宋寿顺：技术创新推动水泥工业进步和发展

　　2009年，我国水泥年产量16.4亿吨，年人均消耗约1200千克，新型干法水泥产量约11.17亿吨，约占总量的72%，预计在较短的时间内，新型干法将占总量的90%以上。我国水泥不仅在产能上位居世界首位，而且人均水泥年消耗量也位居世界前列，新型干法水泥生产在国内取得了长足进步，其技术经济指标不断提高，国产化装备不但在国内大量使用，而且整线技术装备出口到国外，参与国际竞争，充分体现了技术研发创新对水泥工业发展的积极影响。

　　中国水泥工业快速发展的30多年中，天津水泥工业设计研究院、南京水泥工业设计研究院、成都建材研究设计院、合肥水泥研究院等一批水泥工程设计研究单位面对不同时期的历史任务，进行了大量的技术研究、创新，加强工程实践和服务，使一批先进技术投入使用，极大地提高了我国新型干法水泥生产技术的水平。

　　新型干法技术发展中面临的问题与研发创新

　　我国水泥工业在新型干法技术开发的不同阶段遇到了不同的困难。

　　初期开发阶段

　　国外水泥工业的发展经历了湿法、半干法、干法及预热器大型化的过程，而我国在初期发展新型干法时，处在湿法和半干法阶段，直接向大型新型干法发展，缺乏经验。20世纪70年代中期开始，围绕着日产2000吨新型干法生产线关键技术和设备大型化的需要，天津水泥院开展了10多项试验研究和100多项开发设计工作；80年代，江西水泥厂日产2000吨新型干法生产线的成功投产，标志着我国新型干法生产工艺技术、设备大型化和自动控制的成套技术实现了重大突破，从此结束了大中型生产线依赖进口的局面，进入了自主发展的新阶段，被誉为我国水泥工业发展史上重要的里程碑。

　　装备技术完善阶段

　　由于我国缺乏新型干法生产实践的经验，开发的国产新型干法生产线的热耗、电耗、装备性能、运转率及有害气体排放量等主要技术经济指标与国外先进水平相比，均存在较大差距。为解决这些困难，在原国家建材局的领导下，我国水泥工业引进了17项新型干法生产关键技术装备制造许可证，进行了消化吸收的工作，从原料破碎、生料制备、烧成、制成，到水泥产品包装的各个环节的技术装备，按专利技术进行制造。1993年由“一条龙”装备的双阳水泥厂日产2000吨生产线投产，其产量、运转率、电耗、热耗等技术经济指标均优于设计指标，实现了水泥工业期盼了10余年的“建成之日即为达标达产之时”的目标。

　　优化创新阶段

　　上世纪90年代中期，按“双阳型”建设的10余条日产2000吨级生产线基本上都达到产品高质量和运行可靠目标，但由于基建投资过高，加上项目投资体制和贷款利息过高等原因，单位投资为800~1000元/吨，远高于传统回转窑和立窑的单位吨水泥投资。鉴于此，在原国家建材局的领导下，天津水泥院等单位投入大量人力，进行技术创新，进行“优化设计、国产化、低投资”的研究课题。

　　技术成熟全面提高和发展

　　通过多年持续不断的努力，新型水泥干法生产性能进一步提高，在技术先进的前提下，基建费用逐年下降，通过与建设单位的共同努力，建设步伐加快，基建费用投资逐步下降至300~400元/吨。新型干法生产线不仅技术性能和生产成本优于传统回转窑，而且建设进度和基建投资也呈现优势，一些生产线投产之日，就达到国际上要求的72小时达产的指标，而且生产能耗均在短期内达到设计保证值，为我国新型干法生产线的推广应用奠定了坚实基础。

　　攀登技术高峰，逐步走向世界

　　进入21世纪以来，我国水泥产量持续增加，年生产总量和人均消费量均居世界前列，国内水泥市场的发展空间受到限制。为了水泥工业的持续发展，除了进一步扩大国内市场外，还需加大力度，开拓海外市场。这些目标只有通过科技创新才能实现。

