进入21世纪以来，中国水泥工业发生了翻天覆地的变化，预分解窑水泥生产技术和装备水平已经达到国际先进水平，自主研发的、具有知识产权的大型国产化装备，不仅完全满足中国水泥工业的需求，而且还出口到中东、非洲、东南亚、中亚等60多个国家和地区，为国家创收大量外汇的同时，也为中国水泥行业树立了丰碑、赢得了至高声誉和荣耀。但中国水泥的产能严重过剩，水泥产品结构严重不合理，在环保指标、水泥窑协同处理废弃物及低碳节能减排等方面与欧美国家还有很大差距，是中国水泥工业未来的攻关发展方向。

 

 

    水泥工业是国民经济发展、生产建设和人民生活必不可缺的基础原材料工业。中国水泥工业对全球水泥工业、对中国经济发展都做出了巨大的贡献，取得了令世人瞩目的骄人成绩：

 

    （1）建立了全球最大的水泥工业体系

 

    自1985年以来，中国的水泥生产总量已经连续32年居世界第一位，水泥的产销量约占全球的60.00%。截至2016年底，中国拥有7条日产10000吨、6条日产12000吨预分解窑熟料生产线，是世界上拥有万吨生产线最多的国家；预分解窑低温余热发电装机总容量达到6000MW，形成了完善的预分解窑水泥生产的工业体系[1]。

 

    （2）完成了全球规模最大的产业和技术结构调整

 

    从2005年至2016年，中国淘汰了7亿吨落后产能的立窑水泥企业，新建1700余条预分解窑生产线，其中的70.00%配备了低温余热发电系统，进行了大规模的协同处置，减少了二氧化碳的排放量，实现了绿色发展。2000年我国预分解窑的水泥产量约为1.00亿吨，只占水泥总产量的12.00%，2013～2016连续四年预分解窑的水泥产量达到23.00亿吨，占水泥总产量的95.00%，水泥平均年增长率高达27.28%，完成了全球规模最大的产业和技术结构调整[2]。

 

    （3）实现了水泥装备和技术出口创汇

 

    中国先进的整条生产线全套水泥装备出口数量，在国际市场上按水泥产能计的占有率，从零开始已连续四年达到35.00%～40.00%的份额，跃居世界第一，超过了丹麦FLS、德国KHD等老牌跨国水泥装备供应商。截至2016年底，中国在中东、非洲、东南亚、中亚等60多个国家和地区建成近300个现代化的预分解窑水泥生产线，累计为国家创汇约200亿美元。

 

    （4）培育了中国建材、海螺、金隅等优秀水泥企业集团

 

    中国建材、海螺、金隅等水泥企业集团在海外直接投资兴建的水泥厂多达40余家，已经在国际上树立了各自的品牌，显著地提升了国际竞争力和影响力。在国内，这些企业积极发挥龙头先锋作用，正在有序地进行大规模转型升级、兼并整合重组，以期进一步提高创新能力和核心竞争力，把整个水泥行业全方位做优、做强。

 

 

    （1）水泥生产技术指标居世界先进水平

 

    中国自行设计建造的日产5000～12000吨预分解窑熟料生产线，

具有完全自主知识产权的装备国产化率≥95.00%，熟料热耗≤3000kJ/kg，熟料电耗≤55kWh/t，水泥粉磨电耗≤30kWh/t，28d熟料抗压强度≥60MPa，人均劳动生产率≥8000t/y，水泥生产的主要技术经济指标都跨入了世界先进水平。

 

    （2）利用低品位原燃材料

 

    中国自主研发的预分解窑生产线，使用石灰石的氧化钙含量可以低到42.00%、氧化镁含量可以高到4.00%；燃煤的挥发分可低至2.00%、灰分可高达40.00%；对原料中有害成份碱、氯、硫等的许用范围也扩大了很多。利用辊磨及管磨，磨制比表面积≥500m2/kg的超细矿渣微粉和粉煤灰，直接掺入水泥或混凝土，有效地调节水泥品种，改善水泥性能，既有效地利用了工业废渣，又显著地降低了生产成本。

