曾學敏:水泥工業(yè)節(jié)能途徑研究與西部水泥投資機會
2006年我國國民經濟取得了高速平穩(wěn)發(fā)展,國民生產總值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.水泥單位產品能耗
由于新型干法水泥比重不斷提高、生產線規(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。
表4 2000~2005年水泥單位產品綜合能耗與節(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% |
單位熟料產品熱耗 | 公斤標煤/噸熟料 | 168 | 162 | 154 | 144 | 138 | 131 | |
水泥單位產品電耗 | 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 產品產量×(上年單位產品能耗-當年單位產品能耗)。
4.各種窯型熟料熱耗及其熱效率
我國水泥生產窯型較多,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 | 1 | 1.30 | 1.64 | 1.67 | 2.57 | 1.30 | 1.39 | 1.70 |
5.不同規(guī)模新型干法生產線單位產品綜合能耗
對于同一類水泥窯,由于生產規(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,生產線規(guī)模越大,熟料燒成熱耗和水泥綜合電耗越低。
表6數據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)模生產線的綜合能耗指標(平均值)
序號 | 生產線規(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能2.5億噸(每年淘汰5000萬噸),同時該部分產能空間主要以4000t/d新型干法生產線替代。 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據,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線余熱發(fā)電
目前國內新型干法熟料生產線,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對環(huán)境的熱污染,具有良好的經濟效益和社會效益。 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%的新型干法生產線上裝備純低溫余熱發(fā)電。按2010年中國水泥熟料產能10億噸、新型干法水泥比重達到70%計算,2007~2010年仍需在2.4億噸熟料產能的新型干法生產線上裝備余熱發(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 | 熟料產能 (萬噸) | 余熱發(fā)電裝機容量(萬kW) | 裝備余熱發(fā)電條數(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2000噸及以上規(guī)模生產線粉磨裝備選型統(tǒng)計
項目 | 立磨 | 球磨 | 輥壓機 | 筒輥磨 | 合計 |
總數 | 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 |
產品細度(cm2/g勃氏) | 水泥 | >6000 | >6000 | >5500 | >5000 |
生產多品種水泥時 | 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 | |
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線配置的大型風機參數和裝機功率(表11)。
表11 不同規(guī)模新型干法水泥生產線配置的大型風機參數和裝機功率
資料來源:《電力需求側管理實施指南》2007。
據初步統(tǒng)計,當前中國新型干法水泥生產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
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?!笆晃濉逼陂g隨著循環(huán)經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量72832萬噸,比去年同期增長12.9%。西南地區(qū)累計生產水泥8028萬噸,比去年同期增長16.3%;西北地區(qū)累計生產水泥4332萬噸,比去年同期增長20.3%。西部地區(qū)水泥產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濟的高速發(fā)展。
從宏觀經濟的發(fā)展態(tài)勢和行業(yè)發(fā)展的實際情況分析,今年水泥產量增長速度將不會低于10%,2007年全國水泥產量將突破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)計數據可以看出,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,淘汰落后生產能力;在建設新型干法熟料生產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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