淺談水泥工業(yè)綠色制造技術(shù)與生態(tài)設(shè)計(jì)的理念

房啟濤

（山東省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南250022）

0 引言

水泥工業(yè)在踐行綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)上，以實(shí)際現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，通過發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的模式，旨在研發(fā)新的水泥制造技術(shù)，降低水泥制造與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的能源消耗，促使水泥工業(yè)走循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路，改變水泥工業(yè)高能耗高排放高污染的發(fā)展模式，采用可提高環(huán)境效率的水泥生產(chǎn)工藝和技術(shù)，提升水泥產(chǎn)品的綜合價(jià)值。

1 水泥工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

水泥作為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)原材料，在新時(shí)代下，急需要發(fā)展綠色制造技術(shù)，促進(jìn)水泥行業(yè)節(jié)能減排，走綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的基本路線。水泥工業(yè)雖然屬于資源型和能源型產(chǎn)業(yè)，但水泥制造的能耗與鋼材相比，還是具有一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)的，且現(xiàn)代水泥制造業(yè)還通過工業(yè)廢渣廢物作為再生資源，有利于實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和廢物再利用的目標(biāo)。特別是在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，水泥工業(yè)具有較為廣闊的市場空間，在工業(yè)革命4.0的新一輪全球競爭中，水泥工業(yè)正在積極轉(zhuǎn)變自身的發(fā)展趨勢(shì)，以國家提倡的低碳發(fā)展作為新理念，推動(dòng)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)設(shè)計(jì)，從而提升自身的國際競爭力。在十三五期間，水泥工業(yè)需要大力發(fā)展綠色制造和生態(tài)設(shè)計(jì)，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。故此，為實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，水泥企業(yè)必須要深入研究綠色制造技術(shù)，并將生態(tài)設(shè)計(jì)理念融入到水泥生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)中。

2 水泥工業(yè)綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念

對(duì)于水泥行業(yè)而言，生態(tài)設(shè)計(jì)與綠色制造，不僅是要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，更要從水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)與設(shè)計(jì)階段入手，通過綠色制造與生態(tài)化技術(shù)的水泥工業(yè)工藝與裝備設(shè)計(jì)開發(fā)，將這些技術(shù)與裝備應(yīng)用到水泥設(shè)計(jì)與生產(chǎn)階段中，從而提升下水污泥、城市垃圾和工業(yè)廢物的再循環(huán)利用，減少二氧化碳、二氧化硫、粉塵與重金屬的排放。所以，從本質(zhì)上來講，水泥工業(yè)的綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)是要提高環(huán)境效率等水泥產(chǎn)品與生產(chǎn)工藝的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)水泥工廠綠色生態(tài)設(shè)計(jì)，一個(gè)工廠綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)水平，則取決于綠色生態(tài)技術(shù)要素以及綠色制造的控制內(nèi)容和水泥產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性[1]。

當(dāng)前綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的技術(shù)要素，指的是工藝技術(shù)方法的先進(jìn)性，用符合生態(tài)要求的原料及燃料，其控制指標(biāo)主要是與資源和能源的有效利用、生產(chǎn)過程控制以及污染物排放控制為主。而水泥產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性則是與水泥產(chǎn)品生產(chǎn)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)有關(guān)，從原料到生產(chǎn)制造，再到包裝出廠、工程應(yīng)用和廢氣等整個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。一方面要將廢舊的混凝土作為混凝土骨材進(jìn)行再循環(huán)使用，另一方面則是要使用低品位的原料替代燃料和原料，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，在生產(chǎn)制造中采用先進(jìn)技術(shù)和裝備降低各種消耗指標(biāo)，從源頭上有效控制環(huán)境污染問題。

3 綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則

對(duì)于水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展角度來講，綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)遵循環(huán)境保護(hù)原則，以可提高環(huán)境效率的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)生產(chǎn)出環(huán)境協(xié)調(diào)性高的產(chǎn)品，提升水泥產(chǎn)品的綜合價(jià)值指標(biāo)。第一，成本。水泥產(chǎn)品成本包含了原料成本，制造成本，環(huán)境保護(hù)措施與設(shè)施成本等，實(shí)現(xiàn)成本控制不僅是要降低經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，更是要從源頭上，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。第二，環(huán)境影響。環(huán)境影響包括了資源枯竭、環(huán)境粉塵、酸雨等對(duì)地球環(huán)境造成的影響，水泥生產(chǎn)過程中必須要降低粉塵以及有害氣體的排放。特別是會(huì)加劇地球溫室效應(yīng)的二氧化碳、二氧化硫等氣體，必須要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。第三，性能。對(duì)于水泥產(chǎn)品而言，性能包含了水泥強(qiáng)度，安全性能，環(huán)境，協(xié)調(diào)性和其他性能。

