曾學敏:水泥工業(yè)節(jié)能途徑研究與西部水泥投資機會

曾學敏 · 2007-10-02 00:00

  2006年我國國民經(jīng)濟取得了高速平穩(wěn)發(fā)展,國民生產(chǎn)總值GDP現(xiàn)價總值為210871億元,比上年增長了11.1%,全社會固定資產(chǎn)投資完成109870億元,增長23.99%,工業(yè)增加值、工業(yè)企業(yè)利潤均創(chuàng)歷史最好水平。但是節(jié)能指標沒有完成,萬元GDP能耗下降了1.23%,與年下降4%的目標值相差甚遠。因為各項節(jié)能政策、措施的到位和落實要有一個過程,從2007年起,不再把5年節(jié)能目標值簡單平均分配作為年度考核指標,但是“十一五”期間節(jié)能20%的總目標不變。溫家寶總理指出:國家確定、人大通過的5年目標是嚴肅的,確定了不能改,而且要千方百計完成,這個決心堅定不移。國家發(fā)改委馬凱主任強調,雖然年度節(jié)能減排目標沒有列出來,但節(jié)能減排的工作力度不會削弱,而且要繼續(xù)強化,節(jié)能減排的決心不變,目標不變,責任不變。為此,成立了國務院節(jié)能減排領導小組,由溫家寶總理親自掛帥出任組長。

一、我國能源消耗來自主要工業(yè)部門

  改革開放以來,我國工業(yè)化發(fā)展進程加快,帶動了能源消費快速增長,工業(yè)能源總量由2000年95443萬噸標煤,到2005年的增加到157952萬噸標煤,平均年增長速度達到10.7%,比同期全國能源總消費量增長高出0.63個百分點。自1980年以來,工業(yè)能源消費占全國能源消費總量的比重一直保持68%以上,其中,1995年高達73.33%(見表1)。

表1 工業(yè)能源消耗業(yè)全國能源消耗情況比例

年份 全國能源消費總量
(萬噸標煤)
全國能源消費比上年增長(%) 工業(yè)能源消費總量(萬噸標煤) 工業(yè)能源消費比上年增長(%) 工業(yè)能源消費占全國能源消費的比重(%)
1980 60275   41010   68.04
1985 76682 4.93 51068 4.48 66.6
1990 98703 5.18 67578 5.76 68.47
1995 131176 5.85 96191 7.32 73.33
2000 138552.58   95442.8   68.89
2001 143199.3 3.35 98273.3 2.97 68.63
2002 151796.59 6 104088.1 5.92 68.57
2003 174951.64 15.28 121731.86 16.95 69.58
2004 203227.02 16.14 143244.02 17.67 70.48
2005 222468 9.47 157952.28 10.27 71

資料來源:2005年中國能源統(tǒng)計年鑒。

二、水泥工業(yè)要為節(jié)能減排作貢獻

  2006年建材工業(yè)能源消耗量總量為1.75億噸標準煤,約占全國能源消耗總量的7%,是僅次于冶金、化工名列第三耗能大戶。2006年水泥工業(yè)能源消耗總量為建材工業(yè)的75.05%。

  水泥行業(yè)和玻璃、陶瓷、磚瓦、砂石等傳統(tǒng)建材行業(yè)相比,倍受國家重視。其節(jié)能減排也列入了國家重點關注的行業(yè)。千家企業(yè)節(jié)能行動實施方案中,建材企業(yè)有96家,占1008家的9.5%,其中水泥企業(yè)87家,占建材企業(yè)的90.6%;“十一五”十大重點節(jié)能工程中,水泥余熱發(fā)電列入其中等等,這些情況一方面說明了水泥行業(yè)是耗能大戶,另一方面也表明了水泥行業(yè)節(jié)能潛力很大,節(jié)能減排將是水泥行業(yè)今后面臨的主要課題。

