我国新型干法水泥生产技术的创新历程

　　水泥生产自1824年诞生以来，生产技术历经了多次变革。从间歇作业的土立窑到1885年出现回转窑；从1930年德国伯力鸠斯的立波尔窑到1950年联邦德国洪堡公司的悬浮预热器窑；1971年日本石川岛公司和秩父水泥公司在悬浮预热技术的基础上研究成功了预分解法，即预分解窑。新型干法水泥生产技术，是以悬浮预热和预分解技术为核心，利用现代流体力学、燃烧动力学、热工学、粉体工程学等现代科学理论和技术，并采用计算机及其网络化信息技术进行水泥工业生产的综合技术。新型干法水泥生产技术具有高效、优质、节能、节约资源、环保和可持续发展的特点，充分体现了现代水泥工业生产大型化、自动化的特征。  

　　新型干法水泥生产技术的出现，彻底改变了水泥生产技术的格局和发展进程，它采用现代最新的水泥生产工艺和装备，逐步取代了立窑生产技术、湿法窑生产技术、干法中空窑生产技术以及半干法生产技术，从而把水泥工业生产推向一个新的阶段。我国水泥工业几乎同步把握了世界新型干法水泥生产技术的发展脉搏。  

　　1  “四平型”预分解窑的形成  

　　1970年建筑材料科学研究院（以下简称建材研究院）根据石灰石配料和悬浮预热器的实践，提出了“两级煅烧，即窑尾加把火”的设想，这是我国关于水泥预分解技术的最早设想，与当时的日本等国在设想的提出时间上相差无几。1970年6月经原国家建委建材工业组批准立项，首先在建材研究院实验室的0．7m×7m窑系统中进行中间试验，效果良好。1972年在杭州水泥厂的立筒预热器的底部采用喷入少量煤粉补燃的办法，实施了“窑尾加把火”的生产性探索试验。后因历史原因而搁置，直到1973年建材研究院正式开始对预分解技术进行系统研究，在试验室配备有四级旋风预热器的0．7m×7m窑系统上，完成了烧油和烧煤的试验室试验。1976年在吉林四平石岭水泥厂2．4m×40m窑上完成了烧油预分解的工业试验，即“四平型”预分解窑设计，产量比同规模的中空窑提高一倍以上。这是我国第一台预分解窑的工业规模生产线。该项目1977年通过部级鉴定，1978年获全国科学大会奖。1976年我国第一台“四平型”烧油预分解窑在吉林石岭水泥厂投产后，各设计院即着手以煤为燃料，先后开发700t/D、1000t/D级预分解窑。1978年3月，建材研究院设计的本溪水泥厂1200t/D（燃煤）熟料生产线（3．7m×57m窑、KSＶ炉）建成投产。该项目1979年6月通过部级鉴定，并获部级二等奖。仅就分解炉烧煤的研究而言，我国起步早于日本，应用生产也早于日本，为我国2000t/D预分解窑生产线的设计提供了生产实例和实践数据，使我国正式把水泥预分解生产技术列入国家水泥工业技术发展的主攻方向。  

　　2  江西万年国产化2000t/D生产线的开发设计 

　　1975年，天津水泥工业设计研究院（以下简称天津水泥院）围绕我国国产化的2000t/D新型干法生产线的关键技术和设备大型化问题，开展了系统性的科研攻关和开发设计工作，并于1978年基本完成了装备设计工作。在我国相继成套引进冀东、宁国4000t/D生产线后，国家建材局加大了水泥大型装备国产化的步伐，决定在江西万年的江西水泥厂建设我国第一条国产化2000t/D新型干法水泥生产线。天津水泥院承担了全部的装备成套和工程设计工作。该生产线于1982年开始工程设计，1986年建成进入试生产，1989年通过国家验收，各项主要技术经济指标均达到了设计指标。我国自行设计、自行制造、自行安装的第一条2000t/D生产线的建成投产，标志着我国新型干法水泥生产技术的发展树立了一个新的里程碑。之后，天津水泥院在国家建材局领导下，立即组织了2000t/D大型预分解窑的国产化“一条龙”攻关和16项单机技术引进及4000t/D级生产线的攻关工作，为我国国产化2000t/D生产线的全面提高打下了坚实的基础。  

