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水泥工业能源消耗现状与节能潜力

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上业 源消耗现状与节能潜力 一、节约能源的战略意义 《关于制定国民经济 和社会发展第十一个五年规划的 建议》中提出:“在优化结构、提高 效益和降低消耗的基础上,实现 201 O年人均国内生产总值IZ2000 年翻一番;资源利用效率显著提 高,单位国内生产总值能源消耗比 “十五”期末降低2O%左右”。《建 议》仅有的两个硬指标,把单位 GDP能源消耗比十五末期降低 l6中国水泥2006 3 中国水泥协会常务副会长 曾学敏 2O%左右作为其中之一,反映了实 济规模的不断扩大,能源、资源、 现2O%节能目标深刻的战略意义, 生态环境对经济增长的约束将逐 同时也反映了党转变增长方 渐加大,必将影响到未来社会经 式,转变发展模式的决心。 济的持续协调发展。在对当前社 在国民经济快速增长的拉动 会、经济、能源、环境形势深刻认 下,特别是高耗能产业发展迅速, 识的基础上,十六届五中全会提 城市化和工业化进程的加速,居 出节能降耗的具体目标,把经济 民消费结构的升级换代,我国日 社会发展切实转入到全面协调可 趋成为世界加工厂等因素的影 持续发展的轨道卜来。 响,近几年,我国能源消费出现较 “十一五”期间,我国工业将 快增长,煤、电、油、运全面紧张, 为实现规划目标扮演重要的角色 如果任由这种趋势发展,随着经 和起决定性作用。现代化工业与大 维普资讯 http://www.cqvip.com

量落后的工艺水平共存的客观国 情,加上目前以煤为主的能源消费 结构以及所处的发展阶段,使得我 国目前的能源效率水平、单位产品 能耗与西方发达国家相比,仍然有 很大的差距,这也意味着我国仍有 相当大的节能潜力。 2000 59 700 4.19 6 060 8.60 10.15 二、水泥工业基本情况 水泥是国民经济建设的重要基 (含水泥粉磨站)增加了近500 特别是12O万吨以上企业的平均规 础原材料工业,其产值约占统计口 家,水泥熟料生产企业数量呈逐 模,2005年上升到213万吨。由于近 径建材工业40%。全国统计规模以 年下降趋势。截止2005年底,水泥 两年水泥粉磨站建设数量增加,导 上水泥企业共有5 177户,目前国有 企业总数为5 177家,其中水泥粉 致中小型企业数量大增,而企业平 及国有控股经济成份仅占30%左 磨站1 000余家。具有熟料生产功 均规模变化不大。 右。资产总规模4 0331'7__,元,从业人 能企业只有4 000余家。在这些企 3.水泥工艺 员134万余人,水泥总生产能力约 业中,国有企业及集体企业呈逐年 目前中国仍然是水泥生产工 1 21'LDE。水泥市场化程度高、竞争性 下降趋势,分别由2000年占企业数 艺的博物馆,拥有预分解窑、预热 2%gn30.3%,下降到2005年 器窑、立筒预热器窑、立波尔窑、湿 强,除实行生产许可证管理外,其它 的21.方面行政性措施很少。 1.水泥产量 的9_4%和13.7%,分别下降了1 1.8 法窑,带余热发电的干法窑,干法 个百分点和1 6.6个百分点;私营企 中空窑、立窑等生产工艺。熟料总 “十五”以来,伴随我国经济 业数量大幅度上升,企业绝对数由 产能10.41'Z,吨,其中窑外分解工艺 41 1'L n ̄,占熟料总 的快速发展和固定资产投资的迅 2000年的745个,上升到2005年的 熟料产能达到3.5%,见图1、表3。 