m a l l s c a l ec e m e n te n t e r p r i s e s ，h e a v i l y i n f l u e n c et h ee c o n o m i cs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti no u rc o u n t r y a c c o r c 嚣n gt ot h e r e q u i r e m e n to fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tt a c t i c , t h es t u d ya b o u tt h em e d i u m s m a l l - s c a l ec e m e n te n t e r p r i s e sc l e a n e re f f i d e n c yp r o d u c t i o ni sp u tf o r w a r d b ya n a l y z i n g t h eo p e r a t i n gs t a t u so ft h e6 0 0 t dc e m e n tc l i n k e rk i l np r o d u c t i o nl i n ew i t hs u s p e n s i o n p r e h e a t e ri nh u b e ij i n g g o n ge n t e r p r i s e ，t h em a i nc o n t e n t , o b j e c t i v e sa n dt e c h n i c a l r o u t eo fc l e a n e re f f e c t i v e n e s sp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yp r a c t i c ea r ed e t e r m i n e d f i r s t l y , f o rt h ew e a kl 触o fk i l ns y s t e me n e r g yc o n s u m p t i o na n ds e w a g es e r i o u s t h e c o r r e s p o n d i n gt e c h n i c a lm e a s u r ei st a k e nm e a s u r e ，s ot h a ti t se m i s s i o n sa n dp o w e r c o n s u m p t i o nd r o ps i g n i f i c a n t l ya n dm e e tt h ef f a t i o n a ls t a n d a r d s t h ec l e a n e rp r o d u c t c o m e st r u ei n i t i a l l y s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt ot h ee f f i c i e n c yp r i n c i p l eo ft h eh i g hq u a l i t y ，h i g hy i e l d a n dl o wc o n s u m e ，t h er e l i a b l eh i i g h - t e c he q u i p m e n ti sc h o s e nt oi m p r o v ep r o d u c t i o n p r o c e s s a tt h es a m et i m e , t h eo p t i m i z a t i o nu s i n gw a s t e i nt h ep r o d u c t i o no fp r o d u c t s i sc a r r i e d t h r o u g h t h em a i ns t u d yi sa sf o l l o w i n g ：t h r e ec l i n k e rr a t i o sa r er e g r e s s i v e l y o p t i m i z e d u s i n gt h et e c h n o l o g yu n i v e r s i t y s “s p e c i a lt e c h n o l o g yo fc o a lp o w d e r m e a s u r e m e n tc o n t r o la n db u r n i n gs y s t e m ”，t h ek