[原創(chuàng)]胡道和：淺談水泥工業(yè)未來發(fā)展之路
來源：中國水泥網北京新聞中心 鞠麗 發(fā)布日期：2012-09-14
核心提示：胡道和，新中國培養(yǎng)出的第一代大學教師，很早就從事水泥專業(yè)的教學與科研工作，是水泥教育界的老前輩，是治學嚴謹，銳意創(chuàng)新的全國優(yōu)秀教師。她將畢生精力都奉獻給了教育和水泥事業(yè)。
“古之學者必有師。師者，所以傳道授業(yè)解惑也?！?
胡道和，新中國培養(yǎng)出的第一代大學教師，很早就從事水泥專業(yè)的教學與科研工作，是水泥教育界的老前輩，是治學嚴謹，銳意創(chuàng)新的全國優(yōu)秀教師。她將畢生精力都奉獻給了教育和水泥事業(yè)。
胡道和教授主要從事水泥工業(yè)技術開發(fā)、研究和教學工作，籌建了“硅酸鹽工程”新專業(yè)，先后承擔“六五”、“七五”、“八五”國家科技攻關任務，開展了一系列有關窯外分解、磷石膏聯(lián)產水泥和硫酸新技術的基礎研究和開發(fā)創(chuàng)新性研究，并多次榮獲國家級獎項。
近日，中國水泥網記者專程采訪了胡道和教授，深入交流了關于水泥工業(yè)的發(fā)展方向、節(jié)能捕碳、沸騰爐煅燒等諸多水泥行業(yè)前沿問題。通過采訪，我們也深深感受到了胡道和教授雖然已經是滿頭白發(fā)，但依舊沒有停止對水泥行業(yè)發(fā)展的思考和探索，還在為水泥行業(yè)的發(fā)展四處奔忙。
根據生產特點 思考水泥工業(yè)發(fā)展方向
在談到水泥工業(yè)的未來發(fā)展方向時，胡道和教授表示，首先要正確看待水泥工業(yè)的正負兩方面的特點，才能明確其發(fā)展方向。水泥工業(yè)是高溫重化工行業(yè)，能耗排放都特別大。曾有人形容水泥行業(yè)是“用能大戶，排放巨人”。據粗略估算，生產一噸水泥熟料要耗標煤100kg，排放CO2800kg，這也是水泥行業(yè)目前最大的困擾。但同時我們也應看到其優(yōu)勢所在，例如：回轉窯燒成系統(tǒng)具有連續(xù)溫度分布區(qū)，且其高溫環(huán)境可達1650℃，高溫位穩(wěn)定，容積大，處理固體物料能力強，本身產能大，熱容量大，抗干擾能力強。綜上所述特點，水泥工業(yè)應以綠色經濟為目標，以科學發(fā)展觀為指導思想，朝著資源利用（變廢為寶）、節(jié)能減排（環(huán)境保護）和技術創(chuàng)新（工藝、裝備）的方向發(fā)展。
鑒于此，她提出了幾點寶貴建議：
首先是“外聯(lián)”，即充分利用本身特點與其它行業(yè)聯(lián)手，開辟水泥生產的新局面。
一、與環(huán)保工業(yè)聯(lián)手：將大量生活生產中的各類廢棄物作為資源加以利用。當前城市垃圾處理問題，正在引起各方重視，且技術上多有進展。但各種處理方法中，以利用回轉窯處置城市垃圾的技術方案最為理想。首先是因為回轉窯可吸納固體物質范圍廣，有機物可做燃料，無機物可做原料。其次因回轉窯本身容量大，處理垃圾量大，且不會影響窯本身的熱穩(wěn)定性，對熟料產量、質量均無影響。同時垃圾具有一定的熱值，可代替一部分燃料，達到節(jié)能的目的，其排放量也比煤稍小，且不易產生二次污染。水泥窯協(xié)同處置城市垃圾，如技術過關并大力推廣后，可以解決全國市政工作中的一大難題，具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經濟效益，市場前景廣闊，理應作為水泥行業(yè)的發(fā)展方向之一。
二、與化學工業(yè)聯(lián)手：對化工廠各類廢渣，以及有毒有害廢棄物的處理，使資源得以充分利用，如：磷石膏聯(lián)產水泥和硫酸；電石渣經處理生產輕質碳酸鈣CaCO3等等。
三、與冶金工業(yè)聯(lián)手：如用于貴金屬的富集。有些貴金屬如鍺、鎵、銦等資源很稀缺，大部分為貧礦，開采成本很高。但這些貴金屬有在高溫下氣化的特點。如伴生礦成分合適，則可將貧礦粉送人回轉窯經高溫處理后，氣化了的貴金屬會粘附在窯內飛灰上，收集后使其成份得到富集，可供冶金工業(yè)做原料。
