[原創]胡道和：淺談水泥工業未來發展之路
來源：中國水泥網北京新聞中心 鞠麗(li) 發布日期：2012-09-14
核心提示：胡道和，新中國培養(yang) 出的第一代大學教師，很早就從(cong) 事水泥專(zhuan) 業(ye) 的教學與(yu) 科研工作，是水泥教育界的老前輩，是治學嚴(yan) 謹，銳意創新的全國優(you) 秀教師。她將畢生精力都奉獻給了教育和水泥事業(ye) 。
“古之學者必有師。師者，所以傳(chuan) 道授業(ye) 解惑也。”
胡道和，新中國培養(yang) 出的第一代大學教師，很早就從(cong) 事水泥專(zhuan) 業(ye) 的教學與(yu) 科研工作，是水泥教育界的老前輩，是治學嚴(yan) 謹，銳意創新的全國優(you) 秀教師。她將畢生精力都奉獻給了教育和水泥事業(ye) 。
胡道和教授主要從(cong) 事水泥工業(ye) 技術開發、研究和教學工作，籌建了“矽酸鹽工程”新專(zhuan) 業(ye) ，先後承擔“六五”、“七五”、“八五”國家科技攻關(guan) 任務，開展了一係列有關(guan) 窯外分解、磷石膏聯產(chan) 水泥和硫酸新技術的基礎研究和開發創新性研究，並多次榮獲國家級獎項。
近日，中國水泥網記者專(zhuan) 程采訪了胡道和教授，深入交流了關(guan) 於(yu) 水泥工業(ye) 的發展方向、節能捕碳、沸騰爐煆燒等諸多水泥行業(ye) 前沿問題。通過采訪，我們(men) 也深深感受到了胡道和教授雖然已經是滿頭白發，但依舊沒有停止對水泥行業(ye) 發展的思考和探索，還在為(wei) 水泥行業(ye) 的發展四處奔忙。
根據生產(chan) 特點 思考水泥工業(ye) 發展方向
在談到水泥工業(ye) 的未來發展方向時，胡道和教授表示，首先要正確看待水泥工業(ye) 的正負兩(liang) 方麵的特點，才能明確其發展方向。水泥工業(ye) 是高溫重化工行業(ye) ，能耗排放都特別大。曾有人形容水泥行業(ye) 是“用能大戶，排放巨人”。據粗略估算，生產(chan) 一噸水泥熟料要耗標煤100kg，排放CO2800kg，這也是水泥行業(ye) 目前最大的困擾。但同時我們(men) 也應看到其優(you) 勢所在，例如：回轉窯燒成係統具有連續溫度分布區，且其高溫環境可達1650℃，高溫位穩定，容積大，處理固體(ti) 物料能力強，本身產(chan) 能大，熱容量大，抗幹擾能力強。綜上所述特點，水泥工業(ye) 應以綠色經濟為(wei) 目標，以科學發展觀為(wei) 指導思想，朝著資源利用（變廢為(wei) 寶）、節能減排（環境保護）和技術創新（工藝、裝備）的方向發展。
鑒於(yu) 此，她提出了幾點寶貴建議：
首先是“外聯”，即充分利用本身特點與(yu) 其它行業(ye) 聯手，開辟水泥生產(chan) 的新局麵。
一、與(yu) 環保工業(ye) 聯手：將大量生活生產(chan) 中的各類廢棄物作為(wei) 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(wei) 理想。首先是因為(wei) 回轉窯可吸納固體(ti) 物質範圍廣，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(hui) 影響窯本身的熱穩定性，對熟料產(chan) 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，達到節能的目的，其排放量也比煤稍小，且不易產(chan) 生二次汙染。水泥窯協同處置城市垃圾，如技術過關(guan) 並大力推廣後，可以解決(jue) 全國市政工作中的一大難題，具有良好的社會(hui) 效益、環境效益和經濟效益，市場前景廣闊，理應作為(wei) 水泥行業(ye) 的發展方向之一。
二、與(yu) 化學工業(ye) 聯手：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：磷石膏聯產(chan) 水泥和硫酸；電石渣經處理生產(chan) 輕質碳酸鈣CaCO3等等。
三、與(yu) 冶金工業(ye) 聯手：如用於(yu) 貴金屬的富集。有些貴金屬如鍺、镓、銦等資源很稀缺，大部分為(wei) 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後，氣化了的貴金屬會(hui) 粘附在窯內(nei) 飛灰上，收集後使其成份得到富集，可供冶金工業(ye) 做原料。