　　3  国产化700 t/D生产线的推广  

　　1982年经国家计委、经委和科委批准，把“水泥预分解技术及装备”列为第六个国家科技攻关五年计划的三十八个重点项目之一（第二十二项），此举有力地推动了我国新型干法水泥生产技术的发展。为此，国家建材局选择江苏邳县水泥厂和新疆水泥厂700t/D熟料烧煤预分解生产线作为国家科技攻关重点项目。经过参加攻关的有关单位和全体同志的共同努力，达到了预期的效果，并于1984年4月和8月分别在江苏邳县和新疆乌鲁木齐市成功地召开了国家科技攻关验收会议。这项科技成果极大地鼓舞了我国水泥科技工作者发展新型干法水泥生产技术的信心。  

　　为便于各地方和各部门在工程建设时有所遵循、有所借鉴，国家建材局水泥司于1984年11月举办了700t/D熟料预分解工艺线示范设计讲座。天津水泥院设计的上海川沙水泥厂（650t/D），建材研究院设计的新疆水泥厂（700t/D），合肥水泥院设计的山东枣庄矿务局水泥厂（650t/D），都起到了很好的示范作用。  

　　4  中国水泥发展中心在天津水泥院建立  

　　1980年7月，国家建筑材料工业部?眼80?演建材基字551号文决定在天津水泥院建立联合国开发计划署（ＵＮDＰ）援助我国的“中国水泥发展中心”。1983年1月10日，“中国水泥发展中心”（英文缩写CCDC）在天津水泥院正式成立，它是亚太地区唯一的国际性水泥机构，主要任务是“原燃料工艺性能试验、资源和工业废渣综合利用、新技术、新工艺开发、人材交流及人材培训，协助中国水泥工业提高产量和质量”。“中国水泥发展中心”作为中国水泥的对外窗口，在联合国的帮助下，不断引进国外先进技术，使中国水泥工业逐步达到了世界先进水平，同时向发展中国家推广我国的技术与装备，在我国水泥工业走向世界的进程中起到了积极的作用。  

　　5  学习国外先进技术  

　　我国水泥工程技术人员在自力更生、开拓进取的同时，也十分重视学习和借鉴国外先进的科学技术成就。从1978年开始，相继从日本石川岛、川崎、丹麦史密斯、罗马尼亚等国家引进了4000t/D和3200t/D大型预分解窑的成套设备，冀东、宁国、柳州、株江、淮海等厂一系列大型预分解生产线相继建成投产。1990后，一些国外独资及中外合资水泥项目也相继进入中国，如烟台三菱、泗水大宇、秦皇岛浅野等大型企业相继建成投产，极大地丰富了我国新型干法水泥生产技术的设计经验。  

　　在通过引进先进技术装备的同时，还采取走出去的学习方式。1984年，在刚刚完成江西水泥厂2000t/D生产线工程设计后，天津水泥院就派出主要开发设计人员加入到中国建材对外公司承揽的伊拉克卡尔巴拉水泥厂生产劳务承包队伍中；1990年和1993年，天津水泥院又先后两次派出工程技术人员共40余人到丹麦FLS公司参加联合设计。由此，不但学习了国际先进技术，而且也学习了国际先进管理经验，为全面掌握新型干法水泥生产技术创造了条件。   

　　6  水泥工业的“中国第一线”  

　　早在1990年双阳水泥厂2000t/D生产线被国家计委列入“八五”期间重点建设项目时，为了推动我国水泥工业技术水平的提高，国家计委、国家建材局决定把在“六五”和“七五”期间从国外引进的14项先进技术及国内开发的5项新技术集中应用在双阳水泥厂的设计中。为此，天津水泥院集中力量，开展引进转化、科研开发、技术创新，从原料破碎、原料预均化、生料制备、生料均化、熟料烧成、水泥粉磨到水泥包装的各个环节的技术装备，全部采用国产化的最新技术成果。在总结前几条2000t/D生产线的基础上，确定了“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”的指导思想，把引进吸收与自行研发相结合、借鉴与创新相结合，开展创新设计，首次采用一磨（第一台国产4．6m×7．5＋3．5m原料磨）一窑（4m×60m）一磨（4．2m×11m水泥磨＋辊压机）的工艺流程，并在其它方面也都有新的突破。1993年6月29日双阳水泥厂顺利投产，不但各项技术经济指标达到上世纪80年代的国际先进水平，而且一年内超过了设计指标，真正实现了“建成之日即为达标、达产之日”的目标。这条以引进国外先进技术转化的水泥装备国产化2000t/D生产线的“一条龙”项目被誉为“中国第一线”。为表彰天津水泥院在推动我国新型干法水泥生产技术方面做出的突出贡献，1995国务院发展中心认定天津水泥院为“全国首家设计新型干法水泥生产线的设计研究院”，并收入《中华之最荣誉大典》（1949～1995）。  

