姚燕：協(xié)同研發(fā)“第二代新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)”

資料圖片：中國建材集團總經(jīng)理、中國建筑材料科學(xué)研究總院院長姚燕

　　在水泥行業(yè)，提起姚燕，無人不曉。這與她的雙重身份密不可分：技術(shù)專家和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)。

　　正是這么一位精干、歷練、充滿智慧的女企業(yè)家，建設(shè)了一批從事技術(shù)研究的隊伍，為水泥行業(yè)的重點工程提供了一批新理論和新成果。

　　在第二代新型干法水泥創(chuàng)新與研發(fā)之際，姚燕從技術(shù)專家和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的雙重角度，講述了實施“第二代”的重大意義和對“第二代”技術(shù)的深刻解讀。

　　記者：從中國建材集團和總院的角度來看，您認為提出和實施“第二代新型干法水泥技術(shù)”的意義何在？

　　姚燕：自1824年英國人J.Aspdin獲得第一項波特蘭水泥專利后，水泥生產(chǎn)技術(shù)隨著時代的進步不斷更新。從煅燒設(shè)備看，水泥生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了瓶窯、倉窯、立窯、機械立窯、干法回轉(zhuǎn)窯和濕法回轉(zhuǎn)窯等階段后，現(xiàn)在已處于新型干法的時代，目前預(yù)分解新型干法仍是當今世界上能實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的最先進的水泥生產(chǎn)技術(shù)。

　　我國的水泥新型干法生產(chǎn)技術(shù)自1970年中國建材院趙正一工程師提出“窯尾加把火”的想法以來，經(jīng)過了自主創(chuàng)新、引進消化吸收再創(chuàng)新等艱苦歷程，在原建材局、有關(guān)水泥企業(yè)與設(shè)計、科研和設(shè)備制造等共同努力下，先后開發(fā)出1000t/d、2000t/d、2500t/d、4000t/d、5000t/d及以上熟料的預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)工藝和裝備，為中國水泥新型干法的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造了必需的條件。

　　目前我國在預(yù)分解窯節(jié)能煅燒工藝、大型原料均化、節(jié)能粉磨技術(shù)、自動控制技術(shù)和環(huán)境保護技術(shù)等方面，從設(shè)計到裝備制造都迅速趕上了世界先進水平，水泥生產(chǎn)技術(shù)和裝備已從中國走向世界。

　　但我國水泥工業(yè)在快速發(fā)展的同時也面臨資源、能源、環(huán)境的危機，連續(xù)多年能耗及排放總量名列工業(yè)部門前列，因此進一步節(jié)能減排、保護環(huán)境是水泥工業(yè)生存和發(fā)展的必然選擇。中國水泥工業(yè)必須向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和高效節(jié)能減排的“綠色水泥工業(yè)”邁進。喬會長和聯(lián)合會提出“第二代新型干法水泥技術(shù)”的研究與推廣很有意義，也很及時，我們很擁護。

　　然而我國目前的水泥產(chǎn)能嚴重過剩，研究開發(fā)新工藝、新技術(shù)和新裝備，無論從資金投入、研發(fā)能力、時間成本以及應(yīng)用前景等方面都不現(xiàn)實，所以開發(fā)以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心，立足于已有生產(chǎn)線改造的技術(shù)和裝備更符合水泥工業(yè)的發(fā)展需求。

　　記者：您認為應(yīng)該如何定義“第二代新型干法水泥技術(shù)”？

　　姚燕：詞典定義：新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是指以懸浮預(yù)熱和窯外預(yù)分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的最新成果廣泛地應(yīng)用于水泥生產(chǎn)的全過程，形成一套具有現(xiàn)代高科技特征和符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能、環(huán)保以及大型化、自動化的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。

　　我們擬新定義：第二代新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，是指以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心，進一步強化熱交換和熟料煅燒過程，大幅度提高窯爐熱效率和容積率；利用新型節(jié)能粉磨技術(shù)實現(xiàn)高效粉磨；同時采用網(wǎng)絡(luò)化信息、功能化、智能化、高效利用廢棄物和污染物防治等先進技術(shù)，進行水泥工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化綜合技術(shù)。

　　解讀：燒成部分仍以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心，無論采用何種新技術(shù)、新產(chǎn)品（如高固氣比、預(yù)燒成、快速煅燒、高效冷卻機、高效保溫材料等），提煉出共性就是強化熱交換和熟料煅燒過程，大幅度提高窯爐熱效率和容積率，如能將出口溫度大幅下降，余熱利用就不用再作為未來發(fā)展技術(shù)，對于污染物肯定是先以防為主，但高效治理應(yīng)該是第二代的標志技術(shù)之一，這樣一來粉塵（甚至PM2.5）、氮氧化物、二氧化碳等減排技術(shù)全包括了，對于廢棄物的問題，我們認為利用和處置是不同的概念，不能混淆，協(xié)同處置不是大量推廣的技術(shù)，但高效利用廢棄物是可以作為廣泛推廣的共性技術(shù)，所以提出了相對比較簡潔的定義。如果用于申報項目，針對每項均可提出考核指標。

