[原创]胡道和：浅谈水泥工业未来发展之路

胡道和教授　

　　“古之学者必有师。师者，所以传道授业解惑也。”

　　胡道和，新中国培养出的第一代大学教师，很早就从事水泥专业的教学与科研工作，是水泥教育界的老前辈，是治学严谨，锐意创新的全国优秀教师。她将毕生精力都奉献给了教育和水泥事业。

　　胡道和教授主要从事水泥工业技术开发、研究和教学工作，筹建了“硅酸盐工程”新专业，先后承担“六五”、“七五”、“八五”国家科技攻关任务，开展了一系列有关窑外分解、磷石膏联产水泥和硫酸新技术的基础研究和开发创新性研究，并多次荣获国家级奖项。

　　近日，中国水泥网记者专程采访了胡道和教授，深入交流了关于水泥工业的发展方向、节能捕碳、沸腾炉煅烧等诸多水泥行业前沿问题。通过采访，我们也深深感受到了胡道和教授虽然已经是满头白发，但依旧没有停止对水泥行业发展的思考和探索，还在为水泥行业的发展四处奔忙。

胡道和教授

　　根据生产特点  思考水泥工业发展方向

　　在谈到水泥工业的未来发展方向时，胡道和教授表示，首先要正确看待水泥工业的正负两方面的特点，才能明确其发展方向。水泥工业是高温重化工行业，能耗排放都特别大。曾有人形容水泥行业是“用能大户，排放巨人”。据粗略估算，生产一吨水泥熟料要耗标煤100kg，排放CO₂800kg，这也是水泥行业目前最大的困扰。但同时我们也应看到其优势所在，例如：回转窑烧成系统具有连续温度分布区，且其高温环境可达1650℃，高温位稳定，容积大，处理固体物料能力强，本身产能大，热容量大，抗干扰能力强。综上所述特点，水泥工业应以绿色经济为目标，以科学发展观为指导思想，朝着资源利用（变废为宝）、节能减排（环境保护）和技术创新（工艺、装备）的方向发展。

　　鉴于此，她提出了几点宝贵建议：

　　首先是“外联”，即充分利用本身特点与其它行业联手，开辟水泥生产的新局面。

　　一、与环保工业联手：将大量生活生产中的各类废弃物作为资源加以利用。当前城市垃圾处理问题，正在引起各方重视，且技术上多有进展。但各种处理方法中，以利用回转窑处置城市垃圾的技术方案最为理想。首先是因为回转窑可吸纳固体物质范围广，有机物可做燃料，无机物可做原料。其次因回转窑本身容量大，处理垃圾量大，且不会影响窑本身的热稳定性，对熟料产量、质量均无影响。同时垃圾具有一定的热值，可代替一部分燃料，达到节能的目的，其排放量也比煤稍小，且不易产生二次污染。水泥窑协同处置城市垃圾，如技术过关并大力推广后，可以解决全国市政工作中的一大难题，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，市场前景广阔，理应作为水泥行业的发展方向之一。[Page]

　　二、与化学工业联手：对化工厂各类废渣，以及有毒有害废弃物的处理，使资源得以充分利用，如：磷石膏联产水泥和硫酸；电石渣经处理生产轻质碳酸钙CaCO₃等等。

　　三、与冶金工业联手：如用于贵金属的富集。有些贵金属如锗、镓、铟等资源很稀缺，大部分为贫矿，开采成本很高。但这些贵金属有在高温下气化的特点。如伴生矿成分合适，则可将贫矿粉送人回转窑经高温处理后，气化了的贵金属会粘附在窑内飞灰上，收集后使其成份得到富集，可供冶金工业做原料。

　　四、与能源工业联手：当前能源工业正在大力开展“微藻制油”技术的开发。　微藻是一种低等单细胞植物，种类有数万种。微藻在一定条件下，生长速度非常快，为普通植物的数百倍。其中有一种微藻以CO₂为原料，以阳光照射为生长条件，通过光合作用，再经诱导反应可以转化为脂类，这种藻被称为油藻。油藻在成长过程中可捕捉大量的CO₂，据估计每吨油藻可吸纳CO₂1.8～2吨，其油脂含量可达50～70%（干基），热值在4500～6500kcal/kg藻。成熟油藻经过采收、提取，干燥等预处理后，可制得各类油品。

