我國水泥行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　今天，國家發(fā)改委環(huán)境和資源利用司在此召開“大型新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電技術、政策研討會”，對推廣我國水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電技術應用、提高能源綜合利用率，降低新型干法水泥生產(chǎn)成本，保護環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。在此，我代表中國水泥協(xié)會和與會水泥企業(yè)，向國家發(fā)改委環(huán)境和資源綜合利用司表示衷心的感謝！
一、水泥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1、水泥產(chǎn)量高速增長，有力地支撐了我國經(jīng)濟快速發(fā)展。如圖所示為我國近30年來水泥年產(chǎn)量的統(tǒng)計結果。20世紀80年代我國水泥產(chǎn)量平均增長10.2%，進入90年代增長速度依然強勁，平均每年新增水泥產(chǎn)量4700萬噸，平均增長速度達到了17.5%。1997～2000年連續(xù)4年水泥年產(chǎn)量突破5億噸,占世界水泥年產(chǎn)量的1/3以上,2001、2002、2003年更分別達到了6.4、7.25、8.63億噸，占世界水泥年產(chǎn)量的40%，創(chuàng)造了自1985年至今連續(xù)18年我國水泥年產(chǎn)量居世界首位的記錄。

1980～2003年全國水泥產(chǎn)品消費量

2、技術進步正在加快。在引進、消化、吸收國際水泥工業(yè)先進技術的基礎上，我國水泥預分解技術水平有了很大提高，自1976年我國第一臺新型干法水泥生產(chǎn)線投產(chǎn)至今，700～2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線已實現(xiàn)國產(chǎn)化，并已向亞洲、非洲等發(fā)展中國家出口，5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)技術已經(jīng)成熟，并達到了國際先進水平，8000t/d、4條10000t/d新型干法生產(chǎn)線在海螺已經(jīng)投產(chǎn) ，在技術上我國與發(fā)達國家水泥工業(yè)的技術水平已經(jīng)差距很小了。
3、結構調整取得進展。水泥行業(yè)高速發(fā)展的同時，水泥產(chǎn)業(yè)結構在高速發(fā)展中快速調整，在去年8.47億噸水泥產(chǎn)量中，其中有2.15億噸是新型干法水泥，比重由2002年的16%提高到25%。今年上半年又有50條生產(chǎn)線投產(chǎn)，新增熟料生產(chǎn)能力4507萬噸，截止到6月末，已經(jīng)建成投產(chǎn)新型干法窯403條，孰料生產(chǎn)能力24589萬噸。大型水泥集團發(fā)展大型化新型干法水泥、不發(fā)達地區(qū)因地制宜發(fā)展新型干法水泥已經(jīng)成為我國水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢。

二、存在的問提
1.結構性矛盾十分突出。企業(yè)規(guī)模結構不合理，我國目前正式注冊的水泥企業(yè)4700家，實際有6000多家，平均規(guī)模在10多萬噸。從企業(yè)規(guī)模看，我國現(xiàn)有20萬噸以上大、中型企業(yè)576家，僅占水泥企業(yè)總數(shù)的6.8%，這些大、中型企業(yè)水泥年產(chǎn)量2.5億噸，占全國水泥總產(chǎn)量的33%。代表水泥工業(yè)先進技術的新壓干法生產(chǎn)線的水泥產(chǎn)量僅占25%。因此水泥工業(yè)的規(guī)模結構很不合理；技術結構不合理。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有水泥窯8900臺左右，水泥生產(chǎn)能力8.5億噸，其中700t/d以上規(guī)模的新型干法水泥窯403臺，熟料生產(chǎn)能力2.5億噸占總生產(chǎn)能力不足25%,相比之下,由整體技術裝備水平較低的立窯生產(chǎn)的水泥占近70%,技術結構嚴重失調。
2.環(huán)境污染嚴重。據(jù)統(tǒng)計，中國水泥工業(yè)CO2年排放量近5億噸，粉塵的排放量占我國工業(yè)行業(yè)粉塵排放總量的40%。雖然對水泥行業(yè)的環(huán)保問題越來越重視，環(huán)境污染逐年減弱，但環(huán)境污染仍十分嚴重。