四、與能源工業(yè)聯(lián)手：當前能源工業(yè)正在大力開展“微藻制油”技術的開發(fā)?！∥⒃迨且环N低等單細胞植物，種類有數萬種。微藻在一定條件下，生長速度非?？?，為普通植物的數百倍。其中有一種微藻以CO2為原料，以陽光照射為生長條件，通過光合作用，再經誘導反應可以轉化為脂類，這種藻被稱為油藻。油藻在成長過程中可捕捉大量的CO2，，據估計每噸油藻可吸納CO21.8～2噸，其油脂含量可達50～70%（干基），熱值在4500～6500kcal/kg藻。成熟油藻經過采收、提取，干燥等預處理后，可制得各類油品。
面對資源的日益減少，本世紀初油藻煉油技術的開發(fā)引起美國、日本、加拿大、以色列、荷蘭包括我國在內的極大關注，開展了有效的研究工作。目前已取得相當成果，這些油品已成功用于汽車、航空等工業(yè)。預計2012-2015年將有工業(yè)化規(guī)模投入使用。
“目前存在的主要問題是，高效光生物反應器的設計與應用尚待完善，且反應器占地面積大，總成本還偏高。但恩格斯很早就指出‘社會需要是科學研究最大的推動力’。我相信在目前化石燃料資源即將枯竭，油價猛漲的形勢下，這一創(chuàng)新技術的完善與應用將指日可待”，胡教授說。
至于“內功”方面，是對水泥工業(yè)本身而言，要求在生產技術和設計理念方面“苦練內功”。要努力實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)化（目標函數可以是產量、質量、能耗、成本等）；資源利用率的最大化（根據資源條件設計新流程，開發(fā)新設備）以及水泥品種的多樣化（如低鈣水泥、混合組成水泥等）。
具體的說，應該開發(fā)全系統(tǒng)優(yōu)化設計程序與數學模型；開發(fā)聯(lián)產新工藝和專用設備；完善個性化設計；強化新品種水泥的開發(fā)研究。此外，調查、考核與再評估某些既定限制指標，如：粉塵排放指標、NOx排放標準等，評議建立區(qū)域性的限制指標的可能性，以節(jié)省目前為此付出過多的代價。
微藻燒熟料 水泥工業(yè)明日的新篇章
今年，“十二五”節(jié)能環(huán)保規(guī)劃正式公布，對以燒成工藝為主的企業(yè)來說，節(jié)能減排的壓力有增無減。而就水泥行業(yè)目前技術水平分析，要在水泥窯上進一步節(jié)能減排的空間比較有限，即使再降低10%，也是比較困難的。胡教授表示，要取得更好的節(jié)能減排效果，必須另辟蹊徑。可以設想如果有一種方法，既能對生產過程中排放的氣體進行回收利用，又能為工業(yè)生產尋找到替代燃料，那無疑是最理想最先進的。胡教授認為，微藻制油新技術的出現(xiàn)，給了我們啟發(fā)，也為水泥窯捕碳節(jié)煤找到了新途徑。
鑒于當前微藻制油工藝尚待完善優(yōu)化，或有些水泥廠還不具備超大規(guī)模養(yǎng)殖藻類的條件下，可考慮利用微藻養(yǎng)殖的研究成果，將部分CO2先供藻種制成一定數量的干油藻作為水泥回轉窯新燃料。這一聯(lián)合還將涉及農業(yè)技術、生物工程等領域。對水泥廠來說難度很大。但它能達到使當前水泥行業(yè)有效節(jié)能減排的目的?？沙蔀樗喙I(yè)生產技術新的生長點。
為此，胡道和教授提出的的設想流程如下圖：
實施此方案：
1、可能性：回轉窯窯尾廢氣中CO2含量豐富，狀態(tài)穩(wěn)定，可滿足油藻養(yǎng)殖要求；油藻熱值高，符合回轉窯燒成熟料的要求；油藻燃燒后剩余物很少，不影響熟料質量；水泥廠通常有大面積場地（如開采后礦山平臺、堆場頂部或近廠坡地等）可供安放光反應器；嫁接制油工藝中油藻養(yǎng)殖技術，省去干藻制油工序、技術難度降低，成本也會相應下降。含水固體予處理技術是水泥行業(yè)的長項，可期得到創(chuàng)新成果。