　　1.进一步优化装备性能，加大科技投入，开发节能环保技术。如近年来，天津水泥院开发的第三代预分解系统装备生产线，不仅做到低阻高效高产，燃煤的挥发分从20%~30%降低至1%；NOx排放从>800mg/m³下降至<500mg/m³（10%O₂），还可采取措施降低至<200mg/m³；粉尘排放降至30mg/m³的国际标准。

　　2.进一步提高生料系统辊式磨的性能和规格，开发矿渣生产用的辊式磨和水泥生产用的辊压机等关键装备，加大国产主机装备的出口。

　　3.进一步开展原燃料的均化工作，以满足国外不同地域不同特性的原燃料的均化，确保正常生产及产品质量优良。

　　4.进行“国家‘十五’重大成套技术装备研制项目——10000t/d级生产线成套技术装备研制项目”的研制。项目从2002年开始，历时3年，于2006年完成项目的验收工作。项目除了完成10000t/d水泥熟料新型干法生产工艺与成套设备的开发外，并将技术成果大量用于6000t/d级以下生产线的各项装备中，项目的开展促进了水泥工业机械制造和工程建设的进步，全面提升了我国水泥工业工艺、装备的性能。南京院、成都院承接的多条10000t/d生产线在国外投入应用，取得了良好的效果。

　　5.通过技术进步和大量的工程实践，缩小与国际水泥工业先进水平的差距，由于国际水泥基建投资一般为120~150美元/吨水泥，远高于我国在国外兴建水泥生产线的投资费用70~80美元/吨。上述差价有力地促进了我国水泥技术装备对国外的出口。这一势头随着技术进展还将发展。我国的水泥工业装备技术已得到世界上一些著名水泥公司的认可。[Page]

　　生态环保，推进可持续发展

　　生态化水泥工艺装备技术的内容是一方面是降低生产能耗，相应减少CO₂排放，通过技术优化，降低NOx、SO₂等有害气体及粉尘的排放，使其减量化；另一方面是大量将工业废物、城市生活垃圾、污泥用作制造水泥的原、燃料和混合材，使其无害化和资源化。将水泥工业纳入循环经济的重要环节。天津水泥院成立专门部门开展研究课题，以降低CO₂、NOx、粉尘等污染环境的有害物的排放，一方面加大对工业废弃物作水泥生产原料的应用，同时开展将工业废弃物、城市生活垃圾、污泥等用作水泥生产的代用燃料，以及扩大电厂粉煤灰、钢厂钢渣等大宗工业废弃物在水泥生产中使用量，同时开展低氧化钙含量水泥品种和制造工艺等课题研究工作，以达到最大限度降低资源能源消耗，减少有害污染物排放，满足与社会协调发展的生态要求，推动水泥工业的可持续发展。

　　水泥工业技术发展的方向和对策

　　水泥工业是能源消耗和CO₂排放的大户，水泥工业的发展必须结合我国应对气候变化和实施可持续发展的战略目标，与加快建立资源节约型、环境友好型社会和创新型国家紧密结合，充分发挥水泥在综合利用和合理处置工业、城市废弃物等领域的独特优势，在发展水泥生产工艺装备技术的同时，发展循环经济，提高资源利用率，进一步降低温室气体排放，走低消耗、低排放、高效益、高产出的新型工业化道路。水泥工业的技术目标和对策如下：

　　水泥窑炉和粉磨节能技术与装备研究

　　1.重点开发新一代预分解烧成工艺装备技术，进一步提高多级换热预分解技术、短窑煅烧工艺装备技术，无漏料行进式稳流冷却技术、煤粉燃烧技术装备及余热利用技术，争取熟料煅烧热耗降至2718kJ/kg（650kcal/kg）以下，并进一步降低烧成电耗，确保窑的运转率在95%以上。