i l nb u r n e rs y s t e mi n n o v a t e st o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fb u r n i n ga n da c h i e v eh i i g h - y i e l d ，l o wc o n s u m p t i o n ；t h r o u g h t h eo p t i m i z a t i o ns t u d yo ff l ya s ha n dc o a lg a n g u em i x i n g , d i s c u s s i n go ft h ei n f l u e n c e m l eb e t w e e ni n d u s t r i a lr e s i d u ea n dc e m e n tq u a l i t y ，t h ep a p e rm a k e ss u r et h eo p t i m a l c o n t r o lp a r a m e t e r s ；o nt h eb a s i co ff m ef i l t e rm i l lt e c h n i q u e ，t h r o u g ht h ef u r t h e r o p t i m i z a t i o n o ft h em i l l s t r u c t u r e ，g r i n d i n gm e d i ad i s t r i b u t i o n a n dt e c h n i c a l p a r a m e t e r s ，t h el o wc y c l el o a dg r i n d i n gt e c h n o l o g yc a r r i e si n t oe f f e c tt od e a lw i t ht h e c e m e n tm i l li n a d e q u a t ec a p a c i t ya n dt h ep o o ra d a p t a b i l i t yt ot h eo r i g i n a lm a t e r i a l s ； d i f f e r e n tp r o c e s sc e m e n te n t e r p r i s e sa r ee v a l u a t e db yf a c t o ra n a l y s i sa n da c h i e v et h e l j 武汉理工大学硕上学位论文 o r d e ro ft h e i rc l e a n e re f f e c t i v e n e s sp r o d u c t i o nl e v e l t h er e s u l t sr e f l e c tt h a tf l e wd r y p r o c e s sc e m e n tp r o d u c t i o nl e v e l sa r eb e t t e rt h a nt r a d i t i o n a ls h a f tk i l np r o d u c t i o na n d w e tp r o c e s s ，w h i c ht e s t st h ef e a s i b i l i t yo ff a c t o ra n a l y s i si nt h ec e m e n ti n d u s t r yc l e a n e f f e c t i v e n e s s p r o d u c t i o n e v a l u a t i o n a f t e rt h ec l e a n e r e f f i c i e n c yp r o d u c t i o n i m p r o v e m e n t ，h u b e ij i n g g o n gc e m e n te n t e r p r i s ei so v c rt h en o n n a ll e v e li ns i m i l a r t e c h n o l o g ye n t e r p r i s e s t h er e s u l t so fc l e a n e re f f i d e n c yp r o d u c t i o np r o j e c t si nj i n g g o n gc e m e n t e n t e r p r i s e s h o wt h a ti fm e d i u m s m a l l s c a l ec e m e n te n t e r p r i