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贾华平:水泥技术的发展与展望

 

发布时间:2019-08-23  字号:【

  一、追求生态文明  追求生态文明,首先是解决环境污染问题。水泥生产的污染源,主要是生产排放的废气。而废气中的污染物,主要有粉尘、二氧化硫和氮氧化物等。  

  1、就粉尘治理来讲,经过几十年的发展,已经发生了翻天覆地的变化。 

  晴天“扬灰”厂,雨天“水泥”厂的状况早已成为历史,现在的水泥厂都已经成为花园式工厂。 

    

    2、二氧化硫和氮氧化物的治理,已达到世界领先水平。 

    拿最难治理的氮氧化物来讲,与世界上环保最严的德国相比。德国在2018年才降到200毫克,我国多数地区已经降到100毫克,而且个别地区已经自发的降到50毫克(这是部分地区超低排放的标准)。 

    

  河南宏昌公司SNCR+(高温电除尘+SCR)脱硝系统 

    目前,世界上能够实现氮氧化物超低排放的措施,只有SCR技术。但SCR技术,不仅存在氨逃逸问题,而且采用V2O5/TiO2系催化剂。美国、欧盟环境署、中国国家环保部已经将V2O5定为剧毒污染物,还存在一个催化剂回收处理问题。 

    可喜的是我国的南京工业大学,已经开发出环境友好型低温催化剂。无须喷氨、不存在氨逃逸问题,无毒无害、不需要回收。目前,已经在青海、江苏几条水泥窑试验,能稳定达到50毫克以下,多数运行在20-30毫克之间。进一步定型后,即可大面积推广。 

    3、处理生活垃圾、消纳其他工业污染。 

  水泥行业不仅解决了自身的环境污染问题,而且还消纳了大量的废矿和工业废渣,而且还很好的开发了垃圾处理和危废处理,正在为整个国民经济的生态文明作出贡献。 

  二、实现绿色发展 

    绿色发展的概念,除了前述的污染治理和废物利用以外,还包括减少各种资源消耗,特别是不可再生的矿物资源,当然包括二次能源-电能。 

    1,对现有工艺的优化 

    减少能源浪费-流化床水泥窑的开发。流化床水泥窑,将现有预分解系统的预热、分解、煅烧、冷却集成一体,大大简化了系统工艺。缩短了工艺流程、减小了系统阻力、降低了电耗,减小了散热面积、减小了散热损失、降低了热耗;特别是取消了最难维护管理的回转窑和冷却机,既降低了电耗和热耗,又简化了管理、提高了装备的可靠性和运转率。 

    流化床水泥窑,与现有的预分解工艺相比:投资进一步降低,占地大幅度减少,系统更加简单,管理更加方便。特别是,熟料电耗降低约20%,熟料煤耗降低20%。 

  世界上第一台,也是截止目前唯一的一台,淄博1000t/d流化床烧成系统。 

    2,对能源结构的优化减少对矿物能源的消耗 

    国家发改委(2019年3月份)联合7部门,发布了《绿色产业指导目录》,将绿色发展分为:①节能环保、②清洁生产、③清洁能源、 ④生态环境产业、⑤基础设施绿色升级、 ⑥绿色服务。 

  对水泥行业来讲重点是:①节能环保;②清洁生产;③清洁能源。   

    在①节能环保方面,主要是抓好高效节能、先进环保、循环利用、废物利用,等技术装备的研发和推广; 

    在②清洁生产方面,主要抓好生产全过程的废物减量化、资源化、无害化,等技术装备的研发和推广。 

    在③清洁能源方面, 比如取消矿物能源,不允许水泥行业再使用煤炭、甚至石油等矿物燃料。 

    2019年3月26日国际能源署又发布了全球碳排放报告,2018年全球与能源相关的CO2排放,较2017年又增加1.7%,达到330亿吨,再次疾呼:“再次凸显各方需要采取紧急行动的迫切性,开发清洁能源的解决方案”。 

  2017年底,我国工信部曾对钢铁、水泥行业做过用电替代燃料的调查。这不是没有可行性,比如利用地热。2017年我国在青海共和盆地钻获的高温干热岩体,初步勘探按照2016年的能源消耗,可以使用2900年(没有打错,就是2900年),而且不会产生任何污染。 

    既有需求、又有资源、还有效益,为什么不干?肯定是一个方向。或许只是一个时间问题,我们必须有所准备! 