1.水泥行業(yè)能源消耗

  2006年水泥制造業(yè)能源消耗總量13112萬噸標準煤(電力按發(fā)電煤耗折算),比2005年增長11.071%,低于建材工業(yè)能源消耗12.37%增長率。2002~2006年水泥制造業(yè)能源消耗總量年均增長12.05%。原煤和電力是水泥制造業(yè)消耗的主要能源。2006年水泥制造業(yè)原煤和電力消耗折合標準煤占其能源消費總量的98.73%,其中原煤消耗折合標準煤占水泥能源消費總量的88.96%。

表2 2002~2006年水泥制造業(yè)能源消耗總量 (萬tce)

年度 能源消耗總量 增長率(%)
2002 8309  
2003 9281 11.70
2004 10940 17.88
2005 11728 7.20
2006 13102 11.71
2002~2006年平均增長率 12.05


圖1  2006年水泥制造業(yè)能源消耗構成

2.水泥行業(yè)單位增加值能耗

  2005年水泥行業(yè)萬元增加值能耗為14.07噸標準煤,2006年12.56噸標準煤,比2005年降低1.51噸標煤,降幅10.73%。表3、圖2顯示了近幾年水泥行業(yè)單位增加值能耗的變化情況。

表3 水泥制造業(yè)萬元增加值綜合能耗(tce/萬元)

年度 綜合能耗 增減 增長率%
2002 14.83    
2003 13.85 -0.98 -6.61
2004 14.46 0.61 4.4
2005 14.07 -0.39 -2.7
2006 12.56 -2.51 -10.73

注: 均按2005年價格核算。

圖2  2002~2006年水泥行業(yè)單位增加值能耗變化情況

3.水泥單位產(chǎn)品能耗

  由于新型干法水泥比重不斷提高、生產(chǎn)線規(guī)模不斷擴大,以及多項節(jié)能技術的推廣應用,2005年產(chǎn)品單耗比2000年下降了23kgce/t,降幅13.4%,年均下降率達到2.8%。按該值計算的2001~2005年環(huán)比累計節(jié)能量為1969萬tce(見表3),對全國節(jié)能降耗工作做出了較大貢獻。

4  2000~2005年水泥單位產(chǎn)品綜合能耗與節(jié)能量情況

項目 單位 2000 2001 2002 2003 2004 2005 年均下降率(%)
水泥單位產(chǎn)品綜合能耗 公斤標煤/噸水泥 172 169 162 158 154 149 2.8%
單位熟料產(chǎn)品熱耗 公斤標煤/噸熟料 168 162 154 144 138 131  
水泥單位產(chǎn)品電耗 度電/噸水泥 102 101 100 100 99 100  
按綜合能耗計算的節(jié)能量 萬噸標煤   198 508 345 388 530  

注:各年份節(jié)能量是單位產(chǎn)品能耗同上年比較計算得到的;計算公式為:某年節(jié)能量=當年 產(chǎn)品產(chǎn)量×(上年單位產(chǎn)品能耗-當年單位產(chǎn)品能耗)。

4.各種窯型熟料熱耗及其熱效率

  我國水泥生產(chǎn)窯型較多,熱耗差別也大。濕法窯約比窯外分解窯多耗能近1倍,中空窯能耗是新型干法窯的2-3倍,機立窯約比窯外分解窯多耗近4成,普立窯約比窯外分解窯多耗7成(表5)。            

表5  各類窯型熟料熱耗及其熱效率

窯  型 窯外 分解 預熱 器窯 余熱 發(fā)電 濕法窯 中空窯 立波 爾窯 機立窯 普立窯
熟料熱耗(kcal/kg) 750-850 950-1150 1200-1450 1200-1500 1600-2500 980-1100 950-1300 1350
熱效率(%) 50-55 37-44 29-35 28-35 17-26 38-42 32-40 30
熟料能耗(kgce/t) 110-120 135-165 170-207 170-215 230-360 140-160 135-185 195
折算系數(shù) 1 1.30 1.64 1.67 2.57 1.30 1.39 1.70

5.不同規(guī)模新型干法生產(chǎn)線單位產(chǎn)品綜合能耗

  對于同一類水泥窯,由于生產(chǎn)規(guī)模、設備選型、工藝流程、原料特性、管理水平等因素影響,能耗也有所不同。但從統(tǒng)計規(guī)律(表6)可以看出,生產(chǎn)線規(guī)模越大,熟料燒成熱耗和水泥綜合電耗越低。

