广西水电科学研究院有限公司 广西南宁 530021
摘要：传统水泥工业具有能耗高、污染大以及资源利用率低等缺点，难以满足日益增长的环保需求，因此加快探索新型水泥生产工艺，打造闭环式循环经济产业，全面提升资源综合利用率对整个行业发展来说已刻不容缓。本文从资源综合利用的角度出发，首先阐述了循环经济模式的特性内涵，然后从资源、工艺以及循环系统的角度就如何建立我国水泥行业循环经济模式进行了探讨。
关键词：水泥工业；循环经济模式；资源综合利用
水泥工业是当前社会经济发展的重要支柱产业之一，是国民经济发展和社会综合发展的重要标志。我国水泥工业发展迅猛，且产量庞大，但是与之相伴的环保、能耗以及资源利用等问题日益严重，因此加快探索新型水泥生产工艺，打造闭环式循环经济产业，全面提升资源综合利用率对整个行业发展来说已刻不容缓。
一、循环经济模式的特性
循环经济模式的理念最初创立于20世纪80年代，随着环保意识的不断增强以及可持续发展战略的持续深入，循环经济模式逐渐兴盛，并整合形成一套完整的环境保护、废物再生利用和能量梯次使用等系统工程。所谓循环经济模式是一种以资源综合利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，满足可持续发展战略的经济模式，具有低消耗、低排放、高效率的特性[1]。一方面，循环经济模式具有低消耗特性。传统线性经济模式是“资源—产品—废弃物”的单一线性经济，这一经济模式只考虑产品所带来的价值利益，而无视资源利用和废弃物再生，因而资源属于一次性消耗。循环经济模式是“资源—产品—再生资源”的闭环循环经济，在这种模式中，所有废弃物（包括能源）均视为再生资源，并通过工艺条件和方法使其成为下一工序或者行业的生产原料，资源消耗大幅度减少。另一方面，循环经济模式具有低排放特性。循环经济模式实现了“资源—产品—再生资源”的闭环循环产业链，整个过程处于一种清洁稳定的生态模式。在这种模式中，废物排放的源头得到控制，且后处理工序能够将其转化成再生资源，循环利用，使得整个产业过程废气、废水、废渣的排放量明显降低，资源得到了最大限度的利用，利用效率大幅度提高。
二、基于资源综合利用角度下水泥工业循环经济模式的探讨
目前我国水泥年产量位居世界首位，2016年全年水泥产量24亿吨，占全球总产量的60%以上。然而水泥工业所带来的能源消耗以及环境污染问题日益显著，成为了制约其持续发展的重要因素。鉴于此，笔者从资源综合利用的角度出发，从资源利用、工艺开发、系统联产三个方面探讨了水泥工业循环经济模式。
（一）资源再利用
资源再利用是循环经济模式最为显著的特征，同时也是整个闭环循环系统中核心环节。水泥工业的资源再利用主要集中表现在原料资源的整合以及系统反应余热的再利用两个方面。一方面，水泥是以石灰石和黏土为原料，采用高温煅烧的方法合成而来，其成分主要包括CaO，SiO2，Al2O3以及Fe2O3。而许多工业废弃物中含有相同的组成，均可以作为合成水泥的主要原料和添加料，这使得这些工业废弃物的角色从“废物”变成了“资源”，从而实现了资源的再利用。例如煤燃烧工业所残留的固体粉煤灰和煤矸石与水泥有着极为相似的组成，在水泥工业循环经济模式的作用下，越来越多的粉煤灰和煤矸石作为混合原料加入到水泥生产之中，充分利用其剩余价值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2008年北京奥运会期间，整个市内包括周边的水泥厂全部停产，只有隶属于金隅集团的北京水泥厂正常运行，究其原因正是该厂配置了500t/d水泥窑协同处置废弃物工程，在生产水泥的同时还能够消耗其他工业所产生的废弃物（例如树脂渣、废漆渣等有机废物），不仅处理掉了可能引发环保事故的污染源，而且还将这些废物有效地利用起来，正在体现了“废物只是放错位置的资源”。另一方面，水泥工业需要进行大量的高温煅烧反应，所需要消耗的能源十分巨大，生产每吨水泥大约消耗100-110kWh的电量。这些电量除了大部分用作水泥合成反应之外，还有一部分是以工业废气的形式排出，而这一部分余热能量也是十分可观，占到总燃烧热量的30%左右。因此水泥工业应当充分重视废气余热，并对其进行再次利用，从而实现循环经济的资源再利用。目前废气余热的应用主要体现在余热发电方面，能够很好地解决一部分生产用电，将多余的热能转换为电能，从而实现资源能耗的再利用。以海螺水泥厂为例，该公司在国内外共建成余热发电机组140多套，年发电量135亿千瓦时，折合标准煤为462万吨，创造了巨额的经济效益。
