姚燕：协同研发“第二代新型干法水泥生产技术”

资料图片：中国建材集团总经理、中国建筑材料科学研究总院院长姚燕

　　在水泥行业，提起姚燕，无人不晓。这与她的双重身份密不可分：技术专家和行业领导。

　　正是这么一位精干、历练、充满智慧的女企业家，建设了一批从事技术研究的队伍，为水泥行业的重点工程提供了一批新理论和新成果。

　　在第二代新型干法水泥创新与研发之际，姚燕从技术专家和行业领导的双重角度，讲述了实施“第二代”的重大意义和对“第二代”技术的深刻解读。

　　记者：从中国建材集团和总院的角度来看，您认为提出和实施“第二代新型干法水泥技术”的意义何在？

　　姚燕：自1824年英国人J.Aspdin获得第一项波特兰水泥专利后，水泥生产技术随着时代的进步不断更新。从煅烧设备看，水泥生产技术经历了瓶窑、仓窑、立窑、机械立窑、干法回转窑和湿法回转窑等阶段后，现在已处于新型干法的时代，目前预分解新型干法仍是当今世界上能实现规模生产的最先进的水泥生产技术。

　　我国的水泥新型干法生产技术自1970年中国建材院赵正一工程师提出“窑尾加把火”的想法以来，经过了自主创新、引进消化吸收再创新等艰苦历程，在原建材局、有关水泥企业与设计、科研和设备制造等共同努力下，先后开发出1000t/d、2000t/d、2500t/d、4000t/d、5000t/d及以上熟料的预分解窑新型干法生产工艺和装备，为中国水泥新型干法的蓬勃发展创造了必需的条件。

　　目前我国在预分解窑节能煅烧工艺、大型原料均化、节能粉磨技术、自动控制技术和环境保护技术等方面，从设计到装备制造都迅速赶上了世界先进水平，水泥生产技术和装备已从中国走向世界。

　　但我国水泥工业在快速发展的同时也面临资源、能源、环境的危机，连续多年能耗及排放总量名列工业部门前列，因此进一步节能减排、保护环境是水泥工业生存和发展的必然选择。中国水泥工业必须向资源节约型、环境友好型和高效节能减排的“绿色水泥工业”迈进。乔会长和联合会提出“第二代新型干法水泥技术”的研究与推广很有意义，也很及时，我们很拥护。

　　然而我国目前的水泥产能严重过剩，研究开发新工艺、新技术和新装备，无论从资金投入、研发能力、时间成本以及应用前景等方面都不现实，所以开发以悬浮预热和预分解技术为核心，立足于已有生产线改造的技术和装备更符合水泥工业的发展需求。

　　记者：您认为应该如何定义“第二代新型干法水泥技术”？

　　姚燕：词典定义：新型干法水泥生产技术是指以悬浮预热和窑外预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产的最新成果广泛地应用于水泥生产的全过程，形成一套具有现代高科技特征和符合优质、高产、节能、环保以及大型化、自动化的现代水泥生产方法。

　　我们拟新定义：第二代新型干法水泥生产技术，是指以悬浮预热和预分解技术为核心，进一步强化热交换和熟料煅烧过程，大幅度提高窑炉热效率和容积率；利用新型节能粉磨技术实现高效粉磨；同时采用网络化信息、功能化、智能化、高效利用废弃物和污染物防治等先进技术，进行水泥工业生产的现代化综合技术。

　　解读：烧成部分仍以悬浮预热和预分解技术为核心，无论采用何种新技术、新产品（如高固气比、预烧成、快速煅烧、高效冷却机、高效保温材料等），提炼出共性就是强化热交换和熟料煅烧过程，大幅度提高窑炉热效率和容积率，如能将出口温度大幅下降，余热利用就不用再作为未来发展技术，对于污染物肯定是先以防为主，但高效治理应该是第二代的标志技术之一，这样一来粉尘（甚至PM2.5）、氮氧化物、二氧化碳等减排技术全包括了，对于废弃物的问题，我们认为利用和处置是不同的概念，不能混淆，协同处置不是大量推广的技术，但高效利用废弃物是可以作为广泛推广的共性技术，所以提出了相对比较简洁的定义。如果用于申报项目，针对每项均可提出考核指标。

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　　记者：您认为研发“第二代新型干法水泥技术”有哪些有利条件和因素？

　　姚燕：首先是水泥工业产能严重过剩的现状迫使水泥生产企业必须转变生产方式，国家节能减排的要求，政府主导通过节能减排技术的开发和应用，进一步提升水泥生产能耗和排放的指标，逐渐将技术落后、不重视技术改造和持续技术进步的水泥企业淘汰出局，进一步推动我国新型干法水泥技术和装备赶超世界先进水平。

　　其次，研究院所和院校坚持不懈的研究为“第二代新型干法水泥技术”奠定了良好的基础。

　　尽管目前在规模应用中新型干法技术并没有质的飞跃，但国内外学者寻求突破的步伐并没有停止。

　　日本川崎重工业株式会社于1984年开始进行流态化床熟料烧成技术的基础研究试验，实验表明流态化床熟料烧成技术具有以下特征：热耗大幅度下降、可以使用劣质煤、CO₂和NOx排放量大幅度下降、建厂投资节约成本、运转和维修成本低、熟料质量得以改善，并容易转换生产特种水泥。但目前该系统在烧煤的情况下，仍有关键技术未能解决的问题。