  表6數(shù)據(jù)是近幾年建成項目的平均值,從中可以看出,中國大中型新型干法水泥生產(chǎn)線的能耗水平已達到國際先進水平;尤其是10000t/d規(guī)模生產(chǎn)線的技術水平和能耗水平已成為世界領先水平。

表6  不同規(guī)模生產(chǎn)線的綜合能耗指標(平均值)

序號 生產(chǎn)線規(guī)模 (t/d) 熟料燒成熱耗 (kgce/t熟料) 熟料綜合電耗 (kWh/t熟料) 水泥綜合電耗 (kWh/t水泥) 水泥綜合能耗 (kgce/t水泥)
1 1000 141 78 120 149
2 2000~2500 133 76 115 141
3 3000~3500 110~126 73 110 128
4 4000~5000 104~115 68 105 121
5 10000 98 60 105 112

資料來源:天津水泥工業(yè)設計研究院水泥熱工標定資料。

三、水泥工業(yè)主要節(jié)能途徑與潛力

1.加快水泥工業(yè)結構調整步伐

  水泥工業(yè)結構調整的核心內容就是大力發(fā)展新型干法促進落后產(chǎn)能淘汰。

  《水泥工業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃》提出,到2010年新型干法水泥比重要達到70%,這意味著“十一五”期間必須至少淘汰落后水泥產(chǎn)能2.5億噸(每年淘汰5000萬噸),同時該部分產(chǎn)能空間主要以4000t/d新型干法生產(chǎn)線替代。 每年淘汰落后水泥5000萬噸,相當于水泥熟料3700萬噸,其中立窯熟料3000萬噸,濕法窯、干法中空窯等熟料700萬噸。以大規(guī)模新型干法水泥替代落后產(chǎn)能,其能耗的差值即是相應的節(jié)能潛力。按上節(jié)列出的各種窯型的能耗數(shù)據(jù),計算得到通過淘汰落后可實現(xiàn)的節(jié)能潛力為234萬tce/年,“十一五”期間累計節(jié)能1170萬tce(表7)。

表7   淘汰落后可實現(xiàn)的節(jié)能潛力

    每年 “十一五”累計 備注
要淘汰的水泥產(chǎn)量 萬噸 5000 25000 立窯平均熟料單耗:160kgce/t 中空窯等其它窯熟料單耗:214kgce/t 大型新型干法窯熟料單耗:107kgce/t
要淘汰的熟料產(chǎn)量 萬噸 3700 18500
其中:立窯 萬噸 3000 15000
中空窯等 萬噸 700 3500
可實現(xiàn)的節(jié)能潛力 萬噸標煤 234 1170

2. 推廣新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電

  目前國內新型干法熟料生產(chǎn)線,一級筒廢氣出口溫度一般在330℃~ 350℃左右,這部分廢熱不能完全被利用,回收這部分廢熱用來發(fā)電或是供熱是非?,F(xiàn)實的節(jié)能途徑。將廢氣中的熱能轉化為電能,可有效的減少水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗,具有顯著的節(jié)能效果。同時,廢氣通過余熱鍋爐降低了排放的溫度,還可有效的減輕水泥熟料生產(chǎn)對環(huán)境的熱污染,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 截止2007年2月,已在31家水泥企業(yè)47條新型干法水泥生產(chǎn)線上投入運行了純低溫余熱發(fā)電,總裝機容量達到23.978萬kW,對應熟料產(chǎn)能4700萬噸。噸熟料發(fā)電能力達到37.3kWh。 2006年4月國家發(fā)改委等發(fā)布的《關于加快水泥工業(yè)結構調整的若干意見》提出,到2010年要在40%的新型干法生產(chǎn)線上裝備純低溫余熱發(fā)電。按2010年中國水泥熟料產(chǎn)能10億噸、新型干法水泥比重達到70%計算,2007~2010年仍需在2.4億噸熟料產(chǎn)能的新型干法生產(chǎn)線上裝備余熱發(fā)電,到2010年年均發(fā)電量將達到90億kWh,折合標準煤321萬噸(表8)。

