佛山顺德传统产业重镇走上制造智能化之路

一、基本概述

水泥悬浮沸腾煅烧（the fluidized calcination system with non-granulating process/the fluidized ebullited calcination system process）是一种创新性的水泥熟料制备工艺，该技术以悬浮反应器为核心，协同预热器、冷却器等设备实现全流程优化，借助高温气流使粉状水泥生料在悬浮状态下快速发生反应，实现高效煅烧。

悬浮沸腾煅烧也被称为流化沸腾煅烧，其核心内涵主要包含流化煅烧系统、沸腾煅烧系统。流化煅烧系统技术一般指单一组分（非调配料）的粉状物料的脱水、脱羟、脱碳、脱有机物挥发物、分解以及少数晶体转型等加工生产过程，为流化非结粒煅烧系统技术，强度相对平稳缓和。沸腾煅烧系统技术一般指多元组分（调配料）的粉状物料的脱水、脱羟、脱碳、脱有机物、矿物分解、矿物结构转化重组、晶型控制过程，为沸腾结粒煅烧系统技术。

二、分类信息

三、详细解释

水泥悬浮沸腾煅烧技术是现代新型干法水泥生产工艺的核心技术之一，主要用于水泥生料（石灰石、黏土、铁粉等原料按比例粉磨混合后的粉状物料）的预热和分解过程。水泥生料的主要成分是碳酸钙，在高温条件下发生分解反应，碳酸钙被分解为一氧化钙和二氧化碳。在悬浮沸腾煅烧环境下，由于生料与高温气体充分接触，能在短时间内高效完成反应，生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙，为后续水泥熟料的形成奠定基础。

除核心反应外，悬浮沸腾煅烧技术中还有着几十种交互反应过程：首先是燃料的燃烧反应，原始矿物的脱水、解体反应；其次是各种中间态矿物的交互转化反应；最后形成各种终点矿物（包括水泥熟料矿物，以及许多原料夹带矿物的反应生成物）。

水泥悬浮沸腾技术的核心原理是：粉状生料被高速上升的热气流吹起，均匀分散在气流中，形成流态化（类似“沸腾”）的状态，这会极大地增加生料颗粒与热烟气之间的接触面积，使得生料颗粒能在极短时间内被加热到反应温度，热量传递效率极高，高效煅烧反应得以进行，从而降低能耗与排放。

悬浮沸腾煅烧技术融合了“窑外分解”和“沸腾煅烧”的优势，在预分解窑中添加燃料产生高温气流，让生料悬浮并迅速升温，高效分解碳酸盐，既大幅提升煅烧效率，又避免生料堆积。此外，在设备构成与流程上，其典型系统由悬浮预热器、沸腾反应器、回转窑及冷却器组成，原料先经多级旋风预热器预热，再进入沸腾炉，燃料燃烧供热，同时通过废气循环提升能源利用效率，也可以使工艺更高效、更节能。

和传统技术相比，水泥悬浮沸腾煅烧技术在性能与成本上具备显著优势，体现在多方面：

第一，在高效节能层面，该技术利用悬浮状态提升气固接触面积和强度，热交换效率远高于回转窑，极大提升传热传质效率，显著降低热耗。相比传统回转窑，在节电、节煤上效果显著。

第二，在低碳排放层面，较低的燃烧温度使其能大幅削减二氧化碳和氮氧化合物（NOx）排放，且静态设施的特性，为未来零碳燃料的应用创造了便利条件。

第三，在产品质量层面，所生产的熟料粒径细小均匀，有效增强了水泥早期强度与质量稳定性。

第四，在系统集成层面，其优势在于将预热、分解、烧成、冷却等环节整合于立式塔架，实现紧凑布局，不仅减少占地面积，还降低了系统阻力与散热损失。

第五，在运行层面，灵活性和适应性突出，可适配不同煤种，能依据需求灵活调整生产规模与工艺参数。

第六，在投资与运行成本方面，因系统结构精简、设备数量少，维护成本低，整体投资也得以降低。

综上，凭借创新的生产流程与技术原理，水泥悬浮沸腾煅烧技术可从提升生产效率、降低生产成本、可持续发展等多个维度推动水泥行业升级。

四、应用领域/前景

在绿色建造领域，水泥悬浮沸腾煅烧技术展现出显著优势。

第一，在资源综合利用层面，该技术可实现“变废为宝”，例如把煤矸石转化为高岭土原料用于玻璃纤维制造，不仅解决煤矸石堆积带来的环境污染与土地占用难题，还开创了资源循环利用新路径，实现经济效益与环境效益双丰收。