猛增长,我国水泥产量大幅度提 2 187个,是当年的2.9倍;其它内资 产能的32.高,水泥产量由2000年的5.971'_7_#E 企业基本稳定,基本占当年企业总 增长到2005年的10.641'7_.吨,平均 数的3O%左右:三资企业呈逐年稳 4 水泥技术与装备 我国水泥工业技术与装备已形  52个,上 年增产水泥9 340万吨,平均年增 步上升态势,由2000年的1J2005年的209个,平均年增长 长速度为12.3%;新型干法水泥产 升 ̄r量从6 060万吨增长到47 371万 率为6.6%,见表2。 吨,平均年增产8 262万吨,平均增 长速度为5O.9%,见表1。 2 ,1 由于企业数量增长速度大大 低于水泥产量的增长速度,企业平 均规模逐年上升,2000年到2005 56% 4万吨上升到19.7万吨, “十五”以来,水泥企业数 年问,由13.图1 各种窑型熟料生产能力比例 2000 2001 2OO2 “2003 2004 年份 全国r 企 数 占:金国 企业数 占全国 企业数。 占垒圉“企l业数 占全国 l 。¨(个) 4 425 .(%) 100 (个) 4 539 (%) 100 (个) 0 殇) 4 626 100 (1’ (%) 5 067 100 _?国有惫业 集体企业 “93 . .21.2 795 …17 .5; ' 。 悃 - _ll7 1 341 30.3 1 179 26.0 1 184 25.6 794 I l5.7 1 087 21.5 其中 t. 私蕾孽 业 . 。745j。 :16 . 8 1【649 2 3.t.1l 11:98 . 23 ,7l|l“1 400。27 6 其它内资企业 1 1 248 28.2 1 355 29.9 1 387 30.0 1 607 31.7 毫炎企 u l52- 3.-4ll 161 3-5 0。、16 5 ¨ 31 .5 7 ¨l“179∥3.53 注: 1含股份制企、I 、股份合作和联营企业、有限责任企业;十2外商、港澳、投资企业 2006.3 CHlNA CEMENT l7 维普资讯 http://www.cqvip.com

生 数 4- 75 26 4 16 麟照 瞄  z -o-- z川 一 漓脚 稽 舔 鼬每i15 蝴 sP窑 “ l 528 3.54 882 436 t3 522 3l-3O l勰 l43。j97 2.87 lo0.o0 热耗 (kJ/kg) 3 260 4 OI3 5 434 5 852 4 18O 热 毂寨_00 熟料能耗 (kgce/t)  。 5O 5…llO 3"J  ̄44 l37 29 l 85 2窘 5 200 320 l43 瓣算幕叛 . _ 。…。 。l 1.2s 1.6B l,82 1.3O 成系列化、大 化并向生态化迈进。 产成本占总成本的88%,利润总额 水泥制造需要的能源耗量约 50亿元,税金总额1 63.o8{z,元, 占全国能源产量的7%~8%。在水 水泥工业技术是伴随着新型干法水 80.泥的快速发展而迅速进步。新型干 产品销售率98.37%,销售回款率 泥能耗中,熟料能耗约占7~8成。 法已形成1 O00t/d~1 0 O00t/d系列 87.97%,全行业总资产规模4 033 生产线的技术与装备,其中6 O00t/d 亿元,总资产增长率为9.23%。 及以下生产线技术装备已基本实 现了国产化(不引进大型立磨), 从上表数据中可看出,水泥综 合能耗在下降,1 0年下降了 三、水泥工业能源消耗水平 1各种窑型能源 妊情况 一一 伽4 12.6%,综合电耗下降不大,主要 原因是水泥企业自动控制水平在 逐年提高。 若以2005年产量为例,水泥单 10 O00t/d装备国产化生产线正在 设计之中。