表8   推廣余熱發(fā)電項目的節(jié)能潛力與投資需求

時間 熟料產(chǎn)能 (萬噸) 余熱發(fā)電裝機容量(萬kW) 裝備余熱發(fā)電條數(shù)(條) 發(fā)電量 (億kWh) 節(jié)約標煤量 (萬tce) CO2減排量 (萬t-C) 投資需求 (億元)
2007年 5000 24 32 18.6 67 47 14.4
2008年 6000 29 39 22.3 80 56 17.4
2009年 6500 31.5 42 24.2 87 61 18.9
2010年 6500 31.5 42 24.2 87 61 18.9
2007~2010環(huán)比累計 24000 116 155 89.3 321 226 69.6

3.推廣高效粉磨設備及技術

  粉磨設備主要應用于生料制備、煤粉制備和水泥粉磨等環(huán)節(jié),其電量消耗占水泥生產(chǎn)綜合電耗的62%~68%。 目前水泥工業(yè)粉磨裝備的選型主要有三種:立磨+風機+收塵器等組成的粉磨系統(tǒng);球(管)磨+選粉機+收塵器+風機等組成圈流系統(tǒng);輥壓機+打散機+選粉機+收塵器等組成的終粉磨系統(tǒng),以及輥壓機+球磨機+選粉機+收塵器等組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng);筒輥磨+風機+收塵器等組成的粉磨系統(tǒng)。

表9  截止2005年我國日產(chǎn)2000噸及以上規(guī)模生產(chǎn)線粉磨裝備選型統(tǒng)計

項目 立磨 球磨 輥壓機 筒輥磨 合計
總數(shù) 273 730 56 3 1062
生料磨 220 150 4 0 374
水泥/礦渣磨 35 300 52 4 391
煤磨 18 280 0 0 298

表10   各類型粉磨裝備及系統(tǒng)的特點比較

  粉磨物料 立磨 球磨 輥壓機 筒輥磨
粉磨機理   擠壓/研磨 沖撞/摩擦 壓碎 擠壓/研磨
粉磨動強度(MPa)   1.5 - 4.5 2.5
允許最大喂料水分(%) 生料/礦渣 28 3~8 15 <10
產(chǎn)品細度(cm2/g勃氏) 水泥 >6000 >6000 >5500 >5000
生產(chǎn)多品種水泥時   最靈活 不靈活 中等 中等
研磨件平均壽命(年) 水泥 >2 >3 >2 >1.5
占地   最少 較多 最多 較少
平均年運轉率(%)   85~90 80~95 80~85 75~80
3500cm2/g時,系統(tǒng)總電耗(kWh/t)   21 35 20 22
相當總投資 (球磨=100)   110 100 120 130

資料來源:當代水泥工業(yè)粉磨裝備選型趨勢分析(高長明)。

  從當前各類型粉磨系統(tǒng)的發(fā)展趨勢看,在粉磨系統(tǒng)推行節(jié)能降耗,其主要途徑包括:(1)在生料粉磨系統(tǒng)中用立磨替代球磨機;(2)在水泥粉磨系統(tǒng)中,特別是年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨站,選用輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)替代球磨機;(3)在煤磨系統(tǒng)中,用立磨替代風掃磨;綜合考慮各方面的因素,從發(fā)展趨勢看立磨是水泥生產(chǎn)過程中各種物料粉磨的首選設備。

  如果到2010年有60%的球磨機由立磨或輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)替代,則可實現(xiàn)22.7億kWh的節(jié)電量,相當于節(jié)約標準煤81.7萬噸。

4.電機拖動系統(tǒng)變頻調速節(jié)能改造

  水泥生產(chǎn)線裝備有大量的電機、風機等用電設備,用于原料破碎、物料粉磨輸送和熟料煅燒等。不同規(guī)模新型干法水泥生產(chǎn)線配置的大型風機參數(shù)和裝機功率(表11)。