第二，在节能减排方面，它将预热、分解、烧成和冷却等生产环节集成于立式塔架，摒弃传统回转窑和篦冷机，大幅降低系统阻力与能耗。相较于“新型干法水泥”技术，该技术烧成温度降低，热耗减少；其高度集成和静态设施特性，为电炉烧成、绿电零碳烧成以及纯氧、绿氢等零碳燃料的应用创造了条件，也为CCUS（碳捕获和封存）技术缩小应用规模提供了基础。

目前，水泥悬浮沸腾煅烧技术正以多元路径加速迭代升级。

第一，在技术创新上，通过设备大型化与智能化改造，优化工艺和装备结构，大幅提升生产效率。

第二，在节能减排方面，专注节电节煤技术研发与污染物协同减排策略创新，为水泥工业碳中和提供核心技术保障。

第二，在数字化转型中，借助工业互联网与大数据技术，实现全流程智能化管控。

第四，资源利用方面，以工业固废高值化利用为核心，构建闭环式循环经济产业链，展现出强大的发展潜力与广阔前景。

水泥悬浮沸腾煅烧技术适配静态生产设施，在低碳燃料替代中优势突出，能高效融合绿电制氢、生物质能等零碳能源，因此，其应用领域也在不断拓展，从水泥熟料煅烧延伸至有色金属矿石焙烧、工业固废高掺量资源化利用等新领域。

图1 静态水泥煅烧系统雏形。图片来源：中国水泥协会

除了持续增长的市场需求，国家政策也为水泥悬浮沸腾煅烧技术提供了有力支持与发展保障。2023年12月，国家发展改革委发布《产业结构调整指导目录（2024年本）》，将“悬浮沸腾煅烧熟料工艺技术的研发与应用”列为鼓励类项目，明确其在水泥生产中的应用前景。2024年5月，工业和信息化部办公厅发布《工业和信息化部办公厅关于印发工业重点行业领域设备更新和技术改造指南的通知》（工信厅规〔2024〕33号），在《工业重点行业领域设备更新和技术改造指南》中将“悬浮沸腾煅烧装备”列为水泥行业设备重点推动方向。

五、绿色应用难点

虽然水泥悬浮沸腾煅烧技术展现出显著的技术优势，但从资源综合利用效率与全生命周期环境影响角度审视，仍存在若干关键问题亟待关注。

第一，在资源利用方面，虽能对工业固废加以利用，但面临原料质量波动大、供应不稳定的难题。

第二，在环境影响方面，煅烧过程中产生的粉尘不仅污染空气，还会通过大气沉降破坏土壤和水体生态，威胁人类健康，以工业废物为燃料时释放的高浓度重金属，也会经烟气、粉尘扩散造成环境污染。此外，长期暴露在粉尘与有害气体中的工人及周边居民，面临着各类健康风险。

此外，虽然该技术具备提升生产效率、降低能耗等显著优势，但其粉尘与重金属排放问题严重阻碍水泥行业可持续发展目标的实现，凸显出当前在技术改进与政策监管协同上的不足，亟待通过高效除尘系统等技术创新与政策完善，在资源高效利用与环境友好之间寻求平衡。

本词条贡献者：

吴吉明 中国工程师联合体学术委员会委员、中国土木工程学会科普专家委员会特邀专家，北京土木建筑学会常务副秘书长，高级工程师

本词条审核专家：

孔祥忠 中国水泥协会执行会长，教授级高级工程师

参考来源：

[1]国家发展和改革委员会.《产业结构调整指导目录（2024年本）》.2023.

[2]中华人民共和国工业和信息化部办公厅.《工业和信息化部办公厅关于印发工业重点行业领域设备更新和技术改造指南的通知》（工信厅规〔2024〕33号）.2024

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