s e sw a n tt om a i n t a i n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t h e ym u s tg i v et o pp r i o r i t yt oe n v i r o n m e n t a le f f e c t sa n d a l s oa t t a c h e sg r e a ti m p o r t a n c et ot h ee n h a n c e m e n to fp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , s ot h a t t h et w oo r g a n i ci n t e g r a t i o n b ye l i m i n a t i n gp o l l u t i o nf i , o mt h es o u r c et ot h ee n d , p o s i t i v ei n t r o d u c t i o no fr e l i a b l ea d v a n c e dt e c h n o l o g ya n dk e ye q u i p m e n t ，r a t i o n a l e f f e c t i v eu s i n go fa ut y p e so fw a s t er e s o u r c e st oi m p r o v ep r o d u c tq u a l i t yr e d u c e p r o d u c t i o nc o s t s ，t h ee n t e r p r i s ea c h i e v e se c o n o m i ca n d e n v i r o n m e n t a lc o o r d i n a t i o n k e y w o r d ：c l e a n e re f f i c i e n c yp r o d u c t i o n ；m e d i u m s m a l l s c a l e c e m e n te n t e r p r i s e s ； f a c t o ra n a l y s i s i l i 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：垄数蛰日期丝2 ：乞 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：翌垂叁壁，导师签名：已圣鸯盘翌日期2 1 安： 注：请将此声明装订在学位论文的目录前。 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 环境问题与可持续发展 从古到今，生态环境始终是人类生存和发展的基础。但环境问题从未像今 天这样突出地影响人类社会。这里所指的环境问题主要是工业化对自然资源与 环境的肆意掠夺和破环造成的自然生态恶化。特别是在过去的2 5 年里，人类 拥有的自然资源快速减少了3 0 ，相当于过去几个世纪消耗量的总和。环境 污染日益严重，由此引发的气候异常、干旱、洪水、赤潮和酸雨等灾害频繁发 生，人类为此付出了惨重的代价。环境问题已成为社会可持续发展的最突出的 矛盾。目前人类面临的环境问题主要表现在以下两个方面： ( 1 ) 由于全球经济，尤其是发展中国家发展速度加快，对资源的需求达 到前所未有的程度，但是资源利用效率相对较低、浪费严重，导致自然资源和 能源加速枯竭： ( 2 ) t 业化伴生的各种有害物质如粉尘、废渣、温室气体及有毒物质等 在人类生活圈日益累积，极大地破坏了生态平衡。 这一严重的生态危机引起了世界各国政治和科学技术界的广泛关注，并于 1 9 9 2 年在巴西里约热内卢召开了“世界环境与发展”大会，提出了“可持续发展 战略”和 2 1 世纪议程。首次强调以可持续发展为中心，把资源、环境与社 会经济发展有机结合，树立资源、环境与发展相互协调的观点。具体而言，可 持续发展俗u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) 的概念是指人口、经济、社会、环境和资源 相互协调的，既能满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危 害的和谐发展模式。这一模式的基础和核心是资源的可持续利用和消费。也即 保证自然生态财富的非减性，承认自然环境承载力的有限性，遵循生态环境系 统所固有的规律1 m l 。 可持续发展是在环境问题已严重危及到人类的生存和发展、传统发展模式 严重制约经济发展和社会进步的背景下提出来的。