11  不同規(guī)模新型干法水泥生產(chǎn)線配置的大型風機參數(shù)和裝機功率

 資料來源:《電力需求側管理實施指南》2007。

  據(jù)初步統(tǒng)計,當前中國新型干法水泥生產(chǎn)線的大中型電機拖動系統(tǒng)(風機)裝機容量350萬kW,其中僅有5~7%的設備實施了變頻調速節(jié)能改造。未來5年,水泥行業(yè)電機拖動系統(tǒng)的節(jié)能改造仍以實施變頻調速為主,輔以對電機、風機進行性能優(yōu)化和更新改造,節(jié)電率可達到30%以上。到2010年,在既有設備中若有40%實施了大型風機系統(tǒng)節(jié)能改造,則可實現(xiàn)節(jié)電量38億kWh,折合標準煤136.8萬噸。

5.推廣新型高效預分解系統(tǒng)

  高效預分解系統(tǒng)相對于前幾年的預分解系統(tǒng),一級筒出口溫度可降低 30℃左右,能源效率由原來的55%提高到57%,由于能源效率提高兩個百分點,按“十一五”期間平均每年投產(chǎn)8000萬噸熟料計算,可實現(xiàn)年節(jié)標煤17.6萬噸。到2010年累計實現(xiàn)節(jié)煤88萬噸。    

6.水泥窯焚燒垃圾

在水泥窯內焚燒垃圾具有如下優(yōu)點:
——焚燒溫度高(窯內物料溫度約 1450℃,氣體溫度接近 2000℃);
——物料在窯內停留時間長;
——窯內高溫氣體湍流強烈,可使廢棄物完全燃燒,使有機物破壞得十分徹底;
——水泥窯全系統(tǒng)在負壓下運行,因此有毒有害氣體不會溢出,不會產(chǎn)生環(huán)保方面問題;
——熟料煅燒是在堿性條件下進行的,有毒、有害廢棄物中的氯、氟、硫等在窯內被堿性物質完全中和吸收,變成無毒的化合物;
——焚燒廢物的殘渣最終又進入水泥熟料,一般情況下對水泥質量不會造成大的影響。做到了廢棄物處理徹底干凈,不會產(chǎn)生以焚燒方式處理廢棄物過程中造成二次污染問題;
——利用廢棄物替代部分原燃料煅燒水泥熟料,既處置了廢料,又節(jié)約了能源,還減少了CO2 等有害氣體的排放量。

  隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化進程加快,工業(yè)廢棄物以及城市垃圾勢必大量增加。通過水泥窯消納上述廢料是最佳方式。“十一五”期間隨著循環(huán)經(jīng)濟試點項目的逐步推廣,預計到2010年中國水泥工業(yè)年處理廢棄物能力將達到60萬噸左右,按年平均可節(jié)約標煤12萬噸計算,“十一五”期間凈增50萬噸,累計節(jié)約標準煤60萬噸。

7.提高水泥質量,實現(xiàn)“以質代量”節(jié)能

  中國建筑業(yè)對水泥使用,與發(fā)達國家相比每立方米混凝土多耗水泥近80千克。推廣高標號混凝土,推行質量終身制,提高工程的耐久性,延長工程的使用壽命,對水泥質量提出了更高的要求。因此,大幅度提高水泥熟料的平均強度,實現(xiàn)“以質代量”。1噸優(yōu)質熟料,可代替1.3~1.5噸非優(yōu)質熟料。減少熟料用量增加混合摻量,“十一五”期間預計該項措施可實現(xiàn)節(jié)能潛力18萬tce左右。  