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　　記者：您認為研發(fā)“第二代新型干法水泥技術(shù)”有哪些有利條件和因素？

　　姚燕：首先是水泥工業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩的現(xiàn)狀迫使水泥生產(chǎn)企業(yè)必須轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，國家節(jié)能減排的要求，政府主導(dǎo)通過節(jié)能減排技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，進一步提升水泥生產(chǎn)能耗和排放的指標，逐漸將技術(shù)落后、不重視技術(shù)改造和持續(xù)技術(shù)進步的水泥企業(yè)淘汰出局，進一步推動我國新型干法水泥技術(shù)和裝備趕超世界先進水平。

　　其次，研究院所和院校堅持不懈的研究為“第二代新型干法水泥技術(shù)”奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　盡管目前在規(guī)模應(yīng)用中新型干法技術(shù)并沒有質(zhì)的飛躍，但國內(nèi)外學(xué)者尋求突破的步伐并沒有停止。

　　日本川崎重工業(yè)株式會社于1984年開始進行流態(tài)化床熟料燒成技術(shù)的基礎(chǔ)研究試驗，實驗表明流態(tài)化床熟料燒成技術(shù)具有以下特征：熱耗大幅度下降、可以使用劣質(zhì)煤、CO₂和NOx排放量大幅度下降、建廠投資節(jié)約成本、運轉(zhuǎn)和維修成本低、熟料質(zhì)量得以改善，并容易轉(zhuǎn)換生產(chǎn)特種水泥。但目前該系統(tǒng)在燒煤的情況下，仍有關(guān)鍵技術(shù)未能解決的問題。

　　我國西安科技建筑科技大學(xué)徐德龍院士在其原創(chuàng)性理論——高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解理論指導(dǎo)下發(fā)明了高固氣比水泥懸浮預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)，高固氣比預(yù)熱器系統(tǒng)的特點是交叉雙序列旋風預(yù)熱器中并行氣流與串行料流相結(jié)合，使離開五級旋風筒的氣體均等地通過平行雙系列預(yù)熱器，全部粉體從一個系列到另一個系列交替喂入，串行料流交叉進入兩股平行氣流中，使100%的物料與50%的氣流交換熱量，旋風預(yù)熱器內(nèi)的固氣比可以提高到1倍以上，從而提高了系統(tǒng)的熱效率。高固氣比反應(yīng)器系統(tǒng)采用選擇性的體外循環(huán)方式，讓粗顆粒物料和煤粉在分解爐內(nèi)循環(huán)分解，大大提高了入窯物料的分解率和系統(tǒng)熱穩(wěn)定性。

　　與傳統(tǒng)五級旋風預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)相比，懸浮態(tài)高固氣比預(yù)熱分解系統(tǒng)主要技術(shù)優(yōu)勢包括：高效利用了水泥熟料煅燒過程中的能量，熱效率高，熱耗低，廢氣溫度低；廢氣、有害氣體排放量少；分解爐體積小，工作溫度低，分解率高；系統(tǒng)熱震穩(wěn)定性好，運行均衡穩(wěn)定；臺時產(chǎn)量高，熟料質(zhì)量好。

　　該技術(shù)已先后在不同規(guī)模（從300t/d到3000t/d）的10余條水泥生產(chǎn)線上使用，成果于2011年5月通過了科技成果鑒定。與同規(guī)格回轉(zhuǎn)窯的普通新型干法生產(chǎn)線相比，產(chǎn)量增加40%以上，熱耗減少20%以上，單位電耗減少15%以上，廢氣中的SO₂排放降低70%以上，NOx排放降低50%以上。這項技術(shù)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性工藝技術(shù)，對于改造現(xiàn)有的干法生產(chǎn)線，進一步提高我國水泥工業(yè)的節(jié)能減排水平，具有重大現(xiàn)實意義。