技术经济指标大幅度 我国水泥生产窑型较多,热 提高,2 O00t/d级生产线热耗降至 耗差别也大。湿法窑约比窑外分 耗每下降1个百分点,就可年节约 3 094kJ/kg熟料,综合电耗低于 解窑多耗能近1倍,中空窑能耗 标煤1 06万吨。 1 OOkWh/t水泥,运转率达到90% 是新型干法窑的2~3倍,机立窑 以上:5 O00t/d级生产线热耗下降 约比窑外分解窑多耗能3成,普 0求混工、li,采用的能源品种 我国水泥工业主要以燃煤为 到2 970kJ/kg熟料,综合电耗低于 奇窑约比窑外分解窑多耗近7 4.可l5  _  ●、懈  主,回转窑使用烟煤:立窑使用无 95kWh/t水泥,年运转率达到85% 成,见表4。烟煤,对燃煤的质量有一定的性能  以上。 S tj 加工能 0 源柏贽 要求。近年来随着技术进步,低挥 水泥生产的能源总耗量由三 发分煤和无烟煤均可用于回转窑 随着新型干法水泥的快速发 部分组成,即全年生产水泥中所用 水泥熟料煅烧。 展,机械加工能力和水平逐年提 熟料在其煅烧(水泥企业尚有油耗,窑点火 烧成)时所消耗的热 高,全国61家重点建材机械企业 能:水泥生产过程中所消耗的电能 时需用油,窑温过低时也需用 2004年产量为52万吨,全国建材机 折成的热能;水泥生产中所用的原 油。少量白水泥厂在生产时也用 械加工能力达到120万吨左右,为 燃料及矿渣等混合材烘干时需消 渣油或重油。自备矿山采用汽车 我国新型干法水泥生产线的建设 耗的热能之和,见表5。运输方式的运输用油。这部分能  和水泥机械装备的出口提供了可 靠保证。 8 器写并} 2005年全部国有及年产品销 售收入500万元(含)以上的非国 水泥产量 (万t)47 591 59 700 66 400 72 500 86 200 97 000 107 000 热耗 l10 有企业数实现工业总产值268 384 亿元,工业增加值845.41亿元,生 18中国水泥2006.8 综合能耗 (kgce/t) 175 108 166 162 159 156 153 维普资讯 http://www.cqvip.com

耗不计在水泥制造能源消费量统 熟料所获取的平均热量已超过水 2 995万吨。经组织实施新型干 计之内。 泥窑所需总热量的30%,并有进一 法优化设计,即低投资、装备国产 步增长的趋势。在利用工业废弃物 化。 ̄lJ2000年,新型干法熟料产能 四、我国水泥工业能源消耗 用作燃料方面,走在世界前列的德 上升到6 538万吨,平均每年增加 水平与世界先进水平的比较 国煅烧所用一次燃料替代量在 709万吨,年增长率16.9%。之后, 1 新犁干法能耗与国外水平比较 2002年超过33%,并计划每年增加 水泥工业结构调整在国家宏观调 5%,个别水泥公司已接近80%,见 控下,发挥市场在资源配置中基础 对于同一类型水泥窑由于生 产规模、设备选型、工艺流程、原料 表7。在2001年用工业废弃物作二 性作用,市场经济这只无形的手真 特性、管理水平、员工素质等因素 次燃料的总量已达到了127万吨, 影Ⅱ向,热耗也有所不同。与国外先 平均吨水泥利用43千克。 进水平相比较,国内先进水平与之 我国工业废弃物作水泥窑煅 差距不大,但国内一般水平与国外 烧燃料起步较晚,目前工业有毒有 先进水平的差距还是较大,见表6。 害废弃物用作燃料也仅在个别大 特别是近几年以来,投产的新型干 城市水泥厂使用。2003年用作二次 法生产线数量迅速上升,而管理人 燃料的数量在10万吨左右,平均吨 员素质却跟不上去,存在的问题更 水泥利用0.01千克。 多一些。 