科创中国

水泥厂所生产的水泥产品，由于生产工艺决定了水泥粉的出厂温度高达120℃左右，然而随着散装水泥的销售不断增加，已经满足不了用户的即产即用模式，严重制约了水泥企业的发展。究其根本原因是散装水泥是由于水泥温度过高，与混凝土外加剂在搅拌中适应性能不良，混凝时会发生“假凝”、“快凝”等不良现象，严重影响了混凝土工程质量。同时，由于高温的水泥粉的热能不易回收，间接增加了二氧化碳的排放量，不符节能减碳的发展需求。该科技成果成功攻关了由于密相流体水泥粉其流动性能非常差，容易形成堆积、“中心流”、“撘拱”、流动不畅、温度场不均匀而造成水泥粉极其难冷却、板结、磨损、堵塞的等重大“卡脖子”问题，实现高温水泥粉热量的高效回收及水泥温度从120℃至70℃左右的工艺需求。满足水泥厂企业的即产即用的生产要求，降低了设备的投资成，适应紧凑的安装空间以及安全、稳定的运行性能，实现节能低碳的发展要求。实现指标：（1）实现散装水泥粉的冷却温降达到从 Δ50℃ 左右；（2）实现散装水泥粉冷却处理量为 200t/h 左右；（3）每年减少CO2排放量达到 3838 吨/年；

针对散装水泥粉冷却的“卡脖子”问题，本科技成果采用新材料提质增效低碳系统，其关键技术采用三维变空间纯逆流三维管传热元件作为该系统的的高效传热元件，其技术原理为：三维管具有优异的螺旋曲面内外表面，不仅把粉体与壁面碰撞流接触模式转化为摩擦流接触模式，而且把粉流体扩散融合形成三维变空间变流道的流场特点，提高了物料粉体的流动连续性，解决了物料粉体在流道易产生卡料、堵料以及对换热元件产生磨损等重大关键技术问题。且促进了水泥粉流体的温度场、速度场的趋于均匀化，强化了粉体流以导热传热为主要传热方式的效率，进而提高换热元件的换热系数，解决了粉流体流动不连续，不均匀造成换热管束换热效率偏低，流道容易堵塞或对换热元件形成板结，换热元件磨损等重大“卡脖子”技术问题，并采用全自动流量控制、微流量检漏在线监控及应急反应、管束微振动干扰技术等辅助技术，实现了小端差换热，大大降低了换热器的重量、空间体积。

本科技成果是以目前水泥产业迫切需求为驱动力来进行研究及开发，其为水泥企业的技术升级改造以及提高企业的竞争力和经济效益提供巨大的帮助。同时具备有多个应用方向，包括建材、化工、冶炼、电力等行业领域，其作为这些行业的原料的冷却及加热应用。应用市场需求前景巨大。本科技成果所进行的新材料提质增效低碳系统关键技术研发的研究开发，所采用的技术理念先进，研究基础夯实，市场开发团队强大及销售网络体系完善，市场容量巨大，这些为其未来的产业化保驾护航。从目前所开发的建材市场应用市场来看，根据中商产业研究院发布的《2016-2021年中国水泥行业市场分析及投资前景咨询报告》显示，目前全国主要的水泥企业共有3632家，其中江苏省水泥企业有198家，广东省水泥企业有181家，四川省有水泥企业168家，湖南省水泥企业有147家，福建省水泥企业有152家等。从水泥产能分布来看，2020年全国规模以上水泥产量23.8亿吨，同比增长1.6。其中，天津、湖北下降最为明显，分别同比下降17.2%和12.8%，北京、海、海南、青海下降幅度基本在9.8%与8.9%之间。其他大部分省市水泥产量同比增长，河北、辽宁、河南增长幅度最大，分别为13%、14.4%和11.3%。2021年全国规模以上水泥产量23.6亿吨，同比下降1.2%。其中，贵州、云南、西藏、北京下降最为明显，分别同比下降13.4%，2.8%，12.8%和10.1，辽宁、黑龙江、青海下降幅度基本在9.6%与8.3%之间，还有12个地区同比小幅下降，全年水泥产量下降地区比上年多10个，导致全国累计产量同比下降。其他小部分省市水泥产量同比增长，湖北、新疆、天津增长幅度最大，分别为21.1%，15.0%和14.6%。