 

    （3）水泥生产装备实现国产化和大型化

 

    中国的水泥设计研究院与水泥机械制造公司联合研发设计及加工制造的大型水泥装备，其使用性能已达到甚至超过同期国外先进水平：

 

    在原料破碎方面，用于石灰石破碎的单段锤式破碎机，产量达到1500～1700t/h；用于黏土、粉砂岩、煤等破碎的大型齿辊式破碎机，产量达到550t/h；用于硬硅质原料破碎的大型反击式破碎机，产量达到400t/h。这些破碎机的单机生产能力均可满足12000t/d熟料生产线的配套需要。

 

    在生料粉磨方面：用于生料制备的最大风扫尾卸磨，规格Φ5.0×12m，台时产量高达250t/h；最大中卸磨规格Φ4.6×13m，台时产量高达200t/h；与5000～6000t/d熟料生产线单机配套的生料辊磨，台时产量高达500t/h。

 

    在熟料煅烧方面，用于熟料煅烧的最大回转窑，规格为Φ6.6×96m，生产能力是12000t/d ；采用5级布置的预热及分解系统，其C1筒出口废气温度≤320℃，系绕压降≤4.8kPa；采用6级布置的预热及分解系统， 其C1筒出口废气温度≤300℃，系绕压降≤5.0kPa。熟料冷却采用第四代篦冷机，熟料单位冷却风量为1.8～2.0Nm3/kg,热效率≥80%；煤粉燃烧采用四风道节能低氮型燃烧器，火焰形状及温度调整灵活，煤粉燃尽率≥99.8%[3]。

 

    在水泥粉磨方面，采用具有自主知识产权、装机功率1320kW×2的大型国产辊压机，作为水泥预粉磨设备，与打散机、“V”型选粉机或组合高效选粉机等灵活配置，形成开流或圈流管磨工艺系统，生产能力≥300t/h，粉磨电耗≤30kWh/t。

 

    （4）收尘环保指标达到国家标准

 

    中国水泥设计研究院与环保设备生产公司共同研发的大型袋收尘器及大型电收尘器，其收尘效率达到99.90%，窑头窑尾排放的废气含尘浓度降低到20mg/Nm3，远低于国家允许排放浓度150mg/Nm3标准；窑内使用中国自主研发的节能低氮型煤粉燃烧器，分解炉采用SNCR脱硝技术，窑尾排放废气的NOx浓度≤500mg/Nm3，达到国家排放标准。

 

    （5）低温余热发电技术取得突飞猛进的发展

 

    中国自主研发的第三代低温余热发电技术装备已经投入生产使用，其减排增效节能效果非常显著，在不增加熟料热耗的前提下，投资只有5000.00～6000.00元/kW，单位熟料发电量达到45kWh/t，发电成本只有0.10～0.12元/kWh，较第二代低温余热发电技术有了突飞猛进的发展。

 

    4.中国水泥工业存在的问题

 

    （1）产能严重过剩

 

    中国现在的水泥产能约是35亿吨，但水泥销量市场的最高上限约是24亿吨，产能超过需求量至少30.00%，产能利用率不到70.00%，大量水泥生产设备处于浪费的停机状态。

 

    （2）水泥产品结构严重不合理

 

    中国的32.5级水泥大约占市场份额的60%，中高端的42.5、52.5、62.5级水泥合计只占35%～40%；欧美发达国家的32.5水泥市场占有率为40%，42.5水泥为50%～60%，52.5水泥为40%～20%，62.5水泥为0～3%[4]。这种产品结构的差异，致使中国1.40吨的实物水泥才相当于国际平均品质的1吨水泥，在实际应用过程中，制备相同强度等级的混凝土，单位水泥用量要比国际平均水平增加30%～35%。

 

