我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新歷程

　　水泥生產(chǎn)自1824年誕生以來，生產(chǎn)技術(shù)歷經(jīng)了多次變革。從間歇作業(yè)的土立窯到1885年出現(xiàn)回轉(zhuǎn)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(yù)熱器窯；1971年日本石川島公司和秩父水泥公司在懸浮預(yù)熱技術(shù)的基礎(chǔ)上研究成功了預(yù)分解法，即預(yù)分解窯。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，是以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心，利用現(xiàn)代流體力學、燃燒動力學、熱工學、粉體工程學等現(xiàn)代科學理論和技術(shù)，并采用計算機及其網(wǎng)絡(luò)化信息技術(shù)進行水泥工業(yè)生產(chǎn)的綜合技術(shù)。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)具有高效、優(yōu)質(zhì)、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(xiàn)了現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)大型化、自動化的特征。  

　　新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，徹底改變了水泥生產(chǎn)技術(shù)的格局和發(fā)展進程，它采用現(xiàn)代最新的水泥生產(chǎn)工藝和裝備，逐步取代了立窯生產(chǎn)技術(shù)、濕法窯生產(chǎn)技術(shù)、干法中空窯生產(chǎn)技術(shù)以及半干法生產(chǎn)技術(shù)，從而把水泥工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的發(fā)展脈搏。  

　　1  “四平型”預(yù)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(jù)石灰石配料和懸浮預(yù)熱器的實踐，提出了“兩級煅燒，即窯尾加把火”的設(shè)想，這是我國關(guān)于水泥預(yù)分解技術(shù)的最早設(shè)想，與當時的日本等國在設(shè)想的提出時間上相差無幾。1970年6月經(jīng)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(yù)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(chǎn)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(yù)分解技術(shù)進行系統(tǒng)研究，在試驗室配備有四級旋風預(yù)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(yù)分解的工業(yè)試驗，即“四平型”預(yù)分解窯設(shè)計，產(chǎn)量比同規(guī)模的中空窯提高一倍以上。這是我國第一臺預(yù)分解窯的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)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(yù)分解窯在吉林石嶺水泥廠投產(chǎn)后，各設(shè)計院即著手以煤為燃料，先后開發(fā)700t/D、1000t/D級預(yù)分解窯。1978年3月，建材研究院設(shè)計的本溪水泥廠1200t/D（燃煤）熟料生產(chǎn)線（3．7m×57m窯、KSＶ爐）建成投產(chǎn)。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(yīng)用生產(chǎn)也早于日本，為我國2000t/D預(yù)分解窯生產(chǎn)線的設(shè)計提供了生產(chǎn)實例和實踐數(shù)據(jù)，使我國正式把水泥預(yù)分解生產(chǎn)技術(shù)列入國家水泥工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主攻方向。  

　　2  江西萬年國產(chǎn)化2000t/D生產(chǎn)線的開發(fā)設(shè)計 

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

　　3  國產(chǎn)化700 t/D生產(chǎn)線的推廣  

　　1982年經(jīng)國家計委、經(jīng)委和科委批準，把“水泥預(yù)分解技術(shù)及裝備”列為第六個國家科技攻關(guān)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(chǎn)技術(shù)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(yù)分解生產(chǎn)線作為國家科技攻關(guān)重點項目。經(jīng)過參加攻關(guān)的有關(guān)單位和全體同志的共同努力，達到了預(yù)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(guān)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(chǎn)技術(shù)的信心。  

　　為便于各地方和各部門在工程建設(shè)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(yù)分解工藝線示范設(shè)計講座。天津水泥院設(shè)計的上海川沙水泥廠（650t/D），建材研究院設(shè)計的新疆水泥廠（700t/D），合肥水泥院設(shè)計的山東棗莊礦務(wù)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(gòu)，主要任務(wù)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(shù)、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(chǎn)量和質(zhì)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(shù)，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(shù)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(shù)  