五、水泥工业主要节能途 2 可燃废弃物用作水泥窜煅烧 径与潜力 的 较 工业废弃物用作水泥窑煅烧 1{jq f f1勺0 jI} 燃料已成为当今世界水泥工业发 ■伸 ≮ 展的趋势。欧洲的瑞土、法国、奥地 到1995年,我国投产的新型 利等国利用工业废弃物煅烧水泥 干法生产线只有55条,熟料产能 国际水平 国内水平 项目 国际先进水平 国际一般水平 国内先进水平 国内一般水平 熟料烧成热耗 (kJ/kg) 2 842 2 970 2 970 3 344 3 762 水泥综合电耗 (kWh/t) 85 95~l0o 90 ̄95 llO 熟料强度 (MPa) 70 65 62 58 窑系统年运转率 (%) 95 85 90 8O 劳动生产率 ft/人-a) 5 000~2O 000 8 0O0~10 000 5 0oo~10 o0O 1 000 2 0oo 窑尾粉尘排放 (mg/Nm3) 20—3O 50 5O 1oo 窑尾烟气排放NO (toWNm3) 2oo <500 5oo 1 2oo 窑尾烟气排放SO:(mg/Nm- ̄) 50 <200 200 400 熏余属 (m Nm 0.6 1.5 中国 2003 86 271 10 0.O1 一 霉 誊 0◇ 0 日本 2001 7 910 48 6 2.5 ≯糍警 0 ◆ - 正开始发挥作用。加上固定资产投 资上升较快的牵动, ̄J2005年底, 新型干法熟料产能达到了43 197 万吨,5年间净增34 859万吨,平均 每年增加6 972万吨,年增长 45.9%。 从前面的数据显示(换算), 新型干法熟料热耗为3 260kJ/kg, 其与湿法比较,千克熟料可降低 2 592kj。从1 995~2005年新型干 法熟料产能增加了40 202万吨。 粗略估算,相当于节约标煤3 560 万吨。 因此,水泥工业节能根本途径 是采用新型干法生产工艺取代落 后的湿法、立窑和其他旋窑工艺。 以2004年的水泥产量为例,如将新 型干法生产的量,每提高1个百分 点,以其所需熟料耗用的能源计 算,可节约标煤32.74万吨(以新型 干法与机立窑的平均技术水平 计)。若201 0年新型干法达到 70%,等于在2004年的基础上提高 了37 5个百分点。仅此一项,每年 可节约标煤1 228万吨。 水泥回转窑煅烧熟料过稗的特 点,一是焚烧温度高(窑内物料温度 约1 450 ̄C,气体温度接近2 O00 ̄C), 二是物料在窑内停留时间长、三是 窑内高温气体湍流强烈,可使废弃 物完全燃烧,使有机物破坏得十分 彻底。水泥窑全系统在负压下运行, 因此有毒有害气体不会溢出,不会 产生环保方面问题。此外熟料煅烧 2006.3 CHINA CEMENT 1 9 维普资讯 http://www.cqvip.com

是在碱性条件下进行的,有毒、有害 理的难度。但从社会效益上,无疑 工程,整个热力系统不燃烧任何 废弃物中的氯、硫、氟等在窑内被碱 应是大加鼓励的。 性物质完全中和吸收,变成无毒的 一次能源,在回收大量对空排放 随着我国国民经济的快速发 造成环境热污染的废气的同时, 化合物。焚烧废物的残渣最终又进 展,城镇化进程加快,废轮胎、废塑 所建余热发电工程不对环境造成 入水泥熟料,对水泥质量一般而言 料、废溶剂、废机油等工业废弃物 任何污染。 并无不良影Ⅱ向,做到了废弃物处理 以及城市垃圾势必大量增加。通过 彻底干净,不会产生以焚烧方式处 水泥窑消纳上述废料是最佳方式。 理废弃物过程中造成二次污染问 由于能将废气中的热能转化 为电能,可有效的减少水泥生产过 北京金隅集团北京水泥有限 程中的能源消耗,具有显著的节能 题。此外,水泥窑还可以将废料中的 大部分重金属元素固化在熟料中, 避免了重金属的再次扩散。 