    （3）技术落后企业的环保能耗指标严重超标

 

    上世纪末，中国建造了100多条700～1800 t/d的预分解窑熟料生产线，其工艺设备技术远远落后今天的大型预分解窑生产线，其熟料标准煤耗≥130kg/t，熟料电耗≥75kWh/t，窑头及窑尾粉尘排放浓度≥500mg/Nm3，窑尾排放废气中的NOx浓度≥800mg/Nm3，排放的废气污染物严重超标。

 

    （4）水泥窑协同处理生活垃圾几乎是空白

 

    随着工业的发展和人们生活水平的提高，中国城市人均年生活垃圾量已达450kg。水泥窑体积大，热容量也很大，且煅烧温度高达1450℃，技术上具备协同处理生活垃圾的能力。中国有近1800条预分解窑生产线，分属1000多家水泥生产企业，只有海螺、金隅、华润、华新等少数龙头企业象征性地实施水泥窑协同处置生活垃圾，替代燃料煅烧水泥熟料还不到0.10%,远未达到实质性的工业规模应用，与德国的75.00%相比，简直是天壤之别。

 

 

    （1）进行产业结构和产品结构调整行业利益高于企业利益，企业利益孕于行业利益之中。覆巢之下，焉有完卵，企业应把自身发展放在行业系统中进行思考，行业大系统建设好，企业个体才会有好的发展机会。水泥行业不仅要淘汰落后、大力发展中高端产品，还要把去产量和去产能有机结合起来。通过去产量保证水泥行业当前的效益，通过去产能保证行业的长治久安。去产量，就是要逐渐淘汰32.5级低强度水泥，增加42.5、52.5、62.5级水泥用量，减少石灰石的用量，实现减少CO2排放量；去产能，就是要禁止新建、倡导联合重组、关闭工艺技术落后的多余企业。淘汰落后产能已是国家水泥产业结构调整的重要内容，对于上世纪建造的单线生产能力≤2000t/d熟料预分解窑生产线，如果其熟料热耗≥3800kJ/kg，熟料电耗≥70kWh/t，废气排放粉尘浓度严重超标，在水泥产能严重过剩、产业结构大型化、生产大规模化的今天，就要对其进行关闭淘汰。

 

    （2）大力推进水泥窑协同处理可燃废弃物

 

    水泥窑协同处理可燃废弃物，就是把含有害成份及可燃成份的生活垃圾、废旧轮胎等用作水泥窑的替代燃料，既处理了废弃物，又节省了窑用燃料,具有极高的经济效益和社会效益。

 

    2008年10月，安徽铜陵海螺水泥有限公司投资1.50亿元，引进日本川崎的CKK生产工艺技术，2010年3月实现了5000t/d水泥窑协同处理城市生活垃圾的工业应用，每年焚烧生活垃圾10万余吨。该水泥企业处置每吨生活垃圾的综合成本为220.00元，“开明”的铜陵市政府给予的政策补助为192.00元，其他省市政府给予的政策补助只有50.00～70.00元[5]。

 

    除了海螺水泥集团，金隅、华润、华新等少数水泥企业也先后采用了水泥窑协同处置城市生活垃圾的生产工艺，目前中国有20余条产能为2500～5000t/d的预分解窑实现了焚烧生活垃圾，它们已经积累了丰富的生产实践经验，基本掌握了水泥窑协同处理可燃废弃物技术，只是处置生活垃圾的综合成本高于当地政府给予的政策补贴，处于入不敷出的赔本经营状态，阻碍了更多的水泥企业应用这项技术。

 

    目前中国还没有一家水泥企业采用废旧轮胎用作水泥窑的替代燃料，但中国已经完全掌握了这项应用技术，成都建筑材料设计院与沙特AJCC水泥公司签署的两条5000t/d水泥生产线协同处理废旧轮胎工程项目，于2016年3月一次性顺利通过性能考核，每年处置废旧轮胎约7万吨，燃料替代率达到40%以上，对生产线运行及熟料产品质量无任何不良影响，标志着中国成都设计院在水泥窑替代燃料领域卓越的技术水平。