　　我國水泥工程技術(shù)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(shù)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(yù)分解窯的成套設(shè)備，冀東、寧國、柳州、株江、淮海等廠一系列大型預(yù)分解生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)。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(chǎn)，極大地豐富了我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)計經(jīng)驗。  

　　在通過引進先進技術(shù)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(chǎn)線工程設(shè)計后，天津水泥院就派出主要開發(fā)設(shè)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(chǎn)勞務(wù)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(shù)人員共40余人到丹麥FLS公司參加聯(lián)合設(shè)計。由此，不但學習了國際先進技術(shù)，而且也學習了國際先進管理經(jīng)驗，為全面掌握新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)線被國家計委列入“八五”期間重點建設(shè)項目時，為了推動我國水泥工業(yè)技術(shù)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(shù)及國內(nèi)開發(fā)的5項新技術(shù)集中應(yīng)用在雙陽水泥廠的設(shè)計中。為此，天津水泥院集中力量，開展引進轉(zhuǎn)化、科研開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新，從原料破碎、原料預(yù)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(shù)裝備，全部采用國產(chǎn)化的最新技術(shù)成果。在總結(jié)前幾條2000t/D生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，確定了“生產(chǎn)可靠、技術(shù)先進、節(jié)省投資、提高效益”的指導(dǎo)思想，把引進吸收與自行研發(fā)相結(jié)合、借鑒與創(chuàng)新相結(jié)合，開展創(chuàng)新設(shè)計，首次采用一磨（第一臺國產(chǎn)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(chǎn)，不但各項技術(shù)經(jīng)濟指標達到上世紀80年代的國際先進水平，而且一年內(nèi)超過了設(shè)計指標，真正實現(xiàn)了“建成之日即為達標、達產(chǎn)之日”的目標。這條以引進國外先進技術(shù)轉(zhuǎn)化的水泥裝備國產(chǎn)化2000t/D生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)方面做出的突出貢獻，1995國務(wù)院發(fā)展中心認定天津水泥院為“全國首家設(shè)計新型干法水泥生產(chǎn)線的設(shè)計研究院”，并收入《中華之最榮譽大典》（1949～1995）。  

　　7  持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計  

　　在1996年前按“雙陽型”建設(shè)的10余條2000t/D級生產(chǎn)線基本上都達到了產(chǎn)品高質(zhì)量和運行可靠性的目標，但由于基建投資過高（按年產(chǎn)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(jīng)濟效益可言，進而使投資者對新型干法生產(chǎn)線的建設(shè)缺乏信心。1996年原國家建材局根據(jù)國家產(chǎn)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(yù)分解技術(shù)為主，具有規(guī)模經(jīng)濟的大中型水泥項目。為此而制定的“低投資、國產(chǎn)化、大型化”原則，一直是我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的主旋律。鑒于此，在國家建材局的主持下，天津等設(shè)計院投入大量人力開展“優(yōu)化設(shè)計、國產(chǎn)化、低投資”的研究和技術(shù)創(chuàng)新活動，相繼提出了1000t/D、2000t/D、4000t/D水泥熟料生產(chǎn)示范線設(shè)計方案。方案的特點主要是：（1）具有先進的技術(shù)指標；（2）具有長期安全運轉(zhuǎn)的可靠性；（3）具有低投入、高產(chǎn)出的良好經(jīng)濟效益。1998～2000年，又進一步開展技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計活動，在一系列關(guān)鍵技術(shù)和裝備上，如高效組合式選粉機、高效低壓損預(yù)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(xiàn)了大的突破，完成了提高型示范設(shè)計方案。在此基礎(chǔ)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(shè)上，技術(shù)不斷創(chuàng)新、設(shè)計不斷優(yōu)化，在確?！皟?yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗”的前提下，實踐“國產(chǎn)化、低投資”技術(shù)方案取得了新的突破，達到了項目建設(shè)工期短、工程質(zhì)量好、投資省、達標達產(chǎn)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(chǎn)線的普及推廣奠定了堅實的基礎(chǔ)。  