利用废弃物替代部分原燃料 煅烧水泥熟料,既处置了废料,又 节约了能源,还减少了CO 等有害 气体的排放量,对资源的充分利 用和环境保护都十分有利。自90 年代以来,水泥生产过程的上述 特定功能得到人们的重视,工业 发达国家通过技术进步,大力开 发废弃物作为水泥燃料。而在工 业废弃物作为燃料的应用中,预 分解窑工艺更具优势。一些块状 或粒状的废弃物(燃料),可直接 投入预热器分解炉系统的高温部 位,然后入窑煅烧。此类废弃物有 废轮胎、木柴、废塑料、城市可燃 生活垃圾(经压制处理成块状) 等。一些可以磨制成粉状或液体 的工业废弃燃料,如石油焦、废机 油、废溶剂等,均能通过特殊设计 的燃烧器在分解炉和回转窑内燃 烧。对于不能和大气直接接触的 有毒有害溶液物,可密闭在容器 内,经喷射装置喷入窑内煅烧。 工业废弃物作为水泥生产的 燃料,从社会层面上既消减了公 害,又减少了因存放废弃物而造 成对土地资源的消耗。还可减少 城市为处珲工业废弃物而兴建工 业废弃物焚烧炉的投资,以及减 少焚烧炉所生产的残渣处理的二 次污染。对水泥企业,由于处理工 业废弃物需增加工艺性复杂和管 20中国水泥2006.3 责任公司,在全国率先实施利用水 效果。同时,废气通过余热锅炉降 泥回转窑焚烧处置工业危险废弃 低了排放的温度,还可有效的减轻 物。今年4月份建成了国内第一条 水泥生产对环境的热污染,具有良 利用水泥窑处置工业废弃物熟料 好的经济效益和社会效益,因此余 生产线,为实践循环经济,解决企 热发电项目具有很好的推广和应 业发展和生态环境保护及社会经 用价值。 济发展之间的矛盾开辟了新的途  ̄tJ2005年底我国日产2 000 0E 径。该生产线年可处置废弃物约为 及以上熟料生产线的产能占新型 1O万吨。 干法熟料总产能的75.33%。据专 3,回收废热进行发电 家分析其热量可利用情况,见表8。 水泥工业是一个传统的高能 产业要求,回转窑系统 耗行业,就目前国内最先进的生产 废气余热耍进行回收,鼓励采用 线工艺,仍有大量的350oC以下的 纯低温废气余热发电。为保证产 余热不能完全被利用,其浪费的热 业的贯彻执行,应制订相应 量约占系统总热量的30%左右。因 的配套措施。配套措施应明确,日 此,回收熟料生产过程中的余热, 产4 000吨以上生产线应同步建 用来供热或发电是非常现实又节 设纯低温余热发电装置。避免仅 能的途径。 把建设纯低温余热发电装置作为 完全利用水泥生产中产生的 缺电的权宜之计。同时,对投资进 废气作为热源的纯低温余热发电 行余热回收部分建设的资金所取 项目 一般值 最小值 最大值 窑头窑尾锅炉总有效利用热量 f10%J/h1 104.6 75,l 120,6 单位有效利用热量(kj/kg熟料1 502.1 360.5 578.9 有效发电功率 (kW) 6 102 43 80 7 035 吨熟料发电能力 (kWh/t熟料) 29.3 21,O3 33.8 1 装机容量 (MW) 3.0 6.0 7 投资回收期 维普资讯 http://www.cqvip.com

得的效益在一定时期内可以减免 所得税用于还贷。并对余热发电 的上网与电力部门之间协调原则 吨熟料发电量 (kwh) 作出相关的规定。 对日产2 000吨及以上熟料级 水泥生产线按《节能中长期专项 规划》要求,列入每年建设3O套计 划之中。在国家有关的大力支 持下,利用国产设备,在不同规模 (1 500t/d、2 OOOt/d、5 O00t/d)新 型干法生产线上均有了纯低温余 热发电的实例,并收到了较好效 果。和利用国外的技术装备相比, 不仅大幅度降低了投资,各项指标 也趋于相当,见表9、表10。 