    3,颠覆现有生产工艺,从根本上减少消耗、降低浪费 

    现有水泥生产已有100多年的历史,虽然在技术和装备上取得了很多、很大的进步,但在工艺原理上始终未能突破。然而,随着现代技术的发展,现在可能已经具备了突破的条件。 

    我们先来看一张水泥工艺原理图,看看有没有问题、有没有潜力可挖。 

    我们知道,所谓混凝土实际上就是一种人造岩石, 而大自然中的岩石并不都是经过高温合成的。根据矿物学 P-T-t 成矿原理,大自然用了压力、温度、时间三个资源,而我们的水泥熟料生产只用了 T-t 两个资源,如果我们也把 P 引进来会怎么样呢? 世界上已经有人在做这方面的研究,而且已经取得了实验室成果,正在向工业化推进。 

    三,关于智能水泥厂 

    第四次工业革命的浪潮已经掀起,5G时代的呼声越来越高,工业物联网时代即将全面开启。而且,必将为以智能工厂、智能运输、智能物流为主题的工业4.0奠定基础,智能工厂跃跃欲试。水泥行业也不甘落后,包括中国建材、海螺等水泥龙头企业,也开始了建设自己的智能工厂。 

    1、什么是智能工厂? 

    智能应该具备的起码能力:一是具有感知能力; 二是具有记忆和思维能力;;三是具有学习和自适应能力; 四是具有行为决策能力。 

    所谓智能制造,并不单单是生产制造上的自动化、智能化,准确的说,自动化、机器人、无人化都不等于智能化!更是应用到从数据层的机器视觉、射频识别、传感器等,到网络层的物联网、大数据、云计算等,再到执行层的智能装备、机器人、3D打印等,最后形成智能工厂的总体方案,而且其产品也必须是智能的。 

    根据工信部《智能制造发展规划(2016-2020年)》,对“智能制造”的定义:“智能工厂”涵盖:智能装备集成、计算机辅助工具、生产管理、供销系统,通过大数据、物联网、云计算实现智能化互操互控、生产出智能产品,进而实现生产资源、装备运行、工艺流程、业务流程、资金流程的动态协同配置,总体构成智能工厂。 

    所谓智能装备,属于上游装备制造厂的智能产品。对自身关键部位的关键参数,诸如油品、上油、过水、位移、温度、振动等,具有感知、分析、推理、决策、控制、外传功能,能方便接入智能工厂的集成系统、方便智能工厂的运行管理和维护维修。 

   智能工厂具有如下特点:  生产厂通过物联网获取定制,通过物联网把原料和生产设备连接起来,根据用户喜好的特性,适时多品种、小批量、差异化针对性定制生产,再通过智能物流系统发送给用户;  而且其产品也必须是智能的,可以收集用户信息通过物联网上传给生产厂,方便生产厂提供售后服务和优化改进,进一步获取附加值;  而且生产设备也是智能的,通过物联网实时上传数据反映自身状况,方便生产厂调剂任务和检修维护、方便原有设备制造厂的优化改进和售后服务。  

    智能工厂的广义发展,智能工厂不可能独立存在,每个智能工厂都必须通过物联网,将它的上游生产厂和下游生产厂联接起来,人类劳动最终被人工智能取代。如果你的产品不是智能的,将无法与上下游的智能工厂联接;因此,也无法在智能化时代赢得市场! 

    我们的水泥呢?也应该向智能产品迈步了!谁先行一步谁就会赢得主动,谁落后一步谁就会被动挨打。 

    2,关于智能水泥厂建设 

    中国水泥从1996年4.9亿吨拿下世界第一后,就一路领先到现在,规模不可谓不大; 但劳动生产率还有待提高。国内5000t/d单线用工多数还在200人左右,先进水平的也在100人左右;而泰国同等规格的“老城堡”水泥厂,每班只有3个人,主要是应付突发事件。其中中控室1人(而且包括化验室所有职能)、现场巡检2人。 

    如此高的生产效率,一是要有可靠的装备运行,二是要有高度的自动化和智能化。高度的智能化,离不开大数据。 

    智能水泥厂的建设是一个庞大的工程,目前尚处于起步阶段,控制原理尚需要突破、特别是大数据需要逐步积累。因此,不一定就要建设严格意义上的智能水泥厂,不妨先行起步建设智能化水泥厂。把目标定的过高,只能坐失发展机会! 

    装备、工艺、监测、计量、程控、可视、统计、分析、建档、物联等,这些基础的东西,不仅是智能水泥厂的必须,对提高现有企业的运营水平也是卓有成效的。如果这些条件不具备,在建设真正的智能水泥厂以前,不妨先在这几方面给予完善提高,这就是智能化水泥厂。 

    智能水泥厂建设不可能一步到位,特别是大数据需要自己逐步积累,别人替不了你,智能工厂的建设总是在逐步优化中完成的。 

  不完善不可怕、不到位不可怕,可怕的是一味的强调完美、到位,迟迟不肯起步! 

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