3.生產(chǎn)能耗消耗高。由于整體技術水平落后，與新型干法水泥相比，落后工藝能耗高。立窯水泥噸熟料標準煤耗為160Kg而新型干法水泥只有115Kg,濕法窯、干法中孔窯則更高。能源消耗是中國水泥工業(yè)的重要問題之一。熟料燒成煤耗比工業(yè)發(fā)達國家高30%；電耗高5～10%。特別是近兩年，煤、電的緊缺已經(jīng)成為制約我國水泥工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
　　國家宏觀調控的主要原因是固定資產(chǎn)投資增長過快，使煤、電、油、運難于支撐，影響了我國經(jīng)濟的正常運行和社會的穩(wěn)定發(fā)展。作為能源消耗大戶的水泥工業(yè)，煤、電、運緊張已經(jīng)嚴重制約水泥的發(fā)展。特別是電力短箋，使水泥熱點地區(qū)水泥企業(yè)不能連續(xù)生產(chǎn)，不但直接影響水泥生產(chǎn)和市場供應，對水泥窯的安全運轉也帶來較大隱患。而水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)不僅發(fā)電成本低，經(jīng)濟效益好，還可以緩解電力緊張的矛盾。同時，我國是聯(lián)合國氣候框架公約的成員國，通過節(jié)電，減少火力發(fā)電生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量CO2 ，對減少溫室效應，保護生態(tài)環(huán)境，起著積極作用。因此，水泥余熱發(fā)電技術的推廣對我國水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義。

三、我國水泥行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀
1、水泥工業(yè)余熱發(fā)電的發(fā)展歷程
　　我國水泥窯余熱發(fā)電大致經(jīng)歷了中空窯高溫余熱發(fā)電、預熱器及預分解窯帶補燃爐中低溫余熱發(fā)電、預熱器及預分解窯低溫余熱發(fā)電三個發(fā)展階段。
　　在20世紀20～30年代由于電力緊張，建設了一批干法中空窯余熱發(fā)電水泥廠；其水泥窯廢氣溫度為800℃～900℃、熟料熱耗為6700KJ～8400KJ/Kg，所配套的高溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力為每噸熟料100KWh～130KWh，盡管該技術落后，但確實滿足了當時水泥生產(chǎn)用電的需要。50～70年代由于我國國民經(jīng)濟對水泥需求量的增加和電力供應緊張，為我國水泥窯余熱發(fā)電的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使我國水泥窯余熱發(fā)電技術經(jīng)歷了第一個發(fā)展時期，70年代末80年代初完成了對日偽時期建設的余熱發(fā)電窯的技術改造，并新建了若干條余熱發(fā)電窯。80年代末至90年代初，在解決了余熱鍋爐所存在的許多重大技術問題和難題后，噸熟料余熱發(fā)電量大于170 KWh，運行成本0.08～0.12元/ KWh，標志著我國中空窯余熱發(fā)電技術達到了一個新的水平，為原有中空余熱發(fā)電窯進行技術改造和新建一批類似生產(chǎn)線打下了良好的基礎。
　　到90年代初，我國水泥工業(yè)以發(fā)展新型干法工藝為主。但由于國家對水泥的需求增加而電力供應緊張局面一時難于緩解，余熱發(fā)電窯仍然有生存及發(fā)展的條件，主要以節(jié)能降耗、提高余熱發(fā)電量、緩解供電不足的矛盾為目標，經(jīng)歷了第二個發(fā)展階段。“八五”國家重大科技攻關課題“帶補燃爐低溫余熱發(fā)電技術及裝備的研究開發(fā)”的完成，以及在工程上的成功應用，形成了完整的綜合利用電站的系統(tǒng)技術和裝備，在充分回收利用水泥生產(chǎn)線低溫余熱的同時，配設環(huán)保型的循環(huán)流化床鍋爐，燃用發(fā)熱量小于3000Kcal/Kg以下的劣質煤（煤矸石）進行發(fā)電或熱電聯(lián)供，循環(huán)流化床鍋爐所產(chǎn)生灰渣全部回用于水泥生產(chǎn)。即為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，同時還具有顯著的社會和環(huán)境效益，使我國水泥窯余熱利用上了一個新水平。上述技術的發(fā)展均以提高發(fā)電量﬌緩解電力供應不足為主要目的，為我國水泥工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。