　　中國建筑材料科學(xué)研究總院多年來與國際大企業(yè)和研究機構(gòu)的合作，不斷創(chuàng)新。2009年，總院等科研機構(gòu)和大專院校承擔了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目——水泥低能耗制備與高效應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，水泥預(yù)燒成熱動力學(xué)理論研究是該項目的主要研究內(nèi)容之一，擬通過冷、熱態(tài)試驗和計算機模擬，研究在懸浮態(tài)下進行的快速物理化學(xué)過程和熱、動力學(xué)機制；研究在窯尾系統(tǒng)進行預(yù)燒結(jié)的方法；研究堆積態(tài)下窯內(nèi)的傳熱過程、窯料狀態(tài)以及物理化學(xué)反應(yīng)；確定多因素條件下熟料低能耗、快速形成的技術(shù)途徑，建立新一代、高能效水泥生產(chǎn)窯爐工藝技術(shù)原型。

　　研究人員利用雙功能預(yù)煅燒爐的數(shù)值模擬和回轉(zhuǎn)窯數(shù)值模擬模型模擬了三種窯型的溫度分布，結(jié)果表明預(yù)燒成短流程窯與短窯、普通窯型相比具有更高的溫度梯度和更高的燒成帶溫度，提出了高效窯爐系統(tǒng)工藝技術(shù)原型并獲得國家發(fā)明專利；通過最佳能量配置以及抗結(jié)皮耐火材料的研發(fā)和應(yīng)用，這一成果已在2000t/d新型干法窯上得到初步驗證，提高產(chǎn)量33%以上，降低燒成熱耗3%～5%。

　　除此之外，目前許多建材研究機構(gòu)和大專院校正在積極開展減排技術(shù)研究開發(fā)與示范應(yīng)用，這些基礎(chǔ)工作為“第二代新型干法水泥技術(shù)”研發(fā)創(chuàng)造了有利的條件。

　　同時我們也要看到一些不利條件，如中國水泥已經(jīng)產(chǎn)能過剩，近年新上項目不會多，推廣應(yīng)用會緩慢；各大企業(yè)之間的利益如何分配，統(tǒng)一組織和組建聯(lián)盟有難度。

　　如果只是在節(jié)能減排上有所改進提高，是談不上新一代的。要更新?lián)Q代，突出的應(yīng)是工藝流程的革命或顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，與生產(chǎn)的水泥品種沒有直接關(guān)系。余熱發(fā)電用在水泥窯上也是一項有爭議的技術(shù)，協(xié)同處置并不是所有水泥窯都需要的，只是少量的，不應(yīng)成為主流。

　　因此，要超出已有的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的定義范圍很難。從另外的角度考慮，是否可以人為地劃分，如近年發(fā)展的立磨、輥壓機、新型篦冷機等的使用，使水泥窯技術(shù)進步進入了一個新階段?？傊?，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上要完全實現(xiàn)新革命不容易。還有，新一代的確立，還應(yīng)得到國際同行的認可，才站得住。

　　記者：中國水泥要超越引領(lǐng)世界和研發(fā)“第二代新型干法水泥技術(shù)”，行業(yè)如何能更好地做到集成創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新？中國建材集團和總院應(yīng)做哪些方面的努力？

　　姚燕：這是一個復(fù)雜的問題。目前對于第二代新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的定義和內(nèi)容還沒有一個大家一致認可的描述，應(yīng)先統(tǒng)一思想。二是創(chuàng)新的主體在企業(yè)，要鼓勵企業(yè)積極參與，開拓創(chuàng)新。三是要制定保證企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)和利益的規(guī)定和辦法，使企業(yè)愿意參加。四是解放思想，第二代新型干法可能不是一種形式，也許有三種、五種，但要符合定義，經(jīng)過權(quán)威評定。第二代新型干法也不是一句政治口號，是實實在在的生產(chǎn)技術(shù)，最終使用技術(shù)數(shù)據(jù)來確認的。

　　回顧我國新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展歷程，原國家建材局的組織領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)作用非常關(guān)鍵。現(xiàn)在，建材聯(lián)合會的協(xié)調(diào)仍很重要?，F(xiàn)階段各研究院都是企業(yè)，各單位都有自己的知識產(chǎn)權(quán)問題，形成的科研成果必須轉(zhuǎn)化成自己的收益，研究機構(gòu)才可能繼續(xù)生存，生產(chǎn)企業(yè)也是要求效益最大化，投入的資金要有回報。所以在這種時代背景下，要組織各單位有步驟、有分工去完成一項可考核的目標就顯得非常困難。

　　中國建筑材料科學(xué)研究總院作為建材行業(yè)最大的綜合性研究機構(gòu)，曾經(jīng)在我國新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展歷程中發(fā)揮了重要作用。

　　我們一直沒有停止對水泥新技術(shù)的研發(fā)與推廣，以積極響應(yīng)和支持聯(lián)合會的倡議。我們也期待建材聯(lián)合會、水泥協(xié)會能夠組織行業(yè)內(nèi)外企業(yè)、院所、大學(xué)等統(tǒng)一認識，提出切實可行的實施方案，推動工作進展。