 

    中国已经掌握了水泥窑协同处理可燃废弃物的高端技术，但目前只有少数知名水泥企业在应用和研发，没有形成工业规模，急需国家及地方政府出台相应的激励政策，引导与扶持更多的水泥企业应用推广这项技术，使中国的水泥窑协同处理可燃废弃物真正形成规模效益。

 

    （3）生料采用辊压机终粉磨技术

 

    目前代表先进节能的生料粉磨技术有辊压机终粉磨及立磨粉磨系统，其技术性能对比如表1所示。应用辊压机终粉磨技术制备生料是中国2011年的首创，目前配套日产5000吨熟料预分解窑生产线的有40余台，其技术正处于继续完善和发展阶段；生料立磨粉磨技术在中国有近30年的使用历史，中国有自主知识产权、配套日产5000吨熟料预分解窑生产线的大型生料立磨，其技术相当成熟可靠，已经出口200多台，是我国应用最广和颇具优越性的粉磨系统。但辊压机终粉磨系统的单位生料电耗至少比立磨粉磨系统降低2kWh/t，并且国产的大型辊压机（Φ2000×1600mm）技术成熟度与运行可靠度都在不断完善和提高，装备国产化配套和售后服务链已经完全建立，从发展的角度看，生料辊压机终粉磨系统在总装机容量、设备总重、总投资和运行维修成本等多方面都比立磨系统略胜一筹，是今后新建水泥企业和生料技改升级的首选。

 

 

    （4）煤粉采用立磨粉磨技术

 

    中国水泥工业的煤粉制备采用风扫球磨和立磨两种粉磨工艺，其技术性能对比如表2所示。风扫球磨在中国有50多年的应用历史，其技术成熟、装备可靠，水泥企业的使用率≥95%，只有少数总承包的海外水泥工程项目，因业主强烈要求才选用立磨粉磨工艺。但中国的火力发电行业首选立磨工艺制备煤粉，其原因就是立磨粉磨工艺在单位电耗和维护费用等方面均大大优于风扫球磨。目前国外发达国家新建水泥厂选用立磨粉磨工艺制备煤粉的≥90%。国产煤粉立磨在设计、制造、安装、备配件与售后服务等方面和生料立磨一样成熟可靠，是今后新建水泥企业和煤粉技改升级的首选。

 

 

    （5）熟料煅烧采用10000t/d吨预分解窑生产线

 

    中国自行配套设计的10000t/d及5000t/d熟料预分解窑生产线的技术已经很成熟，其技术性能指标达到了世界先进水平，出口中东、南亚等多条生产线的生产运行效果理想，成为具有示范性作用的生产线。如技术性能对比表3可知，10000t/d生产线的可比熟料综合电耗和煤耗指标都优于5000t/d，是今后新建水泥企业和熟料煅烧技改升级的首选，但中西部不发达的地区，也可以选择5000t/d生产线。

 

 

    （6）水泥采用立磨粉磨技术

 

    目前代表先进节能技术的水泥粉磨工艺有辊压机预粉磨及立磨两种粉磨系统，其技术性能对比如表4所示。中国于上世纪末开始使用辊压机＋球磨机的水泥预粉磨工艺技术，其粉磨效率较圈流球磨机粉磨工艺提高了30～35%，水泥粉磨电耗降到30～35kWh/t。2005年，丹麦史密斯公司现代水泥立磨首次在云南东骏水泥有限公司的5000t/d生产线上成功投产，生产的水泥很受昆明市场的欢迎。目前中国投产的水泥立磨已经超过100台，其年产P.O42.5水泥近1.00亿t，占全国42.5级水泥总量的20%～25%，市场对立磨水泥的适应性与欢迎度日益上升。大量的建筑工程实践证明，立磨生产的水泥技术性能完全可以与球磨水泥相媲美。截至2000年，欧美国家的水泥圈流球磨已经完全被立磨所取代，充分显示了水泥立磨工艺的技术优势，是今后新建水泥企业和水泥粉磨技改升级的首选。