　　隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識的提高，世界上單純以余熱利用為目的的預熱器及預分解窯低溫余熱發(fā)電在80年代初有了較大發(fā)展，其水泥窯廢氣溫度為350℃左右、熟料熱耗為2900KJ～3300KJ/Kg，所配套的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力為每噸熟料30KW～40KW，這對水泥企業(yè)資源綜合利用，提高經(jīng)濟效益，有重大意義。在發(fā)達國家，特別是能源短缺地區(qū)，純低溫余熱發(fā)電已被廣泛應用。
　　我國的純低溫余熱發(fā)電的研制起步較晚，始于80年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在一些地方開始應用。但與國際先進水平還有一定的差距。
　　一九九五年八月，國家計委、國家建材局與日本國新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構簽訂了水泥余熱發(fā)電設備示范事業(yè)基本協(xié)定書，由日方無償提供一套先進且成熟可靠的低溫余熱發(fā)電技術和設備用于中國現(xiàn)有水泥廠，通過科學論證和國內外專家的實地考察，日方提供的這套設備安裝在寧國水泥廠4000t/d水泥生產(chǎn)線上，發(fā)電機裝機容量為6480KW。 通過該項目在寧國水泥廠的成功應用，充分說明新型干法水泥窯配套余熱發(fā)電裝置在技術上是完全可行的，它充分利用了水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢氣余熱進行動力回愶，每噸熟料可回收30～40KWh的電能，并且該系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運行，相對水泥窯的運轉率可達95％左右，發(fā)電成本非常低，相對外購電價可節(jié)約大量的購電費用。所以該項技術的應用，既可降低水泥的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，又可以為國家節(jié)約大量的電能，減少環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應用前景。
2  純低溫余熱發(fā)電的現(xiàn)狀
　　純低溫余熱發(fā)電是完全利用余熱，無外加熱源的發(fā)電系統(tǒng)，即利用出預熱器350℃的煙氣余熱產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，并將出篦冷機的煙氣出口前移，以獲得350℃左右的煙氣，可產(chǎn)生飽和熱水和低壓過熱蒸汽。該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單，便于管理。
　　目前，國外水泥窯余熱發(fā)電純余熱發(fā)電系統(tǒng)的比例是很高的。20世紀80年代以來，先進工業(yè)國家也正是一直這樣做的，如日本70%的水泥企業(yè)在新型干法生產(chǎn)線上都設置有余熱發(fā)電系統(tǒng)，水泥工業(yè)余熱發(fā)電量占自身用電量的比例，在1995年就已經(jīng)達到43%，我國臺灣地區(qū)的水泥生產(chǎn)企業(yè)配置余熱發(fā)電系統(tǒng)的比例也是很高的。美國水泥協(xié)會在1995年就提出，在降低水泥綜合電耗的同時提高余熱利用率，爭取到2015年新型干法水泥廠的余熱發(fā)電量要基本上滿足自身用電的要求。
　　在國內，經(jīng)過十幾年的開發(fā)、研究和若干實際工程投入運行，對于水泥窯余熱發(fā)電來講，純低溫余熱發(fā)電技術無論是熱力循環(huán)系統(tǒng)還是設備（國產(chǎn)化）都已成熟可靠，尤其是補汽式汽輪機的研制成功，使我國余熱發(fā)電技術及裝備除了汽輪機本體效率比日本人略低外，總體上的技術水平已經(jīng)趕上國際先進工業(yè)國家，為我國眾多的不同窯型水泥生產(chǎn)廠提供了可供選擇的余熱發(fā)電技術及裝備。對于余熱發(fā)電技術，無論是循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)工質、還是各種專用設備（余熱鍋爐、補燃鍋爐、汽輪機、鍋爐給水除氧設備等）仍然有進一步發(fā)展、提高的余地，同時也存在著余熱發(fā)電技術如何與水泥熟料煅燒技術進一步結合以開發(fā)出帶有純低溫余熱發(fā)電的更加節(jié)能的新型干法水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的問題。將水泥生產(chǎn)設備的節(jié)電技術與余熱發(fā)電技術結合起來開發(fā)出每公斤綜合能耗（熱耗及電網(wǎng)供電量）僅相當于3500KJ熱能的帶有純低溫余熱發(fā)電的新型干法水泥生產(chǎn)技術是現(xiàn)實的、也是可能的。