當(dāng)前，綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)備受各大企業(yè)關(guān)注。一方面，水泥行業(yè)作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了高能耗和高排放的問題，降低能耗與排放是地方政府發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境的重要任務(wù)。另一方面，水泥業(yè)的資源消耗和生態(tài)破壞問題比較突出，實(shí)現(xiàn)水泥減量化資源化和無害化處理，是城市實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。因此，各地方政府以及水泥企業(yè)本身都在向低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能減排，成為了水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[2]。

4 水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的有效措施

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)只考慮到成本和性能，忽略了環(huán)境影響，在水泥工業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，必須要擺脫傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值觀，將環(huán)境影響作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的重點(diǎn)指標(biāo)，考慮到環(huán)境影響的產(chǎn)品綜合價(jià)值最大，是實(shí)現(xiàn)綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的根本路徑。首先，提高環(huán)境效率。在水泥制造與設(shè)計(jì)過程中為提高環(huán)境效率，一方面要減少石灰石的使用量，以保護(hù)和節(jié)約石灰石資源為前提，降低碳酸鈣分解對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，減少二氧化碳?xì)怏w的排出量。使用集約度低的原料和燃料，用低品位的石灰石或者是代用粘土等，采用節(jié)能工藝與設(shè)備，借助窯尾預(yù)分解系統(tǒng)6級(jí)預(yù)熱器，回轉(zhuǎn)窯要以降低系統(tǒng)熱后或者是在磨粉工藝中采用立磨輥壓機(jī)等高效節(jié)能的磨粉設(shè)備，降低能耗提高能源效率。另一方面則是采用節(jié)約熱能的新工藝，建立余熱發(fā)電站，或者是用清潔燃料，采用清潔生產(chǎn)理念在水泥生產(chǎn)全過程中，不向環(huán)境釋放粉塵及其它有害物質(zhì)，以國家環(huán)?？偩值囊笞鳛樯a(chǎn)原則，將工業(yè)廢物，工業(yè)副產(chǎn)物，城市垃圾和污泥作為水泥的替代原料或是燃料，逐步提升替代率。

其次，開發(fā)生產(chǎn)環(huán)境協(xié)調(diào)型產(chǎn)品。這就意味著水泥產(chǎn)品要符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到無毒無害的前提下，盡可能的生產(chǎn)低鈣水泥，大量使用礦渣廢煤灰渣等作為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥，并且開發(fā)城市垃圾焚燒灰配料的生態(tài)水泥，以降低石灰石的配料量，亦或者用城市垃圾直接配飲 料，解決城市垃圾問題。

最后，大力使用節(jié)能環(huán)保技術(shù)。水泥企業(yè)應(yīng)在既定的綠色制造方針框架下，為水泥制造目標(biāo)的價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)，重新整合整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境與工藝，結(jié)合質(zhì)量環(huán)境能源等安全管理體系完成水泥生產(chǎn)過程與設(shè)計(jì)的綠色化改革。例如應(yīng)該將生物水泥制造法應(yīng)用到生物水泥生產(chǎn)過程中，歐盟研發(fā)出的環(huán)境友好型微生物細(xì)菌水泥是將水泥窯粉塵或建筑廢棄物作為生物水泥的鈣鹽與少量尿素加速生物反應(yīng)，通過添加少量的植物碳纖維提高生物水泥的強(qiáng)度與壽命，從而降低水泥生產(chǎn)成本和能耗，此項(xiàng)技術(shù)在水泥綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，必定能取得突破性的進(jìn)展，切實(shí)改變水泥生產(chǎn)高能耗、高污染的生產(chǎn)現(xiàn)狀[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，水泥工業(yè)綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)主要是從石灰石原料礦山開始到產(chǎn)品出廠為止的整個(gè)環(huán)節(jié)，包括了生產(chǎn)和廢物利用的全過程，其設(shè)計(jì)與制造內(nèi)容主要是包含了水泥生產(chǎn)工藝和水泥產(chǎn)品，綠色制造與生態(tài)設(shè)計(jì)的技術(shù)與工程內(nèi)容與一般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有什么不同，只是在設(shè)計(jì)過程中需要貫徹綠色環(huán)保思想，控制水泥產(chǎn)品生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過程的環(huán)境負(fù)荷，降低水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的影響。