打造水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)縱向一體化科技創(chuàng)新鏈——北京建材總院科技創(chuàng)新鏈發(fā)展紀(jì)實(shí)

北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北京建材總院”或“總院”）成立于1959年，隸屬于北京金隅集團(tuán)有限公司，作為金隅集團(tuán)“1＋N＋X”科技創(chuàng)新綜合體中的“1”，下設(shè)水泥綠色發(fā)展研究院、綠色建筑技術(shù)研究院、低碳混凝土研究院、智能制造研究院、新材料研究院5個(gè)專(zhuān)業(yè)研究院，著力打造了水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈、混凝土及新材料產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈、綠色建材及綠色建筑協(xié)同科技創(chuàng)新鏈。本刊將分板塊介紹北京建材總院圍繞綠色低碳轉(zhuǎn)型、固廢資源化利用、節(jié)能建材方面的突出成果，以分享科技創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，共謀行業(yè)綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展。

水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新鏈

作為金隅集團(tuán)“1＋N＋X”科技創(chuàng)新綜合體中的“1”，北京建材總院始終將綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展作為主線(xiàn)，將傳統(tǒng)認(rèn)知上“兩高”的水泥工業(yè)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展。不斷加大科技創(chuàng)新投入，深度發(fā)掘產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，形成了以水泥綠色發(fā)展研究院、智能制造研究院、河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院為核心的研發(fā)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，圍繞水泥工藝節(jié)能改造、原燃料替代、氮氧化物超低排放、水泥窯協(xié)同處置廢棄物、智慧礦山、“雙碳”行動(dòng)五大核心業(yè)務(wù)，打造“研發(fā)＋設(shè)計(jì)＋工程服務(wù)”的縱向一體化科技創(chuàng)新鏈。在為金隅集團(tuán)水泥企業(yè)做好技術(shù)服務(wù)和工程服務(wù)的基礎(chǔ)上，深入水泥行業(yè)，助推綠色發(fā)展，并在工藝優(yōu)化、裝備研發(fā)、工程設(shè)計(jì)與工程服務(wù)等方面達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

用科技創(chuàng)新打造“零碳排放”工廠(chǎng)

2022年11月7日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《建材行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》。實(shí)施方案指出，“十四五”期間，建材產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得明顯進(jìn)展，行業(yè)節(jié)能低碳技術(shù)持續(xù)推廣，水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗水平降低3%以上，并明確要加快突破窯爐碳捕集、利用與封存技術(shù)，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作。

長(zhǎng)久以來(lái)，金隅集團(tuán)始終秉承著綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展的理念，圍繞水泥工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)形成了科學(xué)有效的綠色發(fā)展模式，也在不遺余力地投入資金與技術(shù)力量，探索水泥行業(yè)節(jié)能減排的有效路徑。作為該系統(tǒng)中的“中心智囊團(tuán)”，北京建材總院圍繞節(jié)能減排開(kāi)展了一系列行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)工作，將“水泥”同“環(huán)保”緊密相連，形成一條整體的、縱向的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈。

在水泥窯協(xié)同處置飛灰過(guò)程中，對(duì)于水洗廢液的處理，需要投加碳酸鈉和鹽酸分別去除水洗液硬度和降低水洗液pH值，以滿(mǎn)足后續(xù)機(jī)械式蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)脫鹽進(jìn)水要求，化學(xué)藥劑消耗量大，成本降控需求迫切?；谝陨犀F(xiàn)狀，北京建材總院開(kāi)發(fā)了“水泥窯爐煙氣CO₂捕集及在協(xié)同處置飛灰中利用技術(shù)”，將水泥窯協(xié)同處置與碳捕集技術(shù)充分結(jié)合，進(jìn)一步延伸了CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)賽道。通過(guò)利用變壓吸附將水泥窯爐煙氣CO₂體積分?jǐn)?shù)由8%左右提純至40%～60%，濃縮后的CO₂用于協(xié)同處置飛灰水洗廢液的水質(zhì)調(diào)節(jié)，在較優(yōu)的氣液反應(yīng)條件下，實(shí)現(xiàn)了部分替代碳酸鈉去除水洗液硬度、全部替代鹽酸降低水洗液pH值，同時(shí)水洗廢液中重金屬含量也顯著降低。該項(xiàng)目集成創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了首臺(tái)套水泥窯煙氣碳捕集與其應(yīng)用于協(xié)同處置飛灰成套技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)了水泥窯煙氣CO₂工業(yè)化捕集與應(yīng)用，對(duì)我國(guó)水泥行業(yè)碳減排具有示范作用，對(duì)促進(jìn)我國(guó)碳減排技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。目前，該項(xiàng)目成果已在北京金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰?000t/d水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)及協(xié)同處置飛灰水洗生產(chǎn)線(xiàn)一期（3萬(wàn)噸/年）和二期（4萬(wàn)噸/年）應(yīng)用。經(jīng)第三方評(píng)估核查，年捕集利用CO₂1500噸，年替代鹽酸和碳酸鈉約2100噸，噸飛灰處置成本下降50元。項(xiàng)目成果于2021年獲中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)·中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)建筑材料科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（技術(shù)進(jìn)步類(lèi)）。