进入2 1 世纪以后，这一战 略将是整个人类进一步生存与发展的唯一可供选择的途径。 武汉理工夫学硕上学位论文 1 2 水泥工业的特点与可持续发展 水泥是最重要的基础原材料之一，在现代化建设中具有不可替代的作用， 其用量与国民经济发展水平和速度密切相关。但从水泥生产技术和产品的特点 来看，其是典型的资源和能源依赖型产业，必须大量消耗自然资源和能源，同 时大量排放温室、有害气体及粉尘等污染物，因此水泥工业是一个环境负荷较 高的产业门类。但是水泥生产过程和水泥产品本身又能对其它工业和生活废弃 物具有良好的相容性，既可以将各种可燃废物和低劣质燃料有效用于熟料煅 烧，又能通过水泥制备过程中掺入各种工业副产品，实现水泥增产和改性。因 此设法降低水泥生产过程的环境负荷，加强其对各类废弃物的资源化有效利用 显然是水泥工业在2 1 世纪实现可持续发展的必由之路【4 l 。 1 2 1 国际水泥工业的发展趋势 硅酸盐水泥诞生至今，由于其良好的功能性、相对丰富的原料资源和较低 的生产成本，使其在1 8 0 多年后的今天仍然是最基本的、不可替代的建筑材 料。但也必须清楚地认识到，水泥生产过程中资源、能源消耗大、环境污染较 严重的问题对其在2 l 世纪的可持续发展构成了巨大的挑战。 发达国家由于较早的完成了工业化，经历了高速发展和环境矛盾突出的经 验教训，较深刻的认识到可持续发展必须以环境保护为前提，因此在经济发展 的过程中首先考虑其资源和环境效应。对于一个产业的发展，将资源消耗最 低、环境负荷最小，同时生产效率最高作为其追求的目标。在这一指导思想 下，作为水泥工业的发展体现出了以下特征。在工艺技术方面确立以预分解技 术为核心，将现代科学和工业技术的最新成果广泛用于水泥生产的全过程，形 成了一整套具有高科技特征和符合优质、商效、节能、环保要求以及大型化、 自动化的先进水泥生产方法。并且在2 0 世纪9 0 年代以后又出现了水泥生态化 的高潮，即从可持续发展角度开发工业废弃物及城市垃圾等再循环利用技术。 因此可以说以节约能源、资源和环境保护为中心，进行清洁生产和高效集约化 生产，强化水泥生态化技术研究与开发，减少自然资源和能源的消耗，最大程 度减少环境污染，最大限度消纳工业废弃物和城市垃圾等，使水泥工业达到与 环境友好、相容、和谐、共存是世界水泥技术发展的总体趋势1 5 硼。具体而言： ( 1 ) 生产线能力的大犁化 武汉理工大学硕士学位论文 目前5 0 0 0 t d 以上预分解窑生产线已成为主流，正拟兴建能力达1 2 0 0 0 t d 的最大生产线。随着单机能力的大型化，生产效率和集约化程度空前提高，国 际大型水泥集团的规模一般都达到数千万吨乃至一亿吨以上。 ( 2 ) 生产与管理信息化 主要的成绩是运用信息技术，开发各种工艺过程的专家系统和数字神经网 络系统，实现大型化水泥企业远程诊断和操作，保证水泥生产稳定和质量良 好。同时，企业的科学管理也是近年来国外水泥工业在信息化、智能化领域中 所进行的主要工作之一，从而使得现代水泥生产企业的生产与管理达到了前所 未有的高水平。 ( 3 ) 水泥生态化技术的发展 2 0 世纪7 0 年代开始，一些水泥公司已研究和推进废弃物替代自然资源的 工作，随着可持续发展的观念得到日益重视。9 0 年代中期，日本出现了e c o - c e m e n t 水泥厂，生产中城市垃圾焚烧灰和下水污泥的配料量已近5 0 ，2 0 0 2 年日本全国水泥厂的平均废弃物利用量在3 3 5 k g t 水泥以上。欧洲对可燃性废 弃物在回转窑上的应用也取得了突破性进展，法国l a f a r g e 公司的可燃废弃物 替代率已超过5 0 。美国水泥厂对有毒有害废弃物处置已有很好的经验 9 - 1 0 l 。 目前已开发出用于处置废弃物的破碎机、分选机、燃烧器、专用燃烧炉、环境 状态检测装置和仪器等，并且有关防止二次污染技术、生态水泥混凝土的性能 研究等也方兴未艾。 1 2 2 我国水泥工业发展现状 自改革开放以来，中国经济始终保持高速的发展，水泥工业作为国民经济 的支柱产业之一，其发展速度相对于国民经济的总体发展更具有一定的超前 性，因此从1 9 8 5 年起我国水泥产量一直居世界第一。特别是加入w t o 以后， 经济发展快速融入世界经济大格局，进一步促进了水泥工业的超常规发展， 2 0 0 5 年水泥总产量达到1 0 6 4 亿吨，占世界总产量的4 0 以上。但是从水泥工 业的产业结构而言，仍然存在诸多问题，主要是落后生产工艺比重仍大，企业 平均规模过小，产品质量等级偏低，具体表现为： 1 水泥产量和水泥工艺现状 “十五”以来，伴随我国经济的快速发展和固定资产投资的迅猛增长，我国 水泥产量大幅提高，由2 0 0 0 年的5 9 7 亿吨到2 0 0 5 年的1 0 6 4 亿吨，平均年增 3 武汉理工大学硕上学位论文 长率超过1 2 ；其中新型干法水泥产量从6 0 6 0 万吨到4 7 3 7 1 万吨，平均增长 率超过了5 0 ，具体情况见表1 - 1 1 1 1 】，图1 - 1 。