我國新型干法水泥生產技術的創(chuàng)新歷程

　　水泥生產自1824年誕生以來，生產技術歷經了多次變革。從間歇作業(yè)的土立窯到1885年出現回轉窯；從1930年德國伯力鳩斯的立波爾窯到1950年聯(lián)邦德國洪堡公司的懸浮預熱器窯；1971年日本石川島公司和秩父水泥公司在懸浮預熱技術的基礎上研究成功了預分解法，即預分解窯。新型干法水泥生產技術，是以懸浮預熱和預分解技術為核心，利用現代流體力學、燃燒動力學、熱工學、粉體工程學等現代科學理論和技術，并采用計算機及其網絡化信息技術進行水泥工業(yè)生產的綜合技術。新型干法水泥生產技術具有高效、優(yōu)質、節(jié)能、節(jié)約資源、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的特點，充分體現了現代水泥工業(yè)生產大型化、自動化的特征。  

　　新型干法水泥生產技術的出現，徹底改變了水泥生產技術的格局和發(fā)展進程，它采用現代最新的水泥生產工藝和裝備，逐步取代了立窯生產技術、濕法窯生產技術、干法中空窯生產技術以及半干法生產技術，從而把水泥工業(yè)生產推向一個新的階段。我國水泥工業(yè)幾乎同步把握了世界新型干法水泥生產技術的發(fā)展脈搏。  

　　1  “四平型”預分解窯的形成  

　　1970年建筑材料科學研究院（以下簡稱建材研究院）根據石灰石配料和懸浮預熱器的實踐，提出了“兩級煅燒，即窯尾加把火”的設想，這是我國關于水泥預分解技術的最早設想，與當時的日本等國在設想的提出時間上相差無幾。1970年6月經原國家建委建材工業(yè)組批準立項，首先在建材研究院實驗室的0．7m×7m窯系統(tǒng)中進行中間試驗，效果良好。1972年在杭州水泥廠的立筒預熱器的底部采用噴入少量煤粉補燃的辦法，實施了“窯尾加把火”的生產性探索試驗。后因歷史原因而擱置，直到1973年建材研究院正式開始對預分解技術進行系統(tǒng)研究，在試驗室配備有四級旋風預熱器的0．7m×7m窯系統(tǒng)上，完成了燒油和燒煤的試驗室試驗。1976年在吉林四平石嶺水泥廠2．4m×40m窯上完成了燒油預分解的工業(yè)試驗，即“四平型”預分解窯設計，產量比同規(guī)模的中空窯提高一倍以上。這是我國第一臺預分解窯的工業(yè)規(guī)模生產線。該項目1977年通過部級鑒定，1978年獲全國科學大會獎。1976年我國第一臺“四平型”燒油預分解窯在吉林石嶺水泥廠投產后，各設計院即著手以煤為燃料，先后開發(fā)700t/D、1000t/D級預分解窯。1978年3月，建材研究院設計的本溪水泥廠1200t/D（燃煤）熟料生產線（3．7m×57m窯、KSＶ爐）建成投產。該項目1979年6月通過部級鑒定，并獲部級二等獎。僅就分解爐燒煤的研究而言，我國起步早于日本，應用生產也早于日本，為我國2000t/D預分解窯生產線的設計提供了生產實例和實踐數據，使我國正式把水泥預分解生產技術列入國家水泥工業(yè)技術發(fā)展的主攻方向。  

　　2  江西萬年國產化2000t/D生產線的開發(fā)設計 

　　1975年，天津水泥工業(yè)設計研究院（以下簡稱天津水泥院）圍繞我國國產化的2000t/D新型干法生產線的關鍵技術和設備大型化問題，開展了系統(tǒng)性的科研攻關和開發(fā)設計工作，并于1978年基本完成了裝備設計工作。在我國相繼成套引進冀東、寧國4000t/D生產線后，國家建材局加大了水泥大型裝備國產化的步伐，決定在江西萬年的江西水泥廠建設我國第一條國產化2000t/D新型干法水泥生產線。天津水泥院承擔了全部的裝備成套和工程設計工作。該生產線于1982年開始工程設計，1986年建成進入試生產，1989年通過國家驗收，各項主要技術經濟指標均達到了設計指標。我國自行設計、自行制造、自行安裝的第一條2000t/D生產線的建成投產，標志著我國新型干法水泥生產技術的發(fā)展樹立了一個新的里程碑。之后，天津水泥院在國家建材局領導下，立即組織了2000t/D大型預分解窯的國產化“一條龍”攻關和16項單機技術引進及4000t/D級生產線的攻關工作，為我國國產化2000t/D生產線的全面提高打下了堅實的基礎。  

