摘要：随着中国经济技术水平的不断提高,交通运输条件的不断改善，在广大水泥工作者的不懈努力下，中国水泥工业的生产工艺与设备越来越先进，单条生产线的生产能力越来越大，自动化水平越来越高，环保效果越来越好，各项技术经济指标越来越理想，正逐步达到顺应世界水泥工业新型干法水泥的发展潮流——大型化、信息化、节能、环保。
关键词：水泥生产；工艺与设备；技术进步
水泥混凝土材料是现代基本建设的主要材料。水泥因其数量大、用途广、使用方便、性能优良，以及具有许多其他材料不可取代的性能，与钢材、木材同为人类文明建设的三大基础工程材料之一，并且至今仍无可以取代水泥的更合适的材料。可见，水泥对人类生活文明的重要性不言而喻，没有水泥的世界将是不可想象的。
中国作为世界水泥生产和消费的重要成员，进入新世纪以来，主要生产工艺与设备紧跟世界水泥工业的发展潮流，即以发展新型干法水泥生产技术为基点的同时，向生产规模大型化、设备高效化(包括节能、降耗、安全运转、信息化、提高劳动生产率等各项技术经济指标)、产品高性能化、生产过程清洁化以及废弃物综合利用等方面发展，不断推进水泥工业成为资源、环境与人类社会协调、持续发展的循环经济产业体系。
1中国水泥工业主要生产工艺与设备的技术进步
1889年，清政府在唐山创办士敏土厂，采用立窑生产工艺与设备，于1892年建成投产。后从丹麦购进两台干法回转窑，淘汰了原有立窑生产工艺与设备，于1906年建成年产4万t的水泥厂，标志着中国水泥工业的诞生和百年中国水泥工业史的开端。但是，由于内战不断和外来侵略，到1949年新中国成立时，中国水泥生产工艺与设备仍非常落后，主要以湿法回转窑、老式干法回转窑工艺与设备为主。
1949年新中国成立以后，中国的水泥工业和其他工业一样得到较快发展：20世纪50-60年代，采用湿法、半干法回转窑工艺与设备，先后新建和扩建了32个重点大中型企业，同时中小型立窑水泥企业也发展起来，为中国水泥工业的发展奠定了基础。到6O年代末，水泥产量达到了1800多万t。
20世纪70-80年代，尤其是改革开放以来，国民经济的稳步高速发展带动了中国水泥生产工艺与设备的快速进步。除了继续新建和扩建湿法回转窑生产线外，通过引进、消化、吸收和技术创新，以预分解窑生产工艺为中心的新型干法水泥生产技术在中国诞生并得以迅速发展，中国自行开发出了700t/d~2000t/d熟料的预分解窑生产线；机立窑水泥生产工艺与设备已基本成熟。到20世纪80年代末，水泥产量已超过2亿t。20世纪90年代，成熟的700t/d~2000t/d熟料国产化预分解窑生产线已走出国门，出口亚洲、非洲等发展中国家；4000t/d熟料预分解窑国产化示范生产线也于1998年12月建成投产；1990年开始，全国掀起了推广“立窑节能十四项技术”的高潮，强有力地推动了中国立窑水泥工业生产工艺与设备的技术进步，取得了特别显著的经济效益、社会效益和环境效益，涌现出了一批现代立窑水泥生产企业。1994年中国水泥年产量超过4亿t，1997年突破5亿t，2007年突破13.5亿t。进入新世纪以来，新型干法水泥在中国得到前所未有的发展，这要归功于广大水泥工作者的不懈努力，使新型干法水泥的生产技术日益成熟、设备日趋国产化，甚至5000t/d熟料生产线的设备几乎可以完全国产化；生产线达标达产速度加快、单位产量投资大幅下降、技术经济指标越来越先进，新型干法水泥生产技术已经真正被水泥企业所接受。
1995年-2004年，中国水泥年产量每年都超过了世界水泥总产量的30％，并且2002年-2004年的年产量超过了世界水泥总产量的40％。根据国家统计局发布的《中华人民共和国2004年国民经济和社会发展统计公报》，2004年中国人口为13亿人，人均消耗水泥已达到746kg，远远超过了世界人均水泥消耗量。可见，改革开放为中国水泥工业的发展提供了很好的机会，有力地促进了中国水泥生产工艺和设备的技术进步，同时水泥工业为支撑中国的国民经济高速发展做出了重大贡献。
但是，中国水泥工业的工业结构、产品品种、技术设备水平与世界先进水平相比仍有差距，尤其是在节能、环保、资源利用、水泥散装率、新型干法水泥的比例等方面差距较大。根据国家发展规划，在“十一五”期间，中国新型干法水泥的比例要达到水泥总产量的60％，到2020年要达到80％以上，要实现水泥工业的真正可持续发展还有待时日，仍然需要科研设计单位、水泥生产企业以及水泥设备制造企业在较长时期内的不懈努力。