但是由于前期立窑水泥比重过 大，新型干法水泥占水泥总量的比重仍未达到5 0 。再从水泥工艺技术的发 展情况看，一方面落后的立窑工艺还占据主要份额，另外，作为预分解窑而 言，2 0 0 0 t d 以下的中小型工艺线也占到新型干法生产线总数的3 0 以上，其技 术水平与国际先进水平相比存在很大的差距。 表1 1 ：近5 年水泥和新干水泥产量增长与增速 水泥产量 新型干法水泥产量 年份 ( 万吨)同比增长( 万吨)同比增长新干产量比 ( )( ) 重( ) 2 0 0 05 9 7 0 04 1 96 0 6 0 8 6 01 0 1 5 2 0 0 16 6 4 0 01 1 2 28 2 2 03 5 6 41 2 3 8 2 ( ) 【) 27 2 5 0 09 1 91 2 2 7 04 9 ”1 6 9 2 2 0 0 38 6 2 0 0 1 8 91 8 8 4 05 3 5 52 1 8 6 2 0 ( ) 4 9 7 0 0 0 1 2 5 33 1 4 8 06 7 0 93 2 4 5 2 0 0 51 0 6 4 0 09 6 94 7 3 7 1 5 0 4 84 4 5 2 二 忍2 翻水泥总产量 。一新型干法水泥产量 4 5 4 0 3 5 8 蘑 7 2 5 葺 蠢e 图 雾 2 0 1 5 4 冀 - - 一 1 0 2 ： 5 n 2 0 0 02 0 0 j2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 年份 图1 - 1 ：2 0 0 0 2 0 0 5 年中国水泥产量 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 水泥企业结构 “十五”以来，通过对水泥产业结构调整，淘汰落后的立窑生产力，截止 2 0 0 5 年底，规模以上水泥企业总数从8 0 0 0 多家减少到5 1 7 7 家。企业平均规模 也从1 3 4 万吨上升到1 9 7 万吨，但是地区问结构调整仍不平衡，新型干法企 业比重在相当多的地区仍然偏低，且其规模也偏小见图1 - 2 ，表1 - 2 | ”。由于国 内水泥企业平均规模还不到2 0 万吨。排名前十位的大型水泥集团总能力只相 当于世界水泥工业第一位的法国拉法基集团一家的产能，再与亚洲有关国家水 泥企业的平均规模的比较来看，日本为4 0 0 万吨，韩国为6 0 0 万吨，印度也达 到1 7 5 万吨。企业集中度和生产集约化程度过低，小企业过多，导致行业的自 我调节能力和技术提升能力弱，阻碍了我国水泥工业的健康发展。 图1 - 2 ：各种窑型熟料生产能力比例 表1 - 2 ：截至2 0 0 5 年投产的新型干法熟料生产线 规模( t d )7 0 0 9 0 01 0 0 0 1 1 0 0 - 1 4 0 01 5 0 0 一1 8 0 02 0 0 02 3 0 0 2 8 0 0 生产线数( 条) 4 1 1 4 2 7 52 6 4 6 1 6 5 熟料能力( 万妇) 9 1 64 4 0 2 2 8 2 41 2 5 62 8 5 21 2 7 7 5 占熟料总产能比 2 1 21 0 1 9 6 5 41 9 16 6 02 9 5 7 ( ) 规模( 枷) 3 0 0 0 3 5 0 04 0 0 0 - 4 5 0 05 0 0 0 一8 0 0 0 l o o o o 合计 生产线数( 条)1 61 5 8 546 1 5 熟料能力( 万l a ) 1 5 2 8 1 8 8 2 1 3 5 2 21 2 4 0 4 3 1 9 7 ，熟料总产能比 ( ) 3 5 44 3 6 3 1 3 02 8 71 0 0 0 0 武汉理工大学硕士学位论文 3 水泥工业的环境影响 由于工艺过程的特点，在水泥生产过程中不仅要消耗大量的天然资源和能 源，还要向大气中排放大量的有害气体，如c 0 2 、s 0 2 、n o i 和粉尘。据统计 【”l ，国内水泥生产能耗占全国工业能耗总量的6 5 ，占建材工业能耗的 4 1 5 6 ，其能源成本占生产总成本的3 5 - - 4 0 。同时，其废气排放量占全国总 量的6 0 5 5 ，占建材工业总量的8 3 7 1 。水泥工业的这种高环境负荷特点显 然对可持续发展战略的顺利实施有很大不利影响。但另一方面，尤其对于新型 干法水泥窑，其具有大量消纳各种工业废弃物及生活垃圾的优异功能，这是水 泥工业对环境影响的最突出的有益影响。通过充分合理地运用各种相关高新技 术成果，可以最大限度的利用工业固体废弃物作为代用原料、替代燃料及混合 材生产水泥，既处置了废料，又节约了资源和能源，使水泥工业成为环境材料 型工业。 