　　我国西安科技建筑科技大学徐德龙院士在其原创性理论——高固气比悬浮预热预分解理论指导下发明了高固气比水泥悬浮预热预分解系统，高固气比预热器系统的特点是交叉双序列旋风预热器中并行气流与串行料流相结合，使离开五级旋风筒的气体均等地通过平行双系列预热器，全部粉体从一个系列到另一个系列交替喂入，串行料流交叉进入两股平行气流中，使100%的物料与50%的气流交换热量，旋风预热器内的固气比可以提高到1倍以上，从而提高了系统的热效率。高固气比反应器系统采用选择性的体外循环方式，让粗颗粒物料和煤粉在分解炉内循环分解，大大提高了入窑物料的分解率和系统热稳定性。

　　与传统五级旋风预热预分解系统相比，悬浮态高固气比预热分解系统主要技术优势包括：高效利用了水泥熟料煅烧过程中的能量，热效率高，热耗低，废气温度低；废气、有害气体排放量少；分解炉体积小，工作温度低，分解率高；系统热震稳定性好，运行均衡稳定；台时产量高，熟料质量好。

　　该技术已先后在不同规模（从300t/d到3000t/d）的10余条水泥生产线上使用，成果于2011年5月通过了科技成果鉴定。与同规格回转窑的普通新型干法生产线相比，产量增加40%以上，热耗减少20%以上，单位电耗减少15%以上，废气中的SO₂排放降低70%以上，NOx排放降低50%以上。这项技术具有我国自主知识产权的原创性工艺技术，对于改造现有的干法生产线，进一步提高我国水泥工业的节能减排水平，具有重大现实意义。

　　中国建筑材料科学研究总院多年来与国际大企业和研究机构的合作，不断创新。2009年，总院等科研机构和大专院校承担了国家重点基础研究发展计划（973计划）项目——水泥低能耗制备与高效应用的基础研究，水泥预烧成热动力学理论研究是该项目的主要研究内容之一，拟通过冷、热态试验和计算机模拟，研究在悬浮态下进行的快速物理化学过程和热、动力学机制；研究在窑尾系统进行预烧结的方法；研究堆积态下窑内的传热过程、窑料状态以及物理化学反应；确定多因素条件下熟料低能耗、快速形成的技术途径，建立新一代、高能效水泥生产窑炉工艺技术原型。

　　研究人员利用双功能预煅烧炉的数值模拟和回转窑数值模拟模型模拟了三种窑型的温度分布，结果表明预烧成短流程窑与短窑、普通窑型相比具有更高的温度梯度和更高的烧成带温度，提出了高效窑炉系统工艺技术原型并获得国家发明专利；通过最佳能量配置以及抗结皮耐火材料的研发和应用，这一成果已在2000t/d新型干法窑上得到初步验证，提高产量33%以上，降低烧成热耗3%～5%。

　　除此之外，目前许多建材研究机构和大专院校正在积极开展减排技术研究开发与示范应用，这些基础工作为“第二代新型干法水泥技术”研发创造了有利的条件。

　　同时我们也要看到一些不利条件，如中国水泥已经产能过剩，近年新上项目不会多，推广应用会缓慢；各大企业之间的利益如何分配，统一组织和组建联盟有难度。

　　如果只是在节能减排上有所改进提高，是谈不上新一代的。要更新换代，突出的应是工艺流程的革命或颠覆性技术的出现，与生产的水泥品种没有直接关系。余热发电用在水泥窑上也是一项有争议的技术，协同处置并不是所有水泥窑都需要的，只是少量的，不应成为主流。

　　因此，要超出已有的新型干法水泥生产技术的定义范围很难。从另外的角度考虑，是否可以人为地划分，如近年发展的立磨、辊压机、新型篦冷机等的使用，使水泥窑技术进步进入了一个新阶段。总之，在现有基础上要完全实现新革命不容易。还有，新一代的确立，还应得到国际同行的认可，才站得住。

　　记者：中国水泥要超越引领世界和研发“第二代新型干法水泥技术”，行业如何能更好地做到集成创新和协同创新？中国建材集团和总院应做哪些方面的努力？

　　姚燕：这是一个复杂的问题。目前对于第二代新型干法水泥生产技术的定义和内容还没有一个大家一致认可的描述，应先统一思想。二是创新的主体在企业，要鼓励企业积极参与，开拓创新。三是要制定保证企业知识产权和利益的规定和办法，使企业愿意参加。四是解放思想，第二代新型干法可能不是一种形式，也许有三种、五种，但要符合定义，经过权威评定。第二代新型干法也不是一句政治口号，是实实在在的生产技术，最终使用技术数据来确认的。

　　回顾我国新型干法水泥技术的发展历程，原国家建材局的组织领导协调作用非常关键。现在，建材联合会的协调仍很重要。现阶段各研究院都是企业，各单位都有自己的知识产权问题，形成的科研成果必须转化成自己的收益，研究机构才可能继续生存，生产企业也是要求效益最大化，投入的资金要有回报。所以在这种时代背景下，要组织各单位有步骤、有分工去完成一项可考核的目标就显得非常困难。

　　中国建筑材料科学研究总院作为建材行业最大的综合性研究机构，曾经在我国新型干法水泥技术的发展历程中发挥了重要作用。

　　我们一直没有停止对水泥新技术的研发与推广，以积极响应和支持联合会的倡议。我们也期待建材联合会、水泥协会能够组织行业内外企业、院所、大学等统一认识，提出切实可行的实施方案，推动工作进展。