 

 

    （7）开发低碳水泥，减少CO2排放量

 

    水泥生产过程中要排出大量的CO2气体，水泥工业的CO2排放量占全球的8%～10%，中国水泥工业是第三大CO2排放源， 其排放量占中国总排放量的12%～15%，所以减少水泥工业的CO2排放量，不仅仅是水泥企业自身降低生产成本的途径，更是国家“十三五”节能减排的重要内容。

 

    中国生产和使用的水泥，95%以上都属于硅酸盐水泥。在生产硅酸盐水泥的过程中，要消耗大量的石灰石和煤炭等原燃材料，煤炭燃烧产生CO2、SO2、NOx等气体，石灰石高温分解产生CO2气体。为了降低水泥生产的CO2排放量，除了降低熟料烧成煤耗外，更重要的就是要降低熟料中的氧化钙含量，也即生产低钙水泥。因此，开发应用功能型的低钙水泥将是今后水泥行业的一个技术发展方向，比如，硫铝酸盐水泥、高贝利特水泥、铁铝酸盐水泥等都是功能型的低钙水泥，这些水泥的氧化钙含量比硅酸盐水泥低很多，熟料煅烧温度较硅酸盐水泥熟料低，熟料煤耗也低，产生的CO2排放量也低。特别是作为特种水泥品种的硫铝酸盐水泥，其特殊性能已在快速施工、混凝土预应力制品（制件）、防水工程等有特殊性能要求的场合得到广泛应用，进一步研究其大规模生产和广泛使用的技术性能，对未来开发海洋工程、水下工程有现实的社会意义。

 

（8）开发水泥生产的智能化控制系统

 

    开发水泥生产的智能化控制系统，自动控制生产过程的产品质量，代替人工从事繁重的体力工作及危险工作。在化验室配置机器人，对出磨生料、出磨煤粉、出窑熟料、出磨水泥及出库水泥等生产过程实现在线连续取样分析，自动控制产品质量；对于劳动强度较大的水泥包装车间，则采用全自动包装机和全自动装车机系统，所有包装机插袋、包装、称重、输送、装车全部自动完成，不再需要人工体力搬运操作；对于清理生料均化库、煤粉仓、熟料库、水泥库等复杂危险工作，采用机器人自动操作控制系统，完成避免在恶劣环境容易发生人工伤亡事故。中国虽然在水泥生产智能化控制系统方面已经进行了一些基础性的开发工作，但与欧美先进的水泥企业相比属于刚刚起步阶段，还有很长的研发道路要走，需要加大水泥生产智能化控制的研发力度，提高机器人自动操作控制的技术水平。

 

 

    经过近30年的不懈努力，中国预分解窑技术取得了突飞猛进的发展，实现了生产装备的大型化、国产化和多样化，主要技术经济指标达到了世界先进水平。今后中国水泥工业要立足于原创性研究，开发更多具有自主知识产权的低碳节能减排等方面的技术，真正实现水泥工业的可持续发展。

 

 

本论文是重庆市教育科学“十二五”规划2015年度专项研究课题(课题名称：高职院校实施现代学徒制的创新    研究与实践；课题编号：2015-ZJ-032)

 

 

    [1] 赵晓东.水泥中控操作员[M].北京：中国建材工业出版社，2014.

    [2] 赵晓东.水泥煅烧工艺及设备[M].北京：中国建材工业出版社，2014.

    [3] 赵晓东.预分解窑煅烧技术[M].北京：中国建材工业出版社，2015.

    [4] 高长明.关于32.5水泥的三个迷论[J].水泥，2016(12).

    5] 高长明.水泥工业“四零一负”理念的前世今生与未来[J].中国水泥，2016(2).