四、與(yu) 能源工業(ye) 聯手：當前能源工業(ye) 正在大力開展“微藻製油”技術的開發。 微藻是一種低等單細胞植物，種類有數萬(wan) 種。微藻在一定條件下，生長速度非常快，為(wei) 普通植物的數百倍。其中有一種微藻以CO2為(wei) 原料，以陽光照射為(wei) 生長條件，通過光合作用，再經誘導反應可以轉化為(wei) 脂類，這種藻被稱為(wei) 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%（幹基），熱值在4500～6500kcal/kg藻。成熟油藻經過采收、提取，幹燥等預處理後，可製得各類油品。
麵對資源的日益減少，本世紀初油藻煉油技術的開發引起美國、日本、加拿大、以色列、荷蘭(lan) 包括我國在內(nei) 的極大關(guan) 注，開展了有效的研究工作。目前已取得相當成果，這些油品已成功用於(yu) 汽車、航空等工業(ye) 。預計2012-2015年將有工業(ye) 化規模投入使用。
“目前存在的主要問題是，高效光生物反應器的設計與(yu) 應用尚待完善，且反應器占地麵積大，總成本還偏高。但恩格斯很早就指出‘社會(hui) 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(jia) 猛漲的形勢下，這一創新技術的完善與(yu) 應用將指日可待”，胡教授說。
至於(yu) “內(nei) 功”方麵，是對水泥工業(ye) 本身而言，要求在生產(chan) 技術和設計理念方麵“苦練內(nei) 功”。要努力實現全係統的最優(you) 化（目標函數可以是產(chan) 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(ti) 的說，應該開發全係統優(you) 化設計程序與(yu) 數學模型；開發聯產(chan) 新工藝和專(zhuan) 用設備；完善個(ge) 性化設計；強化新品種水泥的開發研究。此外，調查、考核與(yu) 再評估某些既定限製指標，如：粉塵排放指標、NOx排放標準等，評議建立區域性的限製指標的可能性，以節省目前為(wei) 此付出過多的代價(jia) 。
微藻燒熟料 水泥工業(ye) 明日的新篇章
今年，“十二五”節能環保規劃正式公布，對以燒成工藝為(wei) 主的企業(ye) 來說，節能減排的壓力有增無減。而就水泥行業(ye) 目前技術水平分析，要在水泥窯上進一步節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(chan) 過程中排放的氣體(ti) 進行回收利用，又能為(wei) 工業(ye) 生產(chan) 尋找到替代燃料，那無疑是最理想最先進的。胡教授認為(wei) ，微藻製油新技術的出現，給了我們(men) 啟發，也為(wei) 水泥窯捕碳節煤找到了新途徑。
鑒於(yu) 當前微藻製油工藝尚待完善優(you) 化，或有些水泥廠還不具備超大規模養(yang) 殖藻類的條件下，可考慮利用微藻養(yang) 殖的研究成果，將部分CO2先供藻種製成一定數量的幹油藻作為(wei) 水泥回轉窯新燃料。這一聯合還將涉及農(nong) 業(ye) 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(ye) 有效節能減排的目的。可成為(wei) 水泥工業(ye) 生產(chan) 技術新的生長點。
為(wei) 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(feng) 富，狀態穩定，可滿足油藻養(yang) 殖要求；油藻熱值高，符合回轉窯燒成熟料的要求；油藻燃燒後剩餘(yu) 物很少，不影響熟料質量；水泥廠通常有大麵積場地（如開采後礦山平台、堆場頂部或近廠坡地等）可供安放光反應器；嫁接製油工藝中油藻養(yang) 殖技術，省去幹藻製油工序、技術難度降低，成本也會(hui) 相應下降。含水固體(ti) 予處理技術是水泥行業(ye) 的長項，可期得到創新成果。
2、優(you) 越性：充分利用微藻養(yang) 殖的研究成果，降低開發成本；可以用油藻全部取代煤，達到節約天然資源目的；可以使CO2在製藻--燒熟料工藝內(nei) 部循環，燃料燃燒排放可降至零，使窯係統排放量至少降低30%；若有條件增大油藻產(chan) 能，還可用於(yu) 鍋爐發電，達到產(chan) 能效果；光生物反應器還有一些副產(chan) 品可以利用，如油藻生成過程中釋放的O2，收集後可供窯富氧燃燒，進一步節能。 或出售其他副產(chan) 品以提高經濟效益。