（二）工艺再开发
工艺开发是建立水泥行业循环经济模式的技术支持，它为整个行业指明了前进的方向，往往具有划时代的意义。水泥行业的工艺再开发主要表现在合成方法的开发以及水泥新产品开发两个方面。一方面，目前水泥工业大多数采用立窑、湿法窑以及立波尔窑等方法进行生产，能源消耗非常高，并且粉尘污染十分严重，因此必须开发出低能耗、低污染的生产工艺。随着悬浮预热技术的日趋完善，预分解窑得到了突飞猛进的发展，新型干法水泥生产工艺得以最终确立，并开始逐步替代传统工艺。与传统工艺相比，新型干法预分解窑技术使燃料的燃烧放热过程与生料的吸热分解过程同时在悬浮态或流化态下极其迅速地进行，使生料在入回转窑之前基本上完成碳酸盐的分解反应，因而窑系统的煅烧效率大幅度提高[2]。表一为国内水泥生产工艺的热耗情况，显然由于燃料与生料的悬浮接触，换热效率更高，最终使得能耗更低。另一方面，目前市场上的水泥绝大多数为硅酸盐产品，主要成分为硅酸三钙（3CaO?SiO2）。然而由于硅酸三改的烧结问题高达1400℃左右，所需要的能耗较高，基于资源综合利用的角度考虑，人们开始开发新的水泥品种来替代它。目前人们开发了烧结温度更低的硅酸二钙（2CaO?SiO2）产品，该产品不仅有一些理化性能优于硅酸三钙，而且所消耗的石灰石资源也降低了将近三分之一。与此同时，硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥也正在紧锣密鼓地开发之中。硫铝酸盐水泥采用石灰石、矾土和石膏煅烧而成，由于熟料矿物的组成为3CaO?3Al2O3?CaSO4和2Ca?SiO2，水泥具有高抗渗、高抗冻的特性，能够广泛应用于紧急抢修和防渗漏工程之中。
表一为国内水泥生产工艺的热耗情况
生产工艺 干法预分解窑 立窑 湿法窑 立波尔窑
每吨水泥热耗
（kg标准煤） 115 160 208 160
（二）系统再循环
系统再循环是整个水泥工业循环经济模式的关键措施，同时也是打造闭环循环的重中之重。传统水泥工业都只是纯粹地生产水泥产品，然而随着循环经济模式在水泥行业中的广泛应用，越来越多的跨领域技术的循环系统开始建立。为了达到资源利用效率最大化，水泥工业开始和其他工业共同构建联产配套系统，并取得了十分不错的成绩。例如山东鲁北集团构建了硫酸—磷肥—水泥的联产系统，磷肥生产过程中产生的副产物磷石膏（主要成分为CaSO4）进入到水泥窑中高温分解成为CaO和SO2，前者是水泥生产原料，而后者是硫酸工业的生产原料，这样以来形成了系统的再循环，极大地提高了资源的整体利用率，同时也减少了合成工业中废物的产生。随着水泥工业循环经济模式的进一步发展，单一的水泥生产线路注定将会被不断重组整合，与其它工业企业构建再循环的联产系统。
三、结论
我国水泥工业循环经济模式应当大力推广新型环保干法预分解窑生产技术，并全方位整合资源，建立水泥工业与其它工业的联产循环系统，从而实现“废物”到“资源”的有效转换，最终打造水泥工业循环经济体系。
参考文献
[1]蔡汉铭 水泥工业发展循环经济的思考[J]淮南职业技术学院学报，2011（08）
[2]都秀梅 水泥工业发展循环经济的模式研究[J]科技创业月刊，2014（07）
论文作者:胡吉卓
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/3/1
标签：水泥论文; 循环经济论文; 工业论文; 模式论文; 资源论文; 废弃物论文; 闭环论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;