　　7  持续技术创新、优化设计  

　　在1996年前按“双阳型”建设的10余条2000t/D级生产线基本上都达到了产品高质量和运行可靠性的目标，但由于基建投资过高（按年产能力计，一般为800～1000元/吨），加上项目投资体制不完善和贷款利息过高等原因，使企业几乎无经济效益可言，进而使投资者对新型干法生产线的建设缺乏信心。1996年原国家建材局根据国家产业政策和建材工业“由大变强、靠新出强”的跨世纪战略的要求，要大力发展以新型预分解技术为主，具有规模经济的大中型水泥项目。为此而制定的“低投资、国产化、大型化”原则，一直是我国新型干法水泥生产技术发展的主旋律。鉴于此，在国家建材局的主持下，天津等设计院投入大量人力开展“优化设计、国产化、低投资”的研究和技术创新活动，相继提出了1000t/D、2000t/D、4000t/D水泥熟料生产示范线设计方案。方案的特点主要是：（1）具有先进的技术指标；（2）具有长期安全运转的可靠性；（3）具有低投入、高产出的良好经济效益。1998～2000年，又进一步开展技术创新、优化设计活动，在一系列关键技术和装备上，如高效组合式选粉机、高效低压损预热器及分解炉系统、第三代篦式冷却机、高效生料均化库等实现了大的突破，完成了提高型示范设计方案。在此基础上，天津水泥院先后在宁国二线、白马山4号窑、山东水泥厂3号窑、双阳二线2000t/D等，以及葛洲坝3号窑2500t/D等项目的建设上，技术不断创新、设计不断优化，在确保“优质、高产、低消耗”的前提下，实践“国产化、低投资”技术方案取得了新的突破，达到了项目建设工期短、工程质量好、投资省、达标达产快的目标。基建投资得以大幅度降低（300～400元/吨），这为新型干法生产线的普及推广奠定了坚实的基础。  

　　与此同时，成都建筑材料工业设计研究院（以下简称成都建材院）和建材研究院致力于高海拔、高风速地区建设新型干法生产线的设计研究。1995年，成都建材院设计的云南红塔滇西水泥有限公司1号线1000t/D建成投产，一年后被当时的国家建材局列为达标达产示范线。该生产线的建设成功，为后来在青海、西藏、贵州的高原地区建设新型干法水泥厂提供了经验。天津水泥院在西藏拉萨设计的西藏高天水泥厂2000t/D生产线是国内外海拔最高、规模最大的新型干法水泥生产线。  

　　8 资源综合利用，走可持续发展之路   

　　水泥工业是用煤大户，为了适应水泥工业发展，采用无烟煤代替烟煤既可以解决无烟煤地区建厂，又可降低成本，提高企业经济效益和社会效益。早在20世纪90年代初，天津水泥院在太原水泥厂3号窑技改中应用低挥发分（12%以下）煤获得了成功。1997年，以南京水泥院为主体设计的国内首条采用无烟煤作燃料的引进2000t/D熟料生产线在福建三德水泥公司成功之后，各设计院及时抓住这一技术创新领域，各自开展了无烟煤煅烧技术的研究与开发设计工作，并相继在不同生产规模的熟料生产线上采用。  

　　水泥工业不仅要消耗大量的一次能源——煤炭，而且还要消耗大量的二次能源——电力。然而，由于受水泥熟料煅烧技术及水泥生产工艺过程的限制，占水泥熟料烧成系统总热耗量25%的中、低温（360℃以）废气未能完全充分利用而被排放掉，造成惊人的浪费。如何有效回收这部分余热，使之回用于水泥生产，一直是困扰水泥行业节能降耗，提高效益的难题之一。  