3、存在的困難：主要是成本問題和養(yang) 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(guan) 解決(jue) 。
4、本行業(ye) 需要開展的工作：在微藻養(yang) 殖技術成功的基礎上，水泥行業(ye) 需要解決(jue) 嫁接技術的有關(guan) 細節問題。主要有：篩選適合窯氣環境的最優(you) 藻種；開發微藻預處理的新方法，如：采收、提取、幹燥等（這方麵水泥行業(ye) 有可借鑒的經驗）；開發專(zhuan) 用設備；研究幹藻燃燒特性；進行物料與(yu) 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(yang) 養(yang) 殖專(zhuan) 業(ye) 人才。
總之，希望水泥行業(ye) 盡快組織起來與(yu) 相關(guan) 單位進行合作，開展微藻粉生產(chan) 和有關(guan) 關(guan) 鍵技術的學習(xi) 與(yu) 嫁接係統的完善。以此作為(wei) 水泥行業(ye) 今後發展的技術儲(chu) 備，意義(yi) 是十分重大的。希望有條件的水泥廠積極準備成為(wei) 該項目的先行實踐者，為(wei) 行業(ye) 創新做出貢獻。
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麵積大，氣固間傳(chuan) 熱、傳(chuan) 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(ye) 成功推廣應用。如煆燒鐵硫礦、低質煤的燃燒及固體(ti) 烘幹技術等等。至於(yu) 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能減排、容積產(chan) 量高、熱效率高等優(you) 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(ge) 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，前蘇聯提出過多種方案，並設計出水平式沸騰煆燒爐（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(ye) 大學的全係統小試，黃石的全係統中試；新世紀，西安建築科技大學研究試驗，日本在山東(dong) 生產(chan) 規模試驗等等。雖經過長期探索，取得了一定的進展，在小型熱態試驗裝置及中等規模生產(chan) 過程中均獲得合格的水泥熟料。但至今尚未能投入大規模連續性工業(ye) 生產(chan) 。這是因為(wei) 流化技術還有另一方麵特點，即操作敏感性高，狀態控製要求高，對化學反應複雜，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(you) 點明顯、意義(yi) 重大、實施困難”。主要問題不是生產(chan) 不出熟料，而是沸騰爐狀態難於(yu) 穩定，運轉率低的問題，難以突破。由於(yu) 燒成反應過程複雜，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，因此難於(yu) 掌握。表現在沸騰爐的操作時，容易形成粘結、堵塞，破壞沸騰狀態，這也是其無法長期運轉的主要原因，而且規模越大，問題越嚴(yan) 重。胡道和教授認為(wei) 解決(jue) 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(ti) 流速等。與(yu) 此同時，還要具有高度自動化控製手段。而這些前提，短期內(nei) 是難以實現的。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。
最後，胡道和教授強調，以上看法，隻是一家之言，僅(jin) 供參考。
結束語：胡道和教授，一位受人尊敬的中國水泥工業(ye) 技術的開拓者與(yu) 傳(chuan) 承人。淵博的學識，深厚的專(zhuan) 業(ye) 知識，先進的技術理念，使這位學術泰鬥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(guan) 注著、期盼著水泥工業(ye) 的未來發展……