4.利废等于“开源”。也是节能 水泥工业可以利用各种工业 废渣废料作为混合材,例如高炉矿 渣、粉煤灰、火山灰、废矿石、烧页 岩等掺入水泥熟料中,混合粉磨成 相应品种的水泥。这种利废方式简 便易行,既利废又直接增产水泥。 以生产混合硅酸盐水泥计,1吨水 泥可以消纳300千克以上工业废 渣。我国1年生产近5<LD ̄矿渣、粉煤 灰以及混合水泥,如果普遍采用废 渣可以处理近1.5亿吨工业废渣和粉 煤灰。1.5<LD ̄水泥等于消耗1亿吨水 泥熟料。1亿吨水泥熟料等于节约 近1 500万吨标煤。 其次是利用各种废物作为水 泥原料,例如赤泥、电石渣、冶炼尾 矿、铸造砂等,经过必要的处置,避 免或减少废物中某些有害成分对 水泥生产工艺过程和水泥性能的 不良影响,充分利用其中的硅、铝、 铁、钙等有用成分,替代部分天然 原料,调配成合格的水泥生料。这 样既可利废消纳一些废物,又可相 应地节约一部分石灰石、砂页岩、 黏土等天然水泥原料资源。这些经 煅烧过的废渣,可以降低熟料烧成 热耗,等于节煤。 5 以质代量就是节能 7.国家引导.促进节能 建设管理部门要提高混凝土 从1 998年1月1日起施行的 标号和性能,大力推广预拌混凝 《节约能源法》第十二条规定,固 土,修订建筑工程设计规范和标 定资产投资工程项目的可行性研 准,全面提高水泥制品、构件及混 究报告,应当包括合理用能的专题 凝土的性能和质量,减少全社会对 论证。固定资产投资工程项目的设 水泥的实物消耗,达到有效节约石 计和建设,应当遵守合理用能标准 灰石等自然资源与能源的消耗,减 和节能设计规范。达不到合理用能 轻环境污染。 标准和节能设计规范要求的项目, 我国建筑业对水泥使用,与发 依法审批的机关不得批 隹建设;项 达国家相比每立方米混凝土多耗 目建成后,达不到合理用能标准和 水泥近80千克。推广高标号混凝 节能设计规范要求的,不予验收。 土,推行质量终身制,提高工程的 《节约能源法》的第四十条规 耐久性,延长工程的使用寿命,对 定,各行业应当制定行业节能技术 水泥质量提出了更高的要求。因 ,发展、推广节能新技术、新工 此,大幅度提高水泥熟料的平均强 艺、新设备和新材料,或者淘 度,“以质代量”,生产高标号水 汰能耗高的老旧技术、工艺、设备 泥,为建筑施工采用高标号混凝土 和材料。第四十一条规定, 提供优质产品,减少水泥熟料消耗 管理节能工作的部门应当会同国 等于节能。 务院有关部门规定通用的和分行 6 技术装备的进步是节能的永 业的具体的节能技术指标、要求和 恒主题 措施,并根据经济和节能技术的发 进一步提高水泥预分解窑工 展情况适时修订,提高能源利用效 艺装备技术水平,大力推广应用余 率,降低能源消耗,使我国能源利 热发电、原料预均化、立式磨、辊压 用状况逐步赶上国际先进水平。 机、高效篦冷机、超细粉磨、计算机 还有“清洁生产法”、 自动控制、高浓度收尘器、高档耐 21号文《关于做好建设节约型社会 火材料等先进的节能技术和装备。 近期重点工作的通知》、22 在粉磨环节上,节电的效果尤为显 号文《关于加快发展循环经济的若 著。水泥粉磨2003年国内先进指标 干意见》的要求、“十一五”规划节 已达到吨水泥耗电25千瓦时,而在 能20%的目标、即将颁布实施的 1998年时需38千瓦时。以2004年 《中国节能技术大纲》等都将 生产9.7亿吨水泥进行计算,即节电 为促进我国水泥工业节能起到不 约126(Z,千瓦时,折标煤155万吨。 可替代的作用。口 2006.3 CHINA CEMENT 2 

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