　　2.进一步完善10000t/d级熟料生产线及其以下规模的大型辊磨、辊压机粉磨工艺及装备技术，开发新型粉磨的技术与装备，使水泥电耗降至75kWh/t以下。

　　3.开展燃烧、分解特性研究，进行窑内各种化合物的热反应热值变化及原燃料性能与工艺相关性研究，粉碎力学与粉体改性的基础研究等，以配合窑、磨主机的开发、完善和提高。

　　4.水泥生产过程智能化控制及网络技术在企业管理中应用加强窑、磨的优化控制系统的研究，最大限度地提高生产线的质量和产量，降低能耗，提高设备运转率；进一步提高网络技术在生产管理系统中的应用。

　　5.水泥生产工艺系统优化。通过不断进行水泥生产从原料开采到水泥出厂的整个工艺系统优化、简化生产流程、采用新技术、新设备、减少工厂占地，提高技术经济指标，力求以最低的投资、最小的资源消耗和最低的生产成本，最大程度地满足市场需求。

　　工业废弃物、城市生活垃圾、污泥等作水泥原燃料的应用

　　1.替代原料的应用

　　100%电石渣取代石灰石及含碱等工业废物、城市建筑垃圾、污泥等物料作为生产水泥原料的工艺研究及装备的开发。

　　2.替代燃料的应用

　　在水泥窑焚烧工业废弃物、污泥、城市生活垃圾工艺技术成功实施基础上，进一步加大投入，提高和完善工艺装备性能，大幅降低装备制造费用。进一步简化工艺环节，降低生产费用，提高经济效益，加强固态（块状、粉状）、液态、半液态、黏性物等各种形态废弃物的收集、储存、运输、卸载、均化、烘干、计量等环节的工艺和装备的设计与开发；不同种类替代燃料的燃烧器设计与制造；利用水泥回转窑处置废弃物时的系统工艺技术研究，包括原料配料、燃料和燃烧控制、系统操作工艺参数的调整、耐火材料的使用寿命、成品的质量分析和控制；根据国家大气排放污染物标准，针对利用水泥回转窑处置废弃物的具体情况，在保证产品质量的前提下，确定有效的除尘装置和合理的工艺操作参数，使窑尾废气中各种有害物的排放达到国家标准。要研制有效的控制主要污染物的在线检测仪表。

　　加大工业废弃物作水泥掺加物的应用

　　开发低电耗的磨制粉煤灰的辊式磨。加大粉煤灰作水泥掺加物的工艺、装备技术及机理研究。

　　低钙水泥的研发推进

　　低钙水泥具有节能和CO2排放量低于普通硅酸盐水泥，却性能等同或优于普通硅酸盐水泥的优点。低钙水泥消耗较少燃煤和石灰石资源，消纳适量的电厂收集的硫酸钙作原料来煅烧水泥熟料。此类水泥所配制的混凝土性能可满足一些工程的需求，应加强此类水泥品种的开发。

　　有害物减量化研究

　　进行水泥生产过程有害元素减量化研究，开发CO₂、NOx、SO₂、CO、粉尘和重金属、二英等有害化合物、噪音和热污染的减排工艺装备技术。

　　半个多世纪以来，通过几代科研人员研发创新，中国水泥工艺技术装备从全部依靠进口，发展为以国产化技术装备为主，水泥产量和投产的新型干法生产线装备数量均居世界首位，实现了新型干法生产技术装备的整线出口的良好局面。

　　我国的工业发展已进入主要依靠科技创新推广的阶段，科技成为推动经济发展的主要动力，未来水泥工业的发展方向是节能减排和对工业废弃物和城市生活垃圾等的应用，实现水泥工业生态化发展。我们将进一步加强科技创新，推进我国水泥工业的进步和发展，为我国乃至世界文明进步做出更大的贡献。