　　與此同時，成都建筑材料工業(yè)設(shè)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(shè)新型干法生產(chǎn)線的設(shè)計研究。1995年，成都建材院設(shè)計的云南紅塔滇西水泥有限公司1號線1000t/D建成投產(chǎn)，一年后被當時的國家建材局列為達標達產(chǎn)示范線。該生產(chǎn)線的建設(shè)成功，為后來在青海、西藏、貴州的高原地區(qū)建設(shè)新型干法水泥廠提供了經(jīng)驗。天津水泥院在西藏拉薩設(shè)計的西藏高天水泥廠2000t/D生產(chǎn)線是國內(nèi)外海拔最高、規(guī)模最大的新型干法水泥生產(chǎn)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(yīng)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(jīng)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(yīng)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(shè)計的國內(nèi)首條采用無煙煤作燃料的引進2000t/D熟料生產(chǎn)線在福建三德水泥公司成功之后，各設(shè)計院及時抓住這一技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，各自開展了無煙煤煅燒技術(shù)的研究與開發(fā)設(shè)計工作，并相繼在不同生產(chǎn)規(guī)模的熟料生產(chǎn)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(shù)及水泥生產(chǎn)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(chǎn)，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(zhuǎn)化吸收一些國家低溫余熱的回收利用技術(shù)，在完成引進日本川崎公司技術(shù)和主機設(shè)備的海螺集團寧國水泥廠純低溫余熱電站工程設(shè)計以后，經(jīng)過近十年的艱苦努力，利用“八五”國家重大科技攻關(guān)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(shù)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(chǎn)權(quán)的純低溫余熱發(fā)電的系統(tǒng)技術(shù)，填補了國內(nèi)空白，同時，還會同國內(nèi)的鍋爐和汽輪機生產(chǎn)制造廠家，開發(fā)出適于700t/D、2000t/D、5000t/D級規(guī)模的預(yù)分解生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電的主要設(shè)備，并得到普遍的推廣和應(yīng)用。對于純低溫的余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要是利用窯尾預(yù)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(chǎn)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(zhì)煤（煤矸石）進行發(fā)電或熱電聯(lián)供，鍋爐所產(chǎn)生的灰渣全部回用于水泥生產(chǎn)。這樣的資源綜合利用電站，不僅可為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品，經(jīng)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(chǎn)線，總生產(chǎn)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(shù)、裝備走出國門、邁向世界  

　　經(jīng)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(chǎn)線已走出國門，以其價廉物美、生產(chǎn)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(shù)的發(fā)展，愈來愈呈現(xiàn)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(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過與國內(nèi)大型水泥生產(chǎn)企業(yè)的精誠合作，研制開發(fā)的5000t/D新型干法生產(chǎn)線，2002年在安徽池州海螺、銅陵海螺、寧國海螺投產(chǎn)成功，其主要技術(shù)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(chǎn)技術(shù)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級和調(diào)整，提高水泥行業(yè)的技術(shù)裝備水平和經(jīng)濟效益，進一步增強我國水泥工業(yè)技術(shù)裝備在國際市場的競爭力，國務(wù)院有關(guān)主管部門在“十五”計劃期間，安排開展了“十五重大成套技術(shù)裝備研制項目——10000t/D生產(chǎn)線成套設(shè)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(chǎn)線的開發(fā)設(shè)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(shù)進步具有重要的推動作用。   

　　技術(shù)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(chǎn)線建設(shè)呈現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭，水泥熟料生產(chǎn)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(chǎn)的700t/D以上規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線有622條，其生產(chǎn)能力已達4．3億噸，約占我國水泥總產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)與裝備已經(jīng)接近國際先進水平。  

　　我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)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(jīng)濟各個領(lǐng)域科學技術(shù)的進步和我國基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展水平。