2、優(yōu)越性：充分利用微藻養(yǎng)殖的研究成果，降低開發(fā)成本；可以用油藻全部取代煤，達到節(jié)約天然資源目的；可以使CO2在制藻--燒熟料工藝內部循環(huán)，燃料燃燒排放可降至零，使窯系統(tǒng)排放量至少降低30%；若有條件增大油藻產能，還可用于鍋爐發(fā)電，達到產能效果；光生物反應器還有一些副產品可以利用，如油藻生成過程中釋放的O2，收集后可供窯富氧燃燒，進一步節(jié)能。 或出售其他副產品以提高經濟效益。
3、存在的困難：主要是成本問題和養(yǎng)殖技術的掌握。成本問題需要通過核算和深入分析，找出降低成本的各種途徑，通過攻關解決。
4、本行業(yè)需要開展的工作：在微藻養(yǎng)殖技術成功的基礎上，水泥行業(yè)需要解決嫁接技術的有關細節(jié)問題。主要有：篩選適合窯氣環(huán)境的最優(yōu)藻種；開發(fā)微藻預處理的新方法，如：采收、提取、干燥等（這方面水泥行業(yè)有可借鑒的經驗）；開發(fā)專用設備；研究干藻燃燒特性；進行物料與能量平衡核算；選擇中試工廠（要求光照條件好，場地大，氣候合適等）。培養(yǎng)養(yǎng)殖專業(yè)人才。
總之，希望水泥行業(yè)盡快組織起來與相關單位進行合作，開展微藻粉生產和有關關鍵技術的學習與嫁接系統(tǒng)的完善。以此作為水泥行業(yè)今后發(fā)展的技術儲備，意義是十分重大的。希望有條件的水泥廠積極準備成為該項目的先行實踐者，為行業(yè)創(chuàng)新做出貢獻。
沸騰爐燒熟料，還有很長的路要走
流化床技術具有氣固接觸面積大，氣固間傳熱、傳質和化學反應速度快，均勻性好，效率高等特點，曾經被化工和動力行業(yè)成功推廣應用。如煅燒鐵硫礦、低質煤的燃燒及固體烘干技術等等。至于用流化床代替回轉窯燒熟料的想法，也是由來已久。據論證該技術具有節(jié)能減排、容積產量高、熱效率高等優(yōu)點。該項技術若能成功，對水泥燒成技術而言，將是革命性的變化。因此它是半個多世紀以來的熱門研究課題。早在四十年代，法國即提出pyzel法，到五十年代，前蘇聯(lián)提出過多種方案，并設計出水平式沸騰煅燒爐（沸騰爐是密相流化床的一種）。七十年代，我國開始進行探索，南京化工學院進行旋風爐的研究，南京化工研究院的實驗室小試；八十年代，武漢工業(yè)大學的全系統(tǒng)小試，黃石的全系統(tǒng)中試；新世紀，西安建筑科技大學研究試驗，日本在山東生產規(guī)模試驗等等。雖經過長期探索，取得了一定的進展，在小型熱態(tài)試驗裝置及中等規(guī)模生產過程中均獲得合格的水泥熟料。但至今尚未能投入大規(guī)模連續(xù)性工業(yè)生產。這是因為流化技術還有另一方面特點，即操作敏感性高，狀態(tài)控制要求高，對化學反應復雜，操作條件要求苛刻的工藝，應用起來難度較大。
對此，胡教授表示了她的看法：該項技術“思路合理、優(yōu)點明顯、意義重大、實施困難”。主要問題不是生產不出熟料，而是沸騰爐狀態(tài)難于穩(wěn)定，運轉率低的問題，難以突破。由于燒成反應過程復雜，除固相反應外，還有相當數量的液相生成。而其熔點和液相量往往受許多不確定因素的影響，因此難于掌握。表現(xiàn)在沸騰爐的操作時，容易形成粘結、堵塞，破壞沸騰狀態(tài)，這也是其無法長期運轉的主要原因，而且規(guī)模越大，問題越嚴重。胡道和教授認為解決問題的前提是：充分掌握熟料燒成反應的機理及各種因素對液相生成過程的影響，如生料組成、粒度、微量元素的存在、床層溫度、氣體流速等。與此同時，還要具有高度自動化控制手段。而這些前提，短期內是難以實現(xiàn)的。因此利用沸騰爐代替回轉窯燒熟料，可能還有很長的路要走。
最后，胡道和教授強調，以上看法，只是一家之言，僅供參考。
結束語：胡道和教授，一位受人尊敬的中國水泥工業(yè)技術的開拓者與傳承人。淵博的學識，深厚的專業(yè)知識，先進的技術理念，使這位學術泰斗在世界水泥工程領域聲名遠播，桃李滿天下。走過春華秋實，如今已經到了耄耋之年，她依舊精神矍鑠，神采奕奕，依然堅持思考著、關注著、期盼著水泥工業(yè)的未來發(fā)展……
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