　　水泥窯純低溫余熱發(fā)電完全符合國家的相關產(chǎn)業(yè)政策，是二十一世紀的新技術產(chǎn)業(yè)，推廣應用的前景十分廣闊；該系統(tǒng)設備的初投資額較大，水泥窯純低溫余熱發(fā)電在我國水泥行業(yè)推廣應用，對提高我國的能源利用水平，保護環(huán)境起到積極的促進作用，發(fā)電機組必須通過并網(wǎng)才能保證供電質量，但發(fā)電機組的輸出電力，工廠自發(fā)自用，即“并網(wǎng)不上網(wǎng)”，確保工廠的經(jīng)濟效益，相關電力行業(yè)應有政策予以充分的支持。
　　必須大力推進低溫余熱發(fā)電技術的國產(chǎn)化，該技術在我國進行有效的推廣和應用，在保證系統(tǒng)運行可靠性的前提下，必須降低設備的造價，減少投資成本，最有效的手段是擴大技術合作，加強研發(fā)力度，從而逐步實現(xiàn)該技術的國產(chǎn)化。從能源利用率的角度來講，水泥生產(chǎn)過程中消耗的能源有效利用率僅為60％，其余40％的能量隨廢氣排放到大氣中，余熱發(fā)電建成后，可將排放掉的38％的廢氣余熱進行回收，使工廠的能源利用率提高到95％以上，為工廠的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。從環(huán)境保護角度來講，減少了二氧化碳的排放量。這對減少溫室效應、保護生態(tài)環(huán)境起著積極的促進作用。
　　二十一世紀八十年代末，根據(jù)水泥工業(yè)節(jié)能降耗提高企業(yè)經(jīng)濟效益的需要結合新型干法水泥熟料煅燒技術的發(fā)展、水泥生產(chǎn)過程中的廢氣余熱溫度已降至450℃以下的條件，國家在“八•五”期間安排了國家重大科技攻關項目《水泥廠中低溫余熱發(fā)電工藝及裝備的研究開發(fā)》工作。但是，從事水泥工業(yè)技術工作的人員，致力于如何降低熟料熱耗及水泥電耗的研究工作，而從事余熱發(fā)電技術工作的人員致力于如何提高余熱利用率，提高余熱發(fā)電量的研究工作。沒按哪一個部門研究如何將水泥工藝技術與余熱發(fā)電技術有機地結合起來，以尋求最低的水泥綜合能耗及最佳的經(jīng)濟效益問題。由于我國的行業(yè)分割、沒有得到相關電力行業(yè)的充分支持，最終我國的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)沒有很快地得到應用并發(fā)展起來。
3　余熱發(fā)電存在的問題
　　我國中空水泥窯余熱發(fā)電已有長達近80年的歷史，帶補燃鍋爐的預分解窯余熱發(fā)電已運行了10多年，而不帶補燃鍋爐的預分解窯中、低溫余熱發(fā)電已6年余，總結我國水泥窯余熱發(fā)電的經(jīng)驗，對于加強和提高余熱發(fā)電系統(tǒng)及主要設備的研究開發(fā)工作，提供與新型干法水泥生產(chǎn)規(guī)模配套的中低溫余熱發(fā)電系列設備，有著重要的現(xiàn)實意義。比如，確定經(jīng)濟、合理、高效的熱力系統(tǒng)及電站汽水管路配置和除氧系統(tǒng)；解決余熱鍋爐所存在的磨損、漏風、集灰、爐內換熱過程不清、換熱效果不明以至余熱鍋爐熱效率低下影響余熱發(fā)電量的問題，以及水泥窯立式余熱鍋爐在實際生產(chǎn)運行中的結構、熱力、傳熱特性及對于廢氣溫度、廢氣粉塵的適應性等問題，對系統(tǒng)的正常運行，增加發(fā)電量都是很重要的。
　　只有大力推進純低溫余熱發(fā)電技術的國產(chǎn)化，降低設備的造價，提高單位熟料發(fā)電能力，減少投資成本，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，才能使得純低溫余熱發(fā)電技術在我國水泥工業(yè)得到扮遍的推廣和廣泛的應用。

四、純低溫余熱發(fā)電的發(fā)展趨勢
1.水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢
　　新型干法水泥將逐步替代立窯水泥；以及據(jù)預測2020年我國水泥產(chǎn)量將達到14億噸，新增量部分為新型干法水泥發(fā)展留下了廣闊的發(fā)展空間，屆時，新型干法水泥的比例將達到80%以上。由于能源的限制以及我國水泥企業(yè)對節(jié)能、環(huán)保技術創(chuàng)新的不斷追求，這為我國新型干法水泥發(fā)展純低溫余熱發(fā)電留出了廣闊的發(fā)展空間。
2.發(fā)展純低溫余熱發(fā)電是水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要