　　面对资源的日益减少，本世纪初油藻炼油技术的开发引起美国、日本、加拿大、以色列、荷兰包括我国在内的极大关注，开展了有效的研究工作。目前已取得相当成果，这些油品已成功用于汽车、航空等工业。预计2012-2015年将有工业化规模投入使用。

　　“目前存在的主要问题是，高效光生物反应器的设计与应用尚待完善，且反应器占地面积大，总成本还偏高。但恩格斯很早就指出‘社会需要是科学研究最大的推动力’。我相信在目前化石燃料资源即将枯竭，油价猛涨的形势下，这一创新技术的完善与应用将指日可待”，胡教授说。

　　对水泥行业来说， 微藻制油技术成熟后，不仅可以全部吸纳CO₂，解决工厂排放的难题，而且可以产能节能。对行业发展将是极大的推动。因此当前应积极主动争取与能源工业合作开发。

　　至于“内功”方面，是对水泥工业本身而言，要求在生产技术和设计理念方面“苦练内功”。要努力实现全系统的最优化（目标函数可以是产量、质量、能耗、成本等）；资源利用率的最大化（根据资源条件设计新流程，开发新设备）以及水泥品种的多样化（如低钙水泥、混合组成水泥等）。

　　具体的说，应该开发全系统优化设计程序与数学模型；开发联产新工艺和专用设备；完善个性化设计；强化新品种水泥的开发研究。此外，调查、考核与再评估某些既定限制指标，如：粉尘排放指标、NOx排放标准等，评议建立区域性的限制指标的可能性，以节省目前为此付出过多的代价。[Page]

　　微藻烧熟料 水泥工业明日的新篇章

　　今年，“十二五”节能环保规划正式公布，对以烧成工艺为主的企业来说，节能减排的压力有增无减。而就水泥行业目前技术水平分析，要在水泥窑上进一步节能减排的空间比较有限，即使再降低10%，也是比较困难的。胡教授表示，要取得更好的节能减排效果，必须另辟蹊径。可以设想如果有一种方法，既能对生产过程中排放的气体进行回收利用，又能为工业生产寻找到替代燃料，那无疑是最理想最先进的。胡教授认为，微藻制油新技术的出现，给了我们启发，也为水泥窑捕碳节煤找到了新途径。

　　鉴于当前微藻制油工艺尚待完善优化，或有些水泥厂还不具备超大规模养殖藻类的条件下，可考虑利用微藻养殖的研究成果，将部分CO₂先供藻种制成一定数量的干油藻作为水泥回转窑新燃料。这一联合还将涉及农业技术、生物工程等领域。对水泥厂来说难度很大。但它能达到使当前水泥行业有效节能减排的目的。可成为水泥工业生产技术新的生长点。

　　为此，胡道和教授提出的的设想流程如下图：

 用微藻烧成水泥熟料设想流程（胡道和教授手稿）

　　实施此方案：

　　1、可能性：回转窑窑尾废气中CO₂含量丰富，状态稳定，可满足油藻养殖要求；油藻热值高，符合回转窑烧成熟料的要求；油藻燃烧后剩余物很少，不影响熟料质量；水泥厂通常有大面积场地（如开采后矿山平台、堆场顶部或近厂坡地等）可供安放光反应器；嫁接制油工艺中油藻养殖技术，省去干藻制油工序、技术难度降低，成本也会相应下降。含水固体予处理技术是水泥行业的长项，可期得到创新成果。