  基于上述分析,對水泥行業(yè)到2010年的主要節(jié)能途徑及其相應潛力進行了匯總(見表14)。

表12   水泥行業(yè)節(jié)能途徑及潛力匯總

  節(jié)能潛力 比重%
結構調整 每年實現(xiàn)節(jié)能潛力為234萬tce,“十一五”期間累計節(jié)能1170萬tce 62.38
余熱發(fā)電 到2010年年均發(fā)電量將達到90億kWh,折合標準煤321萬噸 17.12
粉磨系統(tǒng)改造 到2010年可實現(xiàn)22.7億kWh的節(jié)電量,相當于節(jié)約標準煤81.7萬噸 4.36
變頻調速改造 到2010年可實現(xiàn)節(jié)電量38億kWh,折合標準煤136.8萬噸 7.29
高效預分解系統(tǒng) 每年實現(xiàn)節(jié)能潛力為17.6萬tce,“十一五”期間累計節(jié)能88萬tce 4.69
水泥窯焚燒垃圾 到2010年可實現(xiàn)節(jié)能量60萬tce 3.20
提高熟料質量加大工業(yè)廢渣摻入量 到2010年可實現(xiàn)節(jié)能量18萬tce 0.96
節(jié)能量合計 1875.5萬tce 100
水泥單位產(chǎn)品綜合能耗 2005年:149 kgce/t;2010年:134 kgce/t  

  從表12中可以看出,結構調整、余熱發(fā)電和變頻調速改造占節(jié)能量的比重達到86.8%,其中結構調整占62.4%。以上大量的篇幅講節(jié)能途徑和節(jié)能量,最終的落腳點就是結構調整,為西部投資機會作鋪墊。

四、迎接機遇創(chuàng)造財富

  2007上半年完成國內生產(chǎn)總值為106768億元,同比增長11.5%,比上年同期加快0.5個百分點。全社會固定資產(chǎn)投資54168億元,同比增長25.9%,增速比上年同期回落3.9個百分點。其中,城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資完成46078億元,增長26.7%,農村投資8090億元,增長21.5%。房地產(chǎn)開發(fā)投資完成9887億元,同比增長28.5%,比上年同期加快4.3個百分點。中西部地區(qū)分別完成城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資11111億元和10094億元,同比增長35.6%和30.2%,均高于東部地區(qū)22.3%的增幅。

  今年1~7月份全國累計完成水泥產(chǎn)量72832萬噸,比去年同期增長12.9%。西南地區(qū)累計生產(chǎn)水泥8028萬噸,比去年同期增長16.3%;西北地區(qū)累計生產(chǎn)水泥4332萬噸,比去年同期增長20.3%。西部地區(qū)水泥產(chǎn)量的增長速度均高于全國平均水平,水泥增長速度驗證了西部經(jīng)濟的高速發(fā)展。

  從宏觀經(jīng)濟的發(fā)展態(tài)勢和行業(yè)發(fā)展的實際情況分析,今年水泥產(chǎn)量增長速度將不會低于10%,2007年全國水泥產(chǎn)量將突破13.5億噸,屆時全國人均水泥消費量將達到 1000公斤以上。據(jù)有關報道,上海市和浙江全省人均消費水泥都在 2000公斤左右,但西部地區(qū)人均水泥只有全國平均水平的一半,人均新型干法水泥的占有量就更少。

  從2006年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,西部新型干法熟料的增長速度高于全國平均水平,但從總量看,無論是熟料和水泥占全國的比例不足20%,新型干法熟料占全國比重不足15%(表13)。西部的地區(qū)水泥萬元增加值能耗,雖然近年西部有所下降,但仍然高于全國平均水平近10%。2005年東部地區(qū)萬元增加值能耗低于全國平均水平10%(表14)。說明西部地區(qū)的能耗水平高于東部地區(qū)20%,可見西部地區(qū)的節(jié)能潛力很大。

  西部水泥無論從總量人均消費量、還是結構上和全國平均水平相差甚遠,在總量的增長上和結構調整上均有較大的發(fā)展空間,這就是西部地區(qū)水泥投資機會。拉法基瑞安、亞東、海德堡、中材科工、華新、冀東、海螺等大型水泥集團均涉足西部水泥投資,他們以收購、重組、聯(lián)合、改造、擴建、摻股等方式駐足西部,水泥浙商在西部投資欲望也很大,尋找合適的條件在伺機下手。這些大牌企業(yè)的行動足以證明西部目前仍是一片水泥投資熱土。

  西部水泥主要是抓結構調整,大力發(fā)展新型干法水泥,淘汰落后生產(chǎn)能力;在建設新型干法熟料生產(chǎn)線的同時配套建設余熱發(fā)電,達到調整結構和節(jié)能減排的目的,為企業(yè)和社會創(chuàng)造財富。

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2024-10-31 03:21:54