1.1高能耗、低效率的水泥生产工艺与设备逐步退出市场
在中国，由于经济技术水平、资源分布、交通运输条件等原因，不仅发展了许多种形式的水泥生产工艺与设备，而且每种形式的水泥生产工艺与设备都发展了多种规模的生产线。2004年中国各种生产工艺的水泥产量统计见表1。
从表1中可以看出，中国水泥工业在增加新型干法水泥比例、淘汰立窑等落后工艺与设备方面取得了显著成绩，中国水泥工业的结构调整已取得初步成效。
水泥工业属高能耗、高资源消耗的工业。在中国，能源供应紧张将是制约高耗能产业发展的瓶颈。水泥市场的竞争虽然表现为价格的竞争，其实质是成本的竞争。湿法窑、干法中空窑、余热发电中空窑、立波尔窑、小型预热器窑，由于热耗高，没有能力和新型干法窑竞争，也没有能力和机立窑抗衡，只有淘汰出局。从表1中可以看出：2004年，除新型干法水泥和立窑水泥以外的其他类型旋窑水泥产量只占8.1％，并且是-10.2％增长。东部地区湿法窑、干法中空窑，除极少数窑生产特种水泥外，其余已大部分退出市场，中部地区也退出50％以上。
1.2中国新型干法水泥生产工艺与设备的技术进步
新型干法水泥技术是以悬浮预热和预分解技术设备为核心，以先进的环保、热工、粉磨、均化、储运、在线检测、信息化等技术设备为基础；采用新技术和新材料；节约资源和能源，充分利用废料、废渣，促进循环经济，实现人与自然和谐相处的现代化水泥生产方法。新型干法水泥生产技术代表着当今世界水泥生产的潮流，其生产能力已达到世界水泥生产能力的60%以上。中国新型干法水泥起步于20世纪70年代初，整个70年代，主要是实验研究、中间试验和生产实验。
8O年代，随着合肥院承担的邳县700t/d熟料生产线、中国建材院承担的新疆700t/d熟料生产线相继技术攻关成功，从国外成套引进的冀东、宁国、珠江4000t/d、柳州3000t/d熟料生产线相继投产，天津院设计的江西水泥厂2000t/d熟料生产线达标达产，以及16项单机设计制造技术的引进，使中国初步掌握了700t/d~2000t/d熟料新型干法水泥生产工艺与设备。
20世纪90年代，除了一批引进技术或主机设备建设的工厂外，中国自行工程设计、设备制造，建设了一批700t/d~2000t/d熟料的新型干法水泥生产线，标志着中国进入了大型化干法水泥生产的发展轨道。在此期间，天津、合肥、南京院开发出了无烟煤煅烧水泥熟料的生产工艺与设备，解决了无烟煤地区发展新型干法水泥的难题。
进入21世纪以来，随着中国国民经济的飞速发展，中国新型干法水泥生产工艺与设备的发展步入快车道，达到了令人刮目相看的速度：一大批自行设计建设的2000t/d~10000t/d熟料生产线投入运行，并很快达标达产，建设投资和生产耗能大大降低，5000t/d熟料生产线的设备几乎可以完全国产化，这预示着中国的新型干法水泥生产工艺与设备将跨入世界先进水平。
到2007年，中国水泥工业已投产的新型干法窑生产线已达699条，2000t/d~2500t/d规模生产线水泥熟料生产能力最大，占到总产能的38.35％。其次，是4000t/d~5000t/d级规模生产线，占总量的34.9％，这两个级别的窑型占到了总产能的73.28%,是中国新型干法生产线的主力窑型。
1.2.1原料预均化工艺与设备的技术进步
为了保证大型新型干法水泥生产线的均衡稳定生产以及扩大原料资源的利用范围，自20世纪80年代以来，原料预均化技术已在中国得到广泛应用，其工艺与设备日益发展和完善；预均化效果不断提高；堆、取料各个环节实现了自动控制；减小了原料的短期和长期波动；堆场占地面积逐渐减小；节约了大量天然资源和能源等。
开发出的圆型、长型原料预均化堆场，可根据建设条件灵活运用，并可满足2000t/d~10000t/d熟料生产线的生产要求。
1.2.2生料制备系统工艺与设备的技术进步
近20年来，尤其是新型干法水泥生产技术的广泛应用，生料制备系统的工艺与设备技术进步取得明显成效：