　　2、优越性：充分利用微藻养殖的研究成果，降低开发成本；可以用油藻全部取代煤，达到节约天然资源目的；可以使CO₂在制藻--烧熟料工艺内部循环，燃料燃烧排放可降至零，使窑系统排放量至少降低30%；若有条件增大油藻产能，还可用于锅炉发电，达到产能效果；光生物反应器还有一些副产品可以利用，如油藻生成过程中释放的O₂，收集后可供窑富氧燃烧，进一步节能。 或出售其他副产品以提高经济效益。

　　3、存在的困难：主要是成本问题和养殖技术的掌握。成本问题需要通过核算和深入分析，找出降低成本的各种途径，通过攻关解决。[Page]

　　4、本行业需要开展的工作：在微藻养殖技术成功的基础上，水泥行业需要解决嫁接技术的有关细节问题。主要有：筛选适合窑气环境的最优藻种；开发微藻预处理的新方法，如：采收、提取、干燥等（这方面水泥行业有可借鉴的经验）；开发专用设备；研究干藻燃烧特性；进行物料与能量平衡核算；选择中试工厂（要求光照条件好，场地大，气候合适等）。培养养殖专业人才。

　　总之，希望水泥行业尽快组织起来与相关单位进行合作，开展微藻粉生产和有关关键技术的学习与嫁接系统的完善。以此作为水泥行业今后发展的技术储备，意义是十分重大的。希望有条件的水泥厂积极准备成为该项目的先行实践者，为行业创新做出贡献。

　　沸腾炉烧熟料，还有很长的路要走

　　流化床技术具有气固接触面积大，气固间传热、传质和化学反应速度快，均匀性好，效率高等特点，曾经被化工和动力行业成功推广应用。如煅烧铁硫矿、低质煤的燃烧及固体烘干技术等等。至于用流化床代替回转窑烧熟料的想法，也是由来已久。据论证该技术具有节能减排、容积产量高、热效率高等优点。该项技术若能成功，对水泥烧成技术而言，将是革命性的变化。因此它是半个多世纪以来的热门研究课题。早在四十年代，法国即提出pyzel法，到五十年代，前苏联提出过多种方案，并设计出水平式沸腾煅烧炉（沸腾炉是密相流化床的一种）。七十年代，我国开始进行探索，南京化工学院进行旋风炉的研究，南京化工研究院的实验室小试；八十年代，武汉工业大学的全系统小试，黄石的全系统中试；新世纪，西安建筑科技大学研究试验，日本在山东生产规模试验等等。虽经过长期探索，取得了一定的进展，在小型热态试验装置及中等规模生产过程中均获得合格的水泥熟料。但至今尚未能投入大规模连续性工业生产。这是因为流化技术还有另一方面特点，即操作敏感性高，状态控制要求高，对化学反应复杂，操作条件要求苛刻的工艺，应用起来难度较大。

　　对此，胡教授表示了她的看法：该项技术“思路合理、优点明显、意义重大、实施困难”。主要问题不是生产不出熟料，而是沸腾炉状态难于稳定，运转率低的问题，难以突破。由于烧成反应过程复杂，除固相反应外，还有相当数量的液相生成。而其熔点和液相量往往受许多不确定因素的影响，因此难于掌握。表现在沸腾炉的操作时，容易形成粘结、堵塞，破坏沸腾状态，这也是其无法长期运转的主要原因，而且规模越大，问题越严重。胡道和教授认为解决问题的前提是：充分掌握熟料烧成反应的机理及各种因素对液相生成过程的影响，如生料组成、粒度、微量元素的存在、床层温度、气体流速等。与此同时，还要具有高度自动化控制手段。而这些前提，短期内是难以实现的。因此利用沸腾炉代替回转窑烧熟料，可能还有很长的路要走。

　　最后，胡道和教授强调，以上看法，只是一家之言，仅供参考。

　　结束语：胡道和教授，一位受人尊敬的中国水泥工业技术的开拓者与传承人。渊博的学识，深厚的专业知识，先进的技术理念，使这位学术泰斗在世界水泥工程领域声名远播，桃李满天下。走过春华秋实，如今已经到了耄耋之年，她依旧精神矍铄，神采奕奕，依然坚持思考着、关注着、期盼着水泥工业的未来发展……