1 72 3 我国水泥工业与世界先进水平的差距 1 新型干法水泥技术经济指标的比较 由于历史原因，我国新型干法技术的发展相对较慢，中小型生产线占有较 大比重，虽然近几年建设的大型预分解窑生产线技术含量较高，但不同类型的 水泥窑由于生产规模、工艺水平、原料特性、管理和员工素质等多因素影响， 经济技术指标差别很大。与国外水平相比较，国内大型生产线与国际一般水平 相当；但国内一般水平与国际水平的差距就明显了，特别是与国际先进水平相 比的情况。具体对比见表1 - 3 儿j 。 表1 3 ：国内新型干法生产技术指标与国际水平比较 国际水平国内水平 项目 国际先进水平 国际般水平 国内先进水f国内一般水平 熟科烧成热耗 ( k j k g ) 2 8 4 2 2 9 7 02 9 7 03 3 4 4 - 3 7 6 2 水泥综合电耗 ( k w h t )8 5 9 5 - 1 0 0 9 0 9 51 1 0 熟料强度( m p a )7 0 6 56 25 8 窑系统年运转率( ) 9 5 8 5 9 0 8 0 劳动生产率( t 人- a )1 5 0 0 0 2 0 0 0 08 0 ( ) 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 2 0 ( ) 0 窑尾粉尘排放 ( m g n m )2 0 0 0 5 05 01 0 0 窑尾烟气排肢n o ， ( m g n m 3 ) 2 0 0 5 0 0 5 0 01 2 0 0 窑尾烟气排放s o z ( m g n m 3 ) 5 0 水泥工业可持续发展是一种全新的工业发展模式。新发展模式要求 水泥工业生产从产品设计、原料选择、工艺改革、技术进步和生产管理等各个 环节入手，节约使用能源和资源，把污染尽可能控制在生产过程中，从而降低 企业的生产成本，提高经济效益，减少或消除环境污染，为下一代留下足够的 发展资源和良好的环境。 ( 2 ) 水泥工业发展强调工业资源和能源的节约及循环利用。可持续发展 体现在水泥工业领域中最突出的一个要求，就是要注意自然资源的合理开发与 节约利用，既要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不以牺牲后 代人的利益为代价来满足当代人的发展。 ( 3 ) 水泥工业可持续发展强调水泥工业的增长不能以生态环境破坏为代 价。但由水泥生产的特点必然会产生一定的污染和生态环境破坏，尤其在中国 正处于工业化快速推进阶段，物质需求膨胀，发展与环保的矛盾比较突出，技 术和管理素质相对较低，部分企业环保意识薄弱，导致环境管理陷入“末端治 理”的怪圈，使得中国水泥工业的发展对环境和生态的影响趋于严峻，因而要切 实避免重蹈西方国家“先污染、先破坏、后治理”的覆辙。 武汉理工大学硕t 学位论文 ( 4 ) 水泥工业可持续发展强调水泥产品制造要以有益健康、环境友好为 标准。因此，设计和生产水泥及制品，必须把关心健康和环境作为一个重要标 准。这也是实现水泥工业可持续发展的重要内涵。 1 3 清洁效能生产课题的提出 由于全球工业化进程造成的自然资源和能源的快速消耗及由此导致的环境 和生态破坏对人类社会的可持续发展提出了严峻的挑战，为了解决这一难题， 联合国环境规划署( u n e p ) 于1 9 8 9 年正式提出清洁生产的概念。并于1 9 9 6 年 进一步对其进行全面的定义1 1 9 - 2 0 ：“清洁生产是关于产品生产过程的一种新 的、创造性思维方式，意味着将整体污染预防战略持续运用于生产过程、产品 和服务中，以期增加生态效率并降低对人类和环境的风险”。对生产过程，要求 节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，削减所有废物的数量和毒性；对产品， 要求减少从原料提炼到产品最终处理的全生命周期的不利影响；对服务，要求 将环境因素纳入设计和所提供的服务中。” 我国结合国情在中国2 1 世纪议程中则进一步明确：清洁生产是指既可 以满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源，并能保护环境的实用生产方 法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和措施，将废 物减量化和无害化，或消灭于生产过程之中。同时对人类和环境无害的绿色产 品的生产亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方 向。 从以上有关清洁生产的定义不难看出，其关心和强调的是在所有的生产活 动中，都要首先考虑防止和减少污染，并且要注重从源头抓起，贯穿到产品的 全部生产和消费过程的每一个环节，而非被动的末端治理，无疑这一思想是非 常正确的。