　　3  國產化700 t/D生產線的推廣  

　　1982年經國家計委、經委和科委批準，把“水泥預分解技術及裝備”列為第六個國家科技攻關五年計劃的三十八個重點項目之一（第二十二項），此舉有力地推動了我國新型干法水泥生產技術的發(fā)展。為此，國家建材局選擇江蘇邳縣水泥廠和新疆水泥廠700t/D熟料燒煤預分解生產線作為國家科技攻關重點項目。經過參加攻關的有關單位和全體同志的共同努力，達到了預期的效果，并于1984年4月和8月分別在江蘇邳縣和新疆烏魯木齊市成功地召開了國家科技攻關驗收會議。這項科技成果極大地鼓舞了我國水泥科技工作者發(fā)展新型干法水泥生產技術的信心。  

　　為便于各地方和各部門在工程建設時有所遵循、有所借鑒，國家建材局水泥司于1984年11月舉辦了700t/D熟料預分解工藝線示范設計講座。天津水泥院設計的上海川沙水泥廠（650t/D），建材研究院設計的新疆水泥廠（700t/D），合肥水泥院設計的山東棗莊礦務局水泥廠（650t/D），都起到了很好的示范作用。  

　　4  中國水泥發(fā)展中心在天津水泥院建立  

　　1980年7月，國家建筑材料工業(yè)部?眼80?演建材基字551號文決定在天津水泥院建立聯(lián)合國開發(fā)計劃署（ＵＮDＰ）援助我國的“中國水泥發(fā)展中心”。1983年1月10日，“中國水泥發(fā)展中心”（英文縮寫CCDC）在天津水泥院正式成立，它是亞太地區(qū)唯一的國際性水泥機構，主要任務是“原燃料工藝性能試驗、資源和工業(yè)廢渣綜合利用、新技術、新工藝開發(fā)、人材交流及人材培訓，協(xié)助中國水泥工業(yè)提高產量和質量”?！爸袊喟l(fā)展中心”作為中國水泥的對外窗口，在聯(lián)合國的幫助下，不斷引進國外先進技術，使中國水泥工業(yè)逐步達到了世界先進水平，同時向發(fā)展中國家推廣我國的技術與裝備，在我國水泥工業(yè)走向世界的進程中起到了積極的作用。  

　　5  學習國外先進技術  

　　我國水泥工程技術人員在自力更生、開拓進取的同時，也十分重視學習和借鑒國外先進的科學技術成就。從1978年開始，相繼從日本石川島、川崎、丹麥史密斯、羅馬尼亞等國家引進了4000t/D和3200t/D大型預分解窯的成套設備，冀東、寧國、柳州、株江、淮海等廠一系列大型預分解生產線相繼建成投產。1990后，一些國外獨資及中外合資水泥項目也相繼進入中國，如煙臺三菱、泗水大宇、秦皇島淺野等大型企業(yè)相繼建成投產，極大地豐富了我國新型干法水泥生產技術的設計經驗。  

　　在通過引進先進技術裝備的同時，還采取走出去的學習方式。1984年，在剛剛完成江西水泥廠2000t/D生產線工程設計后，天津水泥院就派出主要開發(fā)設計人員加入到中國建材對外公司承攬的伊拉克卡爾巴拉水泥廠生產勞務承包隊伍中；1990年和1993年，天津水泥院又先后兩次派出工程技術人員共40余人到丹麥FLS公司參加聯(lián)合設計。由此，不但學習了國際先進技術，而且也學習了國際先進管理經驗，為全面掌握新型干法水泥生產技術創(chuàng)造了條件。   

　　6  水泥工業(yè)的“中國第一線”  

　　早在1990年雙陽水泥廠2000t/D生產線被國家計委列入“八五”期間重點建設項目時，為了推動我國水泥工業(yè)技術水平的提高，國家計委、國家建材局決定把在“六五”和“七五”期間從國外引進的14項先進技術及國內開發(fā)的5項新技術集中應用在雙陽水泥廠的設計中。為此，天津水泥院集中力量，開展引進轉化、科研開發(fā)、技術創(chuàng)新，從原料破碎、原料預均化、生料制備、生料均化、熟料燒成、水泥粉磨到水泥包裝的各個環(huán)節(jié)的技術裝備，全部采用國產化的最新技術成果。在總結前幾條2000t/D生產線的基礎上，確定了“生產可靠、技術先進、節(jié)省投資、提高效益”的指導思想，把引進吸收與自行研發(fā)相結合、借鑒與創(chuàng)新相結合，開展創(chuàng)新設計，首次采用一磨（第一臺國產4．6m×7．5＋3．5m原料磨）一窯（4m×60m）一磨（4．2m×11m水泥磨＋輥壓機）的工藝流程，并在其它方面也都有新的突破。1993年6月29日雙陽水泥廠順利投產，不但各項技術經濟指標達到上世紀80年代的國際先進水平，而且一年內超過了設計指標，真正實現了“建成之日即為達標、達產之日”的目標。這條以引進國外先進技術轉化的水泥裝備國產化2000t/D生產線的“一條龍”項目被譽為“中國第一線”。為表彰天津水泥院在推動我國新型干法水泥生產技術方面做出的突出貢獻，1995國務院發(fā)展中心認定天津水泥院為“全國首家設計新型干法水泥生產線的設計研究院”，并收入《中華之最榮譽大典》（1949～1995）。  