　　資源、能源、環(huán)境是制約水泥可持續(xù)發(fā)展的三大難題，特別是近幾年我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，使我國的煤、電、油、運難于支撐，水泥成本因為以上因素今年已經(jīng)增加80元/噸。發(fā)展水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術和裝備，充分利用預熱器和預分解窯200～400℃水泥窯廢氣余熱進行動力回收，每噸水泥熟料可回收30～40kW電能，在水泥熱耗為2900KJ～3300KJ/kg的情況下，能源利用率由60%提高到95%以上。純低溫余熱發(fā)電的應用，即可以逐步滿足水泥企業(yè)自身用電需要，減少外供電量，節(jié)約成本，提高新型干法水泥的競爭力，又可以減少對環(huán)境的熱污染，并間接達到節(jié)煤的目的，保護生態(tài)環(huán)境，因此，是解決制約水泥工業(yè)可撤消發(fā)展的有效途徑，也是滿足水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。
3純低溫余熱發(fā)電的發(fā)展前景
　　經(jīng)過十幾年的開發(fā)、研究和若干實際工程投產(chǎn)運行，對于水泥窯余熱發(fā)電來講，無論是純中低溫余熱發(fā)電技術、帶補燃的中低溫余熱發(fā)電技術還是高溫余熱發(fā)電技術，同時在余熱發(fā)電技術中無論是余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)還是設備（國產(chǎn)化）都已成熟可靠，尤其是補汽式汽輪機的研制成功，使我國余熱發(fā)電技術及裝備除了汽輪機本體效率比日本人略低外，總體上的技術水平已經(jīng)趕上國際先進工業(yè)國家，為我國眾多的不同窯型水泥生產(chǎn)廠提供了可供選擇的余熱發(fā)電技術及裝備。
　　我國的新型干法水泥廠的可燃廢料的替代率和生產(chǎn)用電的自供率很低，與發(fā)達國家相比，存在很大差距。據(jù)報道，迄今為止，為解決電力供應緊張狀況，在新型干法線上加帶有補燃鍋爐的余熱發(fā)電系統(tǒng)，也不到10條線，而主要從節(jié)約能源，降低水泥生產(chǎn)成本考慮，配備有純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的，僅有3條新型干法水泥生產(chǎn)線，因此，純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)在我國有廣闊的發(fā)展空間。
　　純低溫余熱發(fā)電是利用窯頭窯尾排放廢氣余熱發(fā)電，無需消耗燃料。在預分解窯系統(tǒng)上加設純中低溫余熱發(fā)電，能將水泥生產(chǎn)的綜合熱利用率從60%左右提高到95%以上。經(jīng)濟效益明顯。純中低溫余熱發(fā)電量現(xiàn)已達到30～40KWh/t熟料，使水泥生產(chǎn)線的自供電量達到1/3以上，經(jīng)濟效益是很可觀的，窯頭窯尾廢氣通過余熱鍋爐溫度進一步降低后排放，對環(huán)境的熱污染程度降低；而相對于燃煤電站，不用燃煤發(fā)出10000KWh電，少排放近8t的CO2，這對減少溫室效應，保護生態(tài)環(huán)境，起著積極的促進作用。因此，在用新型干法生產(chǎn)線取代耗能高的立窯和濕法窯水泥生產(chǎn)方法的同時，在已投產(chǎn)運行和新建的新型干法窯生產(chǎn)線上，加設純中低溫余熱發(fā)電裝置，充分利用余熱發(fā)電，回收能源，將會成為我國水泥工業(yè)節(jié)能的一項重大舉措。
　　2004年1月中旬，為貫徹落實《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進法》，國務院辦公廳轉發(fā)了國家發(fā)展革委會、建設部等11委、部、局《關于加快推行清潔生產(chǎn)的意見》，對加快推行清潔生產(chǎn)工作，要求在繼續(xù)抓好建材等重點行業(yè)結構調整的同時，把節(jié)能、節(jié)水、綜合利用，提高資源利用率，預防工業(yè)污染等清潔生產(chǎn)項目列為重點領域；在即將出臺的新的水泥產(chǎn)業(yè)政策中，明確把水泥窯余熱利用，以及利用工業(yè)廢棄物及垃圾替代水泥生產(chǎn)用燃料作為發(fā)展重點，相信很快國家就有相應的鼓勵政策出臺。
　　總之，經(jīng)過十余年的艱苦努力，我國水泥工業(yè)純低溫廢氣余熱發(fā)電實現(xiàn)了余熱發(fā)電工藝及裝備的國產(chǎn)化目標，為二十一世紀我國水泥工業(yè)中低溫余熱發(fā)電技術及裝備在水泥行業(yè)的推廣應用奠定了堅實的設計技術、及生產(chǎn)運行管理基礎，為我國水泥行業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展創(chuàng)造了條件。