上述分析说明水泥企业的产量稳定，经济效益明显，发展势头强劲，但是均存在着散装水泥产品温度过高，需经过多次进行倒库才能达到出厂温度要求，而倒库过程能耗严重，增加了产品能耗成本，削弱了企业的竞争力。经统计，大概存在70~80%的水泥厂企业均存在着该现象，且还没有进行水泥冷却技术改造升级，市场容量巨大，技术需求迫切，这为本科技成果研究开发的三维水泥新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收技术的产业化提供了发展机遇。

中国科学院广州能源研究所成立于1978年， 2001年成为中国科学院知识创新工程试点单位之一。2015年进入中科院清洁能源特色研究所培育阶段，2017年参与筹建中科院清洁能源创新研究院。定位于新能源、节能环保及相关战略研究等领域的应用基础与关键技术、方法研发，围绕国家战略需求提供能源转化及能量高效回收装备研发及成果推广应用。中国科学院广州能源研究是国家能源重点实验室、和广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室的依托单位，建有国家可再生能源综合技术国际研发中心、是国家能源产业技术创新战略联盟理事长单位。在科技创新三个重大突破和五个重点培育方向都已高质量完成，取得多项重大产出，获得国家技术发明二等奖1项，中国专利优秀奖1项，广东省科技进步特等奖1项、一等奖6项，省专利金奖3项，其他省部级科技奖9项。中国学院广州能源研究所节能环保集成技术中心在新能源、节能环保及能源转化及能量高效回收装备研科发及成果推广应用取得了大量的科学成果，积累了丰富的经验。基于联合实验室双方合作开展新材料水泥提质增效低碳及能量回收的节能装备系列产品关键技术的研发和创新升级的产业化发展。

1、预期产生的经济效益

据中商产业研究院发布的《2016-2021年中国水泥行业市场分析及投资前景咨询报告》显示，目前全国主要的水泥企业共有3632家，这还不包括一些小的水泥生产企业。假设每家水泥厂的生产量为5000t/d，提供400t/h处理量的水泥新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收技术就能够满足生产需要。因此，如果水泥新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收技术经过企业的产业化后，水泥新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收技术市场占有率为11%，则拥有的市场容量为400家，如果每年40家企业为成功售出目标，那么在新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收装备的使用寿命为10年的周期内，该产品的销售企业能够每年产生的经济效益如下：

（1）企业每年产生的经济效益=40（目标企业数）×960万元/（每套400t/h处理量）×30%（利润）=1.152亿元/年；

（2）企业10年产生的经济效益=1.152亿元/年×10年=11.52亿元；

（3）企业每年利税额=40（目标企业数）×960万元/（每套400t/h处理量）×13%（税率）=0.4992亿元/年；

（4）企业10年利税额=0.4992亿元/年×10年=4.992亿元。

2 、预期产生的社会效益

对于拥有水泥新材料提质增效低碳系统能源转化及能量高效回收技术技术产权的企业，在该科技成果产业化执行期内，在生产、销售和服务等多个环节需要新增就业人员150人左右，拉动地方积极经济16450万元的增长，可增加财政收入2467万元左右，不仅促进地方社会和经济的发展，而且可提高所在地的人民收入，促进消费经济，提高人民的幸福感，丰富精神文明建设。企业引进了成套系统的水泥新材料提质增效低碳系统关键技术后，水泥生产线实现了节能提效，相当减少了CO₂、SO₂、NO_x、灰尘和废水等“三废”污染物的排放量，保护了环境，保护当地居民的的身体健康，提高了食品安全等，“青山绿水就是金山银山”，这提高人民的幸福感和安全感，产生无法估计的社会效益，为国家在2060年前实现“双碳”目标作出应有的贡献。

该科技成果是本研究团队与企业方共同成立联合实验室，以市场为导向，进行水泥提质增效多相流冷却集成技术开发，本科技成果不限于建材市场领域的应用。由双方共同开发出的研究成果及知识产权归双方（技术需求方、技术研发方）共同所有，所研发出的科技成果进行成果转化时，双方享受共有权益，具体的分配比例另行协商，技术研发方基于对共有技术成果享有的共有权益，可享有共有技术成果产业化产生的收益，具体分配比例由双方另行协商确定。