但是具体结合我国水泥工业的实际，特别是中小型水泥企业的实 际，必须看到一方面由于经济建设快速发展客观上对原材料的旺盛需求，促使 企业必须尽可能提高生产潜力；另一方面，客观上中小型干法水泥企业技术与 管理水平又相对较落后，生产过程中体现的环境负荷状况比较高，显然要合理 协调以上两方面的矛盾，将提高生产效率和环境效益两者有机结合起来对我国 水泥工业的可持续发展是一个极具现实意义的课题，简要概括而言，可称为清 洁效能生产技术。 9 武汉理工大学硕士学位论文 课题主要针对在我国数量众多的中小型新型干法水泥生产企业所存在的普 遍问题，通过对水泥生产过程中易造成环境污染的薄弱环节进行分析，依据从 源头预防入手，结合原料、产品、生产工艺、能耗、物耗、操作和管理等方 面，制定相应的解决方案和攻关目标，并有针对性地进行相关高新技术和装备 的筛选，集成优化，并落实到“水泥清洁效能生产”的攻关实践中去，实现水泥 生产低消耗、低污染、高产出、高效益。同时还要充分认识与发挥新型干法工 艺技术能大量消纳各类废弃物的优异功能，不仅实现自身的清洁高效生产，而 且对全社会的生态环境改善所能起到的独特促进作用。 1 4 课题研究的主要内容和技术路线 1 4 1 课题的主要研究内容 本课题主要进行以下三个方面的研究，首先在软件方面针对中小型干法水 泥企业的具体特点，确定清洁效能生产体系的概念，包括清洁效能生产的定 义、实施范围、考核目标等；第二方面重点为技术实践环节，以清洁生产为前 提，研究分析生产过程中容易造成环境污染的薄弱环节，采取相应的有效技术 措施实现源头预防，并在此基础上按照优质、高产、低耗的原则优选先进可靠 的高新技术和装备，有机集成，用于生产过程，同时进行各类废弃物在产品生 产中的优化利用，从而实现清洁效能生产；第三个方面，探讨对清洁效能生产 技术效果的评价方法，以获得全面、科学合理的评价体系。 1 4 2 课题研究的主要技术路线 课题的实施程序以湖北荆工水泥股份有限公司( 5 1 3 0 t d 悬浮预热窑生产线为 基础，通过检测分析明确引起系统污染的主要薄弱环节，采用针对性技术改进 措旌实现污染预防：结合工厂实际确定相应的增产节能降耗攻关目标，优选先 进可靠的新技术、新装备，如：新型高效窑用煤粉燃烧器、高掺量粉煤灰与煤 矸石配制优质水泥等，实现提高产质量的同时显著改善环境质量，使环境与效 能有机结合；研究有效综合利用粉煤灰、煤矸石等废弃物降低生产成本，改进 产品性能，变废为宝，充分发挥水泥生产消纳废弃物的优异环保功能；探讨采 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 用因子分析法对水泥企业清洁效能生产技术水平评价的应用，为本技术的实施 提供客观合理的评价依据。 武汉理1 = 大学硕士学位论文 第2 章水泥工业清洁效能生产模式探讨 2 1 水泥工业中的清洁效能生产 2 1 1 水泥工业清洁效能生产的定义 水泥工业清洁效能生产是：在水泥生产过程中，采用可靠的先进生产技术 和装备，优化生产工艺，合理使用自然资源和能源，有效利用废弃物，从生产 源头消减污染，并贯穿始终，提高效率，节约能源，实现经济与环境的相互协 调【2 1 删。 2 1 2 清洁效能生产的范围 水泥产品的生命周期包括：“原料和燃料生产制造包装出厂 工程使用废弃循环使用”。其中清洁效能生产主要是指水泥产品的生 命周期前三个环节【2 4 侧。水泥工业的清洁效能生产不考虑产品出厂后的工程应 用、再利用以及废弃等环节的内容。 ( 1 ) 控制范围 水泥工业的清洁效能生产范围是从石灰石原料矿山( 其他原料是从到达厂 内) 开始，直到产品出厂为止，包括了生产的全过程。 ( 2 ) 内容 水泥工业清洁效能生产的内容，包括在水泥生命周期( 原燃料一生产制 造包装出厂) 三个环节，即： ( 1 ) 原料、燃料：能台使用低品位的原燃料，能否使用替代燃料和原料， 是有效利用资源的关键； ( 2 ) 生产制造：在加工生产过程中，采用先进装备和技术集成，降低各种 消耗指标和减少排放或不排放污染物，即从源头上进行有效控制，解决末端治 理存在的问题； ( 3 ) 包装出厂：中央化验室要对产品严格检测，产品要符合工业标准和不 含有毒有害物。尽量散装出厂，可节省大量制袋所需的木材等原料以及造纸用 水。 武汉理工大学硕+ 学位论文 2 1 3 清洁效能生产的目标 清洁效能生产是实现水泥工业可持续发展战略的要求，它推动了以环境保 护为基础的绿色建材的蓬勃发展。水泥清洁效能生产技术突破了被动性环境末 端治理的旧模式，不仅强调水泥生产过程的环境保护，更要充分发挥水泥生产 优异的废物消纳功能，并强调具体生产过程的高效率，使水泥生产在实现清洁 生产的同时，获得更高的经济效益和可持续发展动力。具体来说水泥工业清洁 效能生产的目标是： ( 1 ) 通过资源的综合利用，天然资源的高效利用或代用，二次资源的利用 及节能、降耗、节水，减缓石灰石、粘土、煤炭、水资源的耗竭并获得更高的 经济效益。 ( 2 ) 减少废物和污染物的生成和排放，使水泥产品与环境相容，降低整个 水泥工业生产活动中人类和环境的风险。 ( 3 ) 在低环境负荷条件下，通过技术改进和提升，显著提高生产效率。 2 1 4 水泥工业清洁效能生产的技术途径 清洁效能生产技术是以清洁效能生产为目的环境工程技术与行业相关技术 紧密结合的技术，它致力于污染源削减、环境负荷削减、提高效能。结合我国 实际，目前清洁效能生产可以从以下途径实现【2 7 埘】。 1 选择先进的生产工艺和装备 目前我国水泥的生产方法主要有三种：新型干法预分解窑、立窑及其它回 转窑。其中新型干法预分解窑占熟料总产能的3 2 1 5 ，立窑占5 6 1 9 1 1 1 l ，其 它回转窑占1 0 1 6 。新型干法水泥生产工艺是目前最先进的水泥生产工艺。要 想实现水泥工业的清洁效能生产，必然要将现存的回转窑生产线( 中空窑、湿 法窑和立波尔窑等) 改造成新型干法生产线，尽快淘汰落后的立窑生产；同 时，提倡水泥企业开发、使用大型、高效、智能、环保型的各种分解炉、预热 器、篦冷机、立式磨、高温风机、破碎机、辊压机、预均化堆场所用的堆取料 机以及其它节能新型设备1 2 7 1 ，或在原有设备的基础上进行技术改进；以达到降 低各种消耗指标和减少排放或不排放污染物，从而提高企业的经济效益! 社会效 益和环境效益。 2 合理有效的利用自然资源 武汉理工大学硕士学位论文 我国石灰岩储量虽然丰富，但人均占有水平低、分布不平衡，某些地方资 源短缺，石灰岩又属不可再生资源，利用计算机控制矿山不同品位矿石搭配开 采，扩大使用低品位石灰石，合理地、更有效地利用石灰石资源；还可优化原 料预均化机电一体化设备、采用物料混合均化的预均化堆场及应用在线计量连 续测试物料成份的自动分析系统；利用“整体流”和“漏斗流”技术改造老储库， 进一步优化完善“生料均化链”，改善均化效果，提高生料质量；合理地利用 资源，提高资源利用效率。 3 综合利用工业废渣i 卅 ( 1 ) 用煤研石、粉煤灰、钢渣、铜渣、磷渣、磷石膏、铅锌渣、电石 渣、碳化渣、选矿尾矿、城市生活污水处理的污泥等固体废弃物生产水泥，如 用煤研石、粉煤灰替代粘土配料或作为水泥混合材，节约粘土、石灰石和石膏 资源，降低环境负荷，同时降低水泥成本、提高经挤效益。 ( 2 ) 燃用低挥发份、低热值燃料。通过高效燃烧器应用，燃用低挥发 份、低热值燃料，节约优质燃料，降低其环境负荷。 ( 3 ) 燃用可燃性废弃物、垃圾。采用新型多通道混合燃烧器，促进燃用 各种工业可燃废料废液、可燃性垃圾。如北京水泥厂于1 9 9 9 年5 月开始利用 水泥回转窑试烧废油墨渣、树脂渣、油漆渣、有机废液，同时在试烧处理过程 排出废气中有机有害物及重金属的排放浓度和排放量远远低于允许排放标准。 丝毫不影响其水泥和混凝土的物理化学性能和环境功效。消除了二次污染，实 现了工业废弃物的无害化、资源化和产业化处理。 4 余热利用 在水泥厂热工工程的单位操作中，有很多余热产生，目前主要利用窑尾预 热器排气的4 0 0 以下余热和窑头冷却机2 0 0 左右的低温废气，在确保煤磨 和原料磨的烘干所需热量后，剩余的废热通过余热锅炉回收生产蒸汽进行纯中 低温余热发电口。天津水泥工业设计研究院作为“八五”攻关项目，开发并逐步 完善了两种发电系统：带补燃锅炉的中低温余热发电系统以及不带补燃锅炉的纯 低温余热发电系统。 5 从工艺管理与操作中削减污染 清洁生产技术与工艺系统、操作过程密切相关，中间粉料输送、提升过程 转落处降低落差，必要的高落差放料采用“软着陆”，可大幅度减降扬尘产生 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 量：加强工艺系统密封，杜绝“跑”“冒”“滴”“漏”，可明显减降水泥厂 的产尘点和扬尘无组织排放。 回转窑简体、烘干机筒体两端动态连接改善密封，减少事故性跑料、跑 灰，减少漏风、减少废气量和物料流失；每个工艺操作单元进料、出料都要设 置计量装置，准确监控每个工艺操作单元的物料流失；提高资源利用效率，减 降水泥厂的污染源粉尘。 水泥卸、装、运、储、用采用散装水泥技术，采用密封装、卸、运输方 式，解决好破包问题，可减少水泥粉尘排放，同时，可降低水泥包装袋的消 耗，降低生产和使用的成本。 2 2 清洁效能生产的评价 目前，我国仍没有形成一套系统的成熟的评价方法对清洁生产进行评价， 、对其应用最多的评价方法是一种环境评价方法生命周期评价( l i f cc i r c l e a s s e s s m e n t ) 。 生命周期评价是通过确定和量化相关的能源、物质消耗、废弃物排放，来 评价某一产品、过程或事件的环境负荷，并定量给出由于使用这些能源和原材 料对环境造成的影响；通过分析这些影响，寻找使环境影响达到最小的时机和 方法。评价过程强调从原料的提取与加工、制造、运输、使用、维持、循