近年來(lái)，CCUS成了應(yīng)對(duì)全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國(guó)的高度重視，特別是在工業(yè)領(lǐng)域，成為眾多行業(yè)、企業(yè)節(jié)能減碳工作的主要嘗試。但其技術(shù)復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)業(yè)難度大，需要相當(dāng)大的技術(shù)、資金支持才能得以發(fā)展。

北京建材總院圍繞碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）展開(kāi)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化探索。北京建材總院、大連理工大學(xué)、大連市化工設(shè)計(jì)院、北京金隅北水環(huán)保科技有限公司通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用合作，聯(lián)合開(kāi)展了“10萬(wàn)噸/年水泥窯煙氣二氧化碳捕集儲(chǔ)存利用”項(xiàng)目。該項(xiàng)目針對(duì)水泥窯煙氣成分復(fù)雜、CO₂濃度低，對(duì)水泥窯煙氣進(jìn)行CO₂捕集除雜難、能耗高、成本高、投資大等問(wèn)題進(jìn)行深入研究分析，通過(guò)研究?jī)?yōu)選脫硫保碳預(yù)處理除雜技術(shù)、低再生能耗化學(xué)吸收劑應(yīng)用，研究碳捕集吸收解吸工段、雙解吸塔、MVR閃蒸等節(jié)能工藝，研究貧富液高效換熱裝備等，形成了適用于水泥窯復(fù)雜煙氣低濃度CO₂捕集的低能耗、低成本、高純度碳捕集集成技術(shù)。該技術(shù)正在北水公司落地實(shí)施。

以技術(shù)進(jìn)步守護(hù)綠水青山

金隅冀東水泥是北方地區(qū)最大的水泥制造商，“政府好幫手，城市凈化器”的企業(yè)使命也成了金隅冀東水泥的“金字招牌”。作為技術(shù)支撐的北京建材總院，也在背后對(duì)這份光榮與使命源源不斷地輸出著科技和創(chuàng)新的能量。

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)一直以來(lái)是金隅集團(tuán)的特色項(xiàng)目，技術(shù)水平長(zhǎng)期在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)跑地位。2010年，北京建材總院被科技部批準(zhǔn)建設(shè)“固廢資源化利用與節(jié)能建材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。作為國(guó)內(nèi)唯一一家以固廢資源化利用為研究方向的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，它先后承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)重大項(xiàng)目和工程，已形成生活垃圾焚燒飛灰、工業(yè)危廢、生活垃圾、污泥、建筑垃圾、污染土處置六大類(lèi)成套關(guān)鍵技術(shù)和大宗工業(yè)固廢制備綠色建材系列技術(shù)，成果推廣和輻射到全國(guó)23個(gè)省市，為我國(guó)固廢資源化與節(jié)能建材領(lǐng)域的重大科技進(jìn)步起到源頭支撐作用。

除了要解決固體廢棄物，氣體廢棄物的排放也是多年困擾水泥工業(yè)發(fā)展的癥結(jié)所在。要守護(hù)“綠水青山”，超低排放技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)必不可缺。

