1 前言
水泥是当今世界上最重要的建筑材料之一。水泥窑的发展经历了五个阶段,分别是立窑、干法中空窑、湿法窑、悬浮预热器窑、预分解窑。如今以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产技术。它凭借着生产能力大、自动化程度高、产品质量高、低能耗、有害物排放低、广业废弃物利用量大等一系列优点成为世界水泥工业生产的主要技术。
1.1 国际现状
20世纪90年代，国际上围绕着预分解烧成技术，对系统内各单项装备技术进一步优化，提高产量和质量，降低热耗和电耗，进而提高劳动生产率，降低产品成本，增加经济效益，同时扩大原料试用范围，减少粉尘及有害气体的排放，以保持可持续发展[1]。
新型干法窑大型化发展，自动化水平不断提高，单机最大能力达12000t/d，吨水泥综合电耗已降低到90kW·h以下，熟料热耗低于2827kJ/kg（700kcal/kg），劳动生产率（水泥）提高到15000~20000t/（人·年）[2]。环保日益受到重视，在德国、英国、法国等一些环保标准较高的国家，对新建水泥厂污染物排放的限值为：粉尘（标准状态下）＜40mg/m3，SO2（标准状态下）＜200mg/m3，NOx（标准状态下）＜500mg/m3。在烧废料方面，1999年德国和瑞典已取代了熟料煅烧用燃料的18%~20%，北欧各国为10%~14%，英国为8%，美国为5%。在瑞典和美国的个别水泥企业中，烧废料的比例已有高达80%的实例，瑞典计划2008年全国达到50%以上，2020年基本实现100%[3]。
回转窑的平均规模不断扩大，尤其是20世纪90年代以来，投产了较多的5500t/d和7500t/d以及少数10000t/d级的回转窑。
进入21世纪以来，国际水泥工业的发展特点主要表现在：
（1）设备大型化。回转窑的单机最大能力达12000吨/天，用于生料粉磨辊式磨的最大能力可达800吨/小时，且运转率与窑匹配，与之相适应的材料及加工方法同步发展，计算机辅助设计、有限元分析、计算流体力学、计算机仿真手段可确保大型化设备的设计更可靠有效。
（2）操作及维护成本低。大型化烧成熟料热耗可低于2717kJ/kg（650kcal/kg）。吨水泥电耗可低于80kW·h/t（水泥）。余热、替代原料的利用、有害有毒废物利用，使产品成本进一步降低，扩大了资源的有效利用[4,5]。
（3）自动化程度高。生产过程控制（各种专家系统），产品质量的全方位控制，生产、销售的网络化管理、使工厂资本运作达到最佳化。
（4）环境效应。水泥工业进一步与环境相容，不但降低粉尘的排放，而且采用新技术使气体中得CO2、NOx、SO2的排放量达到最小。21世纪水泥企业在环保上的目标做到“三零一负”，即在水泥生产过程中实现对环境的零污染；对电能和天然矿物燃料的零消耗；对废渣、废料的零排放，最大限度减轻社会环境负荷。此外，水泥企业还能治理和循环利用部分有毒，有害废弃物和城市垃圾等作为二次原料，减轻全社会的环境问题，实现水泥工业可持续发展[6]。
1.2 国内现状
21世纪以来，我国新型干法水泥生产技术飞速发展。2004年水泥总产量公报数为9.7亿吨，同比增长12.4%。经中国水泥协会统计计算，其中新型干法水泥产量为3.15亿吨，同比增长67.9%。占水泥总产量的比例达到32.5%。就是说新型干法水泥产量达到了总量的三分之一[7]。2010年底我国新型干法生产线已达到1432条，产能总量占水泥总产量的80%左右[8]，到2012年底，我国新型干法生产线将达到1600条
[9]
。
在新型干法水泥生产线所占比重快速增长同时，我国新型干法水泥技术的发展也
从单纯的数量增长型不断地向质量效益型转变。在原料预均化技术，预分解窑节能煅烧工艺和技术装备，节能粉碎粉磨技术与装备，自动控制技术，环境保护等方面取得了很大进步。例如，天津院在4000t/d规模新型干法水泥工程设计和装备开发上，系统的开发了具有自主知识产权的、完整的5000t/d水泥生产的技术与装备[10]。以安徽海螺集团池州一线5000t/d项目为代表的国产化示范生产线于2002年6月顺利投产以后，河北冀东，亚泰明城、中国联合水泥等三十余条5000t/d国产化生产线相继投产
[11]
。大批5000t/d 新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产在国家产业技术政策指导下，近10年，以预分解技术为核心的新型干法水泥生
技术已经成熟。
产技术得到迅速发展。我国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[12]。
预热器作为预分解技术的主要部分。现如今，为实现节能、高效，降低预热器的压损，提高分高效率，预热器不断地从结构或工作参数上进行优化，采用的多级预热器结构形式[13]。旋风预热器系统是目前普遍采用一种预热器，一般采用双列五级旋风筒结构，大型窑系统还采用双列六级旋风筒结构，其中间级旋风筒为低阻高效旋风筒，这可有效地降低旋风筒的压损，从而对于提高旋风筒的风速有利（目前先进的旋风筒内表面截面风速已达6m/s）[14]。同时，旋风筒内筒陶瓷化，使用碳化硅陶瓷做成内筒，有效的降低了热耗并使旋风筒的内筒长寿化[15]。