　　20世纪90年代中期，天津水泥院通过转化吸收一些国家低温余热的回收利用技术，在完成引进日本川崎公司技术和主机设备的海螺集团宁国水泥厂纯低温余热电站工程设计以后，经过近十年的艰苦努力，利用“八五”国家重大科技攻关项目——鲁南水泥厂2×2000t/D带补燃锅炉的中、低温余热发电技术及装备的研究和开发成果（12Kw机组），不仅开发出了我国具有自主知识产权的纯低温余热发电的系统技术，填补了国内空白，同时，还会同国内的锅炉和汽轮机生产制造厂家，开发出适于700t/D、2000t/D、5000t/D级规模的预分解生产线纯低温余热发电的主要设备，并得到普遍的推广和应用。对于纯低温的余热发电系统，主要是利用窑尾预热器360℃的废气余热及窑头熟料冷机200℃左右的废气余热进行发电，按理论分析计算，纯低温余热发电量可达到每吨熟料22～32KwH。  

　　在充分回收利用水泥生产线低温废气余热的同时，采用循环流化锅炉，燃用发热量小于12540KJ/Kg以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，锅炉所产生的灰渣全部回用于水泥生产。这样的资源综合利用电站，不仅可为企业带来显著的经济效益，同时还具有显著的社会效益和环境效益，符合我国的可持续发展战略。  

　　20世纪90年代，人们看到超细矿渣粉掺入混凝土后，可生产出满足不同性能要求的混凝土的特点，对钢厂废弃物——矿渣进行深加工，使其成为高附加值产品，经济效益、社会效益和环保效益十分显著。近年来，宝钢、武钢、韶钢、唐钢、鞍钢等大钢铁公司已建成多条矿渣超细粉磨生产线，总生产能力已达近700万t/A。大量的矿渣利用，既解决了污染问题，又节约了资源和能源，意义深远。  

　　9  技术、装备走出国门、迈向世界  

　　经过十几年的快速发展，我国水泥工业的成就得到了世界各国的认可，我国自行研制开发的700t/D、1000t/D、2000t/D、2500t/D、3000t/D及5000t/D新型干法生产线已走出国门，以其价廉物美、生产可靠，深受伊朗、马来西亚、巴基斯坦、老挝、越南等发展中国家的青睐。  

　　10  新型干法的新突破、新纪元  

　　人类跨入新世纪以来，水泥工业随着新型干法水泥技术的发展，愈来愈呈现大型化、集约化发展的趋势。天津水泥院等在积累了丰富的烧成系统开发设计经验的基础上，通过与国内大型水泥生产企业的精诚合作，研制开发的5000t/D新型干法生产线，2002年在安徽池州海螺、铜陵海螺、宁国海螺投产成功，其主要技术指标与当代国际先进指标相接近。这是我国新型干法水泥生产技术发展的又一个新的里程碑。   

　　与此同时，为了进一步加快我国水泥工业产业结构的升级和调整，提高水泥行业的技术装备水平和经济效益，进一步增强我国水泥工业技术装备在国际市场的竞争力，国务院有关主管部门在“十五”计划期间，安排开展了“十五重大成套技术装备研制项目——10000t/D生产线成套设备研制项目”，由天津水泥院做为项目主持单位，依托安徽海螺集团工程项目，开展了10000t/D水泥熟料生产线的开发设计工作。此项工作已于2005年通过国家验收，这对我国水泥工业的发展和技术进步具有重要的推动作用。   

　　技术的创新历程，推动着水泥工业的快速发展。特别是进入新世纪以来，我国水泥工业新型干法水泥生产线建设呈现出强劲的发展势头，水泥熟料生产能力以平均每年约50%的速度持续增长。截至2005年底，我国已建成投产的700t/D以上规模的新型干法水泥生产线有622条，其生产能力已达4．3亿吨，约占我国水泥总产量10．64亿吨的40%。与其同时，国外市场也捷报频传，不但传统的周边国家和非洲市场份额急剧增加，而且中东、东欧、拉美市场也频频得手。我国新型干法水泥生产技术与装备已经接近国际先进水平。  

　　我国新型干法水泥生产技术的发展历程，不仅标志着我国水泥工业的科技进步，而且也标志着我国国民经济各个领域科学技术的进步和我国基础工业的发展水平。