　　7  持續(xù)技術創(chuàng)新、優(yōu)化設計  

　　在1996年前按“雙陽型”建設的10余條2000t/D級生產線基本上都達到了產品高質量和運行可靠性的目標，但由于基建投資過高（按年產能力計，一般為800～1000元/噸），加上項目投資體制不完善和貸款利息過高等原因，使企業(yè)幾乎無經濟效益可言，進而使投資者對新型干法生產線的建設缺乏信心。1996年原國家建材局根據國家產業(yè)政策和建材工業(yè)“由大變強、靠新出強”的跨世紀戰(zhàn)略的要求，要大力發(fā)展以新型預分解技術為主，具有規(guī)模經濟的大中型水泥項目。為此而制定的“低投資、國產化、大型化”原則，一直是我國新型干法水泥生產技術發(fā)展的主旋律。鑒于此，在國家建材局的主持下，天津等設計院投入大量人力開展“優(yōu)化設計、國產化、低投資”的研究和技術創(chuàng)新活動，相繼提出了1000t/D、2000t/D、4000t/D水泥熟料生產示范線設計方案。方案的特點主要是：（1）具有先進的技術指標；（2）具有長期安全運轉的可靠性；（3）具有低投入、高產出的良好經濟效益。1998～2000年，又進一步開展技術創(chuàng)新、優(yōu)化設計活動，在一系列關鍵技術和裝備上，如高效組合式選粉機、高效低壓損預熱器及分解爐系統(tǒng)、第三代篦式冷卻機、高效生料均化庫等實現了大的突破，完成了提高型示范設計方案。在此基礎上，天津水泥院先后在寧國二線、白馬山4號窯、山東水泥廠3號窯、雙陽二線2000t/D等，以及葛洲壩3號窯2500t/D等項目的建設上，技術不斷創(chuàng)新、設計不斷優(yōu)化，在確?！皟?yōu)質、高產、低消耗”的前提下，實踐“國產化、低投資”技術方案取得了新的突破，達到了項目建設工期短、工程質量好、投資省、達標達產快的目標?；ㄍ顿Y得以大幅度降低（300～400元/噸），這為新型干法生產線的普及推廣奠定了堅實的基礎。  

　　與此同時，成都建筑材料工業(yè)設計研究院（以下簡稱成都建材院）和建材研究院致力于高海拔、高風速地區(qū)建設新型干法生產線的設計研究。1995年，成都建材院設計的云南紅塔滇西水泥有限公司1號線1000t/D建成投產，一年后被當時的國家建材局列為達標達產示范線。該生產線的建設成功，為后來在青海、西藏、貴州的高原地區(qū)建設新型干法水泥廠提供了經驗。天津水泥院在西藏拉薩設計的西藏高天水泥廠2000t/D生產線是國內外海拔最高、規(guī)模最大的新型干法水泥生產線。  

　　8 資源綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展之路   

　　水泥工業(yè)是用煤大戶，為了適應水泥工業(yè)發(fā)展，采用無煙煤代替煙煤既可以解決無煙煤地區(qū)建廠，又可降低成本，提高企業(yè)經濟效益和社會效益。早在20世紀90年代初，天津水泥院在太原水泥廠3號窯技改中應用低揮發(fā)分（12%以下）煤獲得了成功。1997年，以南京水泥院為主體設計的國內首條采用無煙煤作燃料的引進2000t/D熟料生產線在福建三德水泥公司成功之后，各設計院及時抓住這一技術創(chuàng)新領域，各自開展了無煙煤煅燒技術的研究與開發(fā)設計工作，并相繼在不同生產規(guī)模的熟料生產線上采用。  

　　水泥工業(yè)不僅要消耗大量的一次能源——煤炭，而且還要消耗大量的二次能源——電力。然而，由于受水泥熟料煅燒技術及水泥生產工藝過程的限制，占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱耗量25%的中、低溫（360℃以）廢氣未能完全充分利用而被排放掉，造成驚人的浪費。如何有效回收這部分余熱，使之回用于水泥生產，一直是困擾水泥行業(yè)節(jié)能降耗，提高效益的難題之一。  