近年來(lái)，北京建材總院開(kāi)展了多項(xiàng)圍繞水泥窯SCR脫硝技術(shù)方面的研究攻關(guān)——“水泥窯NO_x超低排放SCR技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及SCR催化劑在線(xiàn)評(píng)價(jià)與優(yōu)化研究”項(xiàng)目中，研究團(tuán)隊(duì)圍繞水泥行業(yè)NO_x超低排放的環(huán)保需求，開(kāi)展水泥窯NO_x超低排放技術(shù)研究，研究水泥窯特定煙氣對(duì)SCR脫硝效率的影響，開(kāi)展催化劑效率衰減規(guī)律研究，預(yù)測(cè)催化劑使用壽命，開(kāi)發(fā)新型清灰工藝，并優(yōu)化與分級(jí)燃燒和精準(zhǔn)SNCR脫硝技術(shù)的匹配等，建設(shè)落地多項(xiàng)水泥窯SCR脫硝示范工程。近期，“水泥窯SCR清灰控制”和“脫硝控制系統(tǒng)”連獲兩項(xiàng)由國(guó)家版權(quán)局頒發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書(shū)，相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了自有的SCR清灰控制系統(tǒng)，清灰邏輯具有高效、節(jié)能、故障少等特點(diǎn)，可以最大程度避免催化劑的堵塞，同時(shí)開(kāi)發(fā)了SNCR＋SCR耦合脫硝控制系統(tǒng)，增強(qiáng)兩項(xiàng)脫硝技術(shù)的適配性，實(shí)現(xiàn)了最大程度減少氨水用量、避免氨逃逸超標(biāo)。

承建靈壽冀東水泥SCR超低排放項(xiàng)目

今年5月，由北京建材總院承建的靈壽冀東水泥SCR超低排放項(xiàng)目，采用高溫高塵SCR脫硝工藝，達(dá)到在生料磨開(kāi)磨或停車(chē)狀態(tài)下窯尾煙氣NO_x穩(wěn)定控制≤35mg/Nm3，氨逃逸≤5mg/Nm3。各項(xiàng)先進(jìn)的環(huán)保指標(biāo)，為企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)保障，并順利通過(guò)72小時(shí)試運(yùn)行考核。截至5月11日，系統(tǒng)已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行168小時(shí)以上，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)內(nèi)水泥窯超低排放的先進(jìn)水平。

不僅如此，總院還對(duì)集團(tuán)水泥企業(yè)已運(yùn)行SCR項(xiàng)目情況進(jìn)行診斷測(cè)試。通過(guò)分析測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比脫硝效率、氨水耗量、SCR系統(tǒng)阻力、氨逃逸等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，評(píng)估各廠(chǎng)線(xiàn)SCR系統(tǒng)運(yùn)行情況，并與企業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行溝通交流，提出問(wèn)題所在，并給出解決方案，為金隅集團(tuán)水泥企業(yè)下一步SCR項(xiàng)目建設(shè)及優(yōu)化提供技術(shù)支持，助力水泥企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

承建河北金隅鼎鑫三分公司2#窯SCR脫硝系統(tǒng)

多措共舉 打造“宜業(yè)尚品”

6月6日，在北京三里河路11號(hào)“建材大院”里，在眾多的建材行業(yè)企業(yè)家、專(zhuān)家學(xué)者的共同注視下，金隅集團(tuán)與其他59家行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)共同參與、發(fā)起了“建材行業(yè)綠色低碳發(fā)展一致行動(dòng)”。這也表明，綠色、低碳成為行業(yè)發(fā)展主線(xiàn)。北京建材總院作為金隅集團(tuán)的重要科研單位，不僅承載著集團(tuán)內(nèi)部的轉(zhuǎn)型升級(jí)綠色低碳發(fā)展任務(wù)，更是要擔(dān)起實(shí)現(xiàn)建材行業(yè)“宜業(yè)尚品、造福人類(lèi)”發(fā)展目標(biāo)之重任。

未來(lái)，北京建材總院水泥及環(huán)保產(chǎn)業(yè)縱向一體化科技創(chuàng)新鏈將以工藝節(jié)能、超低排放、水泥窯協(xié)同處置、綠色礦山、“雙碳”技術(shù)五大核心業(yè)務(wù)為重點(diǎn)，為集團(tuán)水泥企業(yè)做好技術(shù)和工程服務(wù)工作，充分發(fā)揮水泥窯協(xié)同處置技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加大對(duì)集團(tuán)產(chǎn)業(yè)的支撐力度，持續(xù)深入攻克“雙碳”技術(shù)，形成具有金隅特色的可復(fù)制推廣的成套轉(zhuǎn)化技術(shù)，針對(duì)水泥廠(chǎng)智能化升級(jí)集成中的痛點(diǎn)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵軟件，著力補(bǔ)齊工藝節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)短板，用更多的創(chuàng)新、更先進(jìn)的科技服務(wù)行業(yè)綠色低碳安全高質(zhì)量發(fā)展。