（1）国产立式磨的研究与应用取得长足进展，结构和性能日趋完善，其技术指标已达到国际同类产品的先进水平，已在生料制备系统中发挥重要作用，实现了水泥生料制备系统的高产、低耗。生料制备已由过去球磨机为主逐步发展为高效率的立式磨为主，生料制备电耗明显降低。
（2）生料粉磨设备的大型化，满足了新型干法水泥单条生产线规模不断扩大的需求。目前，球磨机和国产立式磨的单机产量可与2500t/d~5000t/d熟料生产线配套。
（3）中国自行研制的各种高效选粉机，广泛应用于水泥生料制备闭路系统中，为提高生料磨产量、降低电耗、提升水泥生料制备系统技术水平起到了积极作用。
1.2.3生料均化系统工艺与设备的技术进步
新型干法水泥生产过程中，生料的均化是必不可少的生产环节，也是保证产品质量的重要手段。
随着中国水泥工业技术的发展，生料均化技术由间歇式空气搅拌库逐步发展到投资省、操作简单、电耗低的连续式均化库。20世纪80年代开始，中国从国外引进了几种不同形式的连续式均化库，如德国的彼得斯均化室连续式均化库、混合室连续式均化库、德国的POLYSIUS多点流连续式均化库(MF库)、丹麦F.LS的控制流连续式均化库(CF库)和德国汉堡公司的中心室连续式均化库(IBAU库)等。
20世纪90年代以来，为了同大型新型干法水泥生产线配套，天津院、南京院等设计单位开发出了各具特色的连续式均化库，使中国水泥生料均化系统的工艺与设备得以健康、快速地发展，不仅为生料均化系统提供了高均化效果、低电耗和高卸空率的工艺与设备，同时也促进了中国新型干法水泥的技术进步和发展。
1.2.4熟料烧成系统工艺与设备的技术进步
窑外预分解技术是新型干法水泥技术的核心，也是当代新型干法水泥熟料煅烧技术发展的主流技术。预分解窑是在悬浮预热器窑基础上发展起来的，是悬浮预热器窑发展的更高阶段，是继悬浮预热器窑发明后的又一次重大技术创新。近20年来，中国水泥工业熟料烧成系统的工艺与设备取得了重大技术进步：
①成功研发出具有自主知识产权的新型高效、低阻、低NOx的预分解系统，主要技术指标达到国际先进水平，全面提升了中国新型干法水泥熟料烧成系统的国产化、大型化技术水平。至2004年底，中国已投产的≥5000t/d级新型干法水泥生产线已达55条，其中4条为l0000t/d级新型干法水泥生产线。②在吸收国外先进技术的基础上，中国已自行开发出了第三代控制流篦式冷却机。采用空气梁供风、高阻力篦床、入料均匀分配、厚料层、脉冲分风及合理的配风等新技术，已广泛地用在日产700t/d~5000t/d熟料生产线上。解决了厚层篦冷机冷风不易均匀透过料层的技术难点，冷风和高温熟料进行激烈的换热，一方面有利于熟料快速冷却；另一方面提高了二次、三次风温度，篦冷机的热效率已提高至72％以上，且运转率大幅度提高。③中国燃烧器的发展趋势是紧跟当今世界工业发展的两大主题——节能和环保，主要体现在：一次风量小，可烧劣质燃料，耐磨损、耐变形，低NOx排放。国内已开发应用了三风道、四风道的多通道煤粉燃烧器，以及燃烧两种以上燃料的五风道的多通道燃烧器。④中国生产水泥熟料以燃煤为主，新型干法水泥熟料生产使用无烟煤、低挥发分煤的生产工艺和设备已在国内10多条700t/d~2000t/d熟料生产好的经济效益和社会效益。⑤不带补燃炉的纯低温余热发电技术已取得突破，并已在多家水泥厂应用。水泥窑纯低温余热发电，完全利用水泥熟料生产过程中产生的废气余热作为热源，整个热力系统不燃烧任何一次能源，可有效地减少水泥生产过程中的能源消耗，具有显著的节能效果。同时。废气通过余热锅炉降低了排放的温度，还可有效地减轻水泥生产对环境的热污染，具有显著的环保效果。
1.2.5水泥粉磨系统工艺与设备的技术进步
近20年来，中国水泥粉磨系统的工艺与设备技术进步明显加快。大幅度提高了水泥的产品质量、降低水泥粉磨电耗和水泥生产成本：
（1）1990年，第一台国产辊压机在江阴水泥厂投入使用以来，挤压粉磨系统工艺与设备的不断完善、不断大型化，已经形成以辊压机为中心、各种新型设备组合成为优势互补的多种粉磨新工艺，如预粉磨系统、混合粉磨系统、联合粉磨系统、半终粉磨系统等。其技术水平达到了20世纪90年代末期的国际先进水平。挤压粉磨系统已成为水泥粉磨的首选方案，在全国普遍推广应用，最大规格已能满足与5000t/d熟料新型干法水泥生产线配套。