　　20世紀90年代中期，天津水泥院通過轉化吸收一些國家低溫余熱的回收利用技術，在完成引進日本川崎公司技術和主機設備的海螺集團寧國水泥廠純低溫余熱電站工程設計以后，經過近十年的艱苦努力，利用“八五”國家重大科技攻關項目——魯南水泥廠2×2000t/D帶補燃鍋爐的中、低溫余熱發(fā)電技術及裝備的研究和開發(fā)成果（12Kw機組），不僅開發(fā)出了我國具有自主知識產權的純低溫余熱發(fā)電的系統(tǒng)技術，填補了國內空白，同時，還會同國內的鍋爐和汽輪機生產制造廠家，開發(fā)出適于700t/D、2000t/D、5000t/D級規(guī)模的預分解生產線純低溫余熱發(fā)電的主要設備，并得到普遍的推廣和應用。對于純低溫的余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要是利用窯尾預熱器360℃的廢氣余熱及窯頭熟料冷機200℃左右的廢氣余熱進行發(fā)電，按理論分析計算，純低溫余熱發(fā)電量可達到每噸熟料22～32KwH。  

　　在充分回收利用水泥生產線低溫廢氣余熱的同時，采用循環(huán)流化鍋爐，燃用發(fā)熱量小于12540KJ/Kg以下的劣質煤（煤矸石）進行發(fā)電或熱電聯(lián)供，鍋爐所產生的灰渣全部回用于水泥生產。這樣的資源綜合利用電站，不僅可為企業(yè)帶來顯著的經濟效益，同時還具有顯著的社會效益和環(huán)境效益，符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。  

　　20世紀90年代，人們看到超細礦渣粉摻入混凝土后，可生產出滿足不同性能要求的混凝土的特點，對鋼廠廢棄物——礦渣進行深加工，使其成為高附加值產品，經濟效益、社會效益和環(huán)保效益十分顯著。近年來，寶鋼、武鋼、韶鋼、唐鋼、鞍鋼等大鋼鐵公司已建成多條礦渣超細粉磨生產線，總生產能力已達近700萬t/A。大量的礦渣利用，既解決了污染問題，又節(jié)約了資源和能源，意義深遠。  

　　9  技術、裝備走出國門、邁向世界  

　　經過十幾年的快速發(fā)展，我國水泥工業(yè)的成就得到了世界各國的認可，我國自行研制開發(fā)的700t/D、1000t/D、2000t/D、2500t/D、3000t/D及5000t/D新型干法生產線已走出國門，以其價廉物美、生產可靠，深受伊朗、馬來西亞、巴基斯坦、老撾、越南等發(fā)展中國家的青睞。  

　　10  新型干法的新突破、新紀元  

　　人類跨入新世紀以來，水泥工業(yè)隨著新型干法水泥技術的發(fā)展，愈來愈呈現大型化、集約化發(fā)展的趨勢。天津水泥院等在積累了豐富的燒成系統(tǒng)開發(fā)設計經驗的基礎上，通過與國內大型水泥生產企業(yè)的精誠合作，研制開發(fā)的5000t/D新型干法生產線，2002年在安徽池州海螺、銅陵海螺、寧國海螺投產成功，其主要技術指標與當代國際先進指標相接近。這是我國新型干法水泥生產技術發(fā)展的又一個新的里程碑。   

　　與此同時，為了進一步加快我國水泥工業(yè)產業(yè)結構的升級和調整，提高水泥行業(yè)的技術裝備水平和經濟效益，進一步增強我國水泥工業(yè)技術裝備在國際市場的競爭力，國務院有關主管部門在“十五”計劃期間，安排開展了“十五重大成套技術裝備研制項目——10000t/D生產線成套設備研制項目”，由天津水泥院做為項目主持單位，依托安徽海螺集團工程項目，開展了10000t/D水泥熟料生產線的開發(fā)設計工作。此項工作已于2005年通過國家驗收，這對我國水泥工業(yè)的發(fā)展和技術進步具有重要的推動作用。   

　　技術的創(chuàng)新歷程，推動著水泥工業(yè)的快速發(fā)展。特別是進入新世紀以來，我國水泥工業(yè)新型干法水泥生產線建設呈現出強勁的發(fā)展勢頭，水泥熟料生產能力以平均每年約50%的速度持續(xù)增長。截至2005年底，我國已建成投產的700t/D以上規(guī)模的新型干法水泥生產線有622條，其生產能力已達4．3億噸，約占我國水泥總產量10．64億噸的40%。與其同時，國外市場也捷報頻傳，不但傳統(tǒng)的周邊國家和非洲市場份額急劇增加，而且中東、東歐、拉美市場也頻頻得手。我國新型干法水泥生產技術與裝備已經接近國際先進水平。  

　　我國新型干法水泥生產技術的發(fā)展歷程，不僅標志著我國水泥工業(yè)的科技進步，而且也標志著我國國民經濟各個領域科學技術的進步和我國基礎工業(yè)的發(fā)展水平。