我国水泥行业余热利用现状及发展趋势

　　今天，国家发改委环境和资源利用司在此召开“大型新型干法水泥生产线余热发电技术、政策研讨会”，对推广我国水泥工业纯低温余热发电技术应用、提高能源综合利用率，降低新型干法水泥生产成本，保护环境具有重要的现实意义。在此，我代表中国水泥协会和与会水泥企业，向国家发改委环境和资源综合利用司表示衷心的感谢！
一、水泥行业发展现状
1、水泥产量高速增长，有力地支撑了我国经济快速发展。如图所示为我国近30年来水泥年产量的统计结果。20世纪80年代我国水泥产量平均增长10.2%，进入90年代增长速度依然强劲，平均每年新增水泥产量4700万吨，平均增长速度达到了17.5%。1997～2000年连续4年水泥年产量突破5亿吨,占世界水泥年产量的1/3以上,2001、2002、2003年更分别达到了6.4、7.25、8.63亿吨，占世界水泥年产量的40%，创造了自1985年至今连续18年我国水泥年产量居世界首位的记录。

1980～2003年全国水泥产品消费量

2、技术进步正在加快。在引进、消化、吸收国际水泥工业先进技术的基础上，我国水泥预分解技术水平有了很大提高，自1976年我国第一台新型干法水泥生产线投产至今，700～2000t/d新型干法水泥生产线已实现国产化，并已向亚洲、非洲等发展中国家出口，5000t/d新型干法水泥生产技术已经成熟，并达到了国际先进水平，8000t/d、4条10000t/d新型干法生产线在海螺已经投产 ，在技术上我国与发达国家水泥工业的技术水平已经差距很小了。
3、结构调整取得进展。水泥行业高速发展的同时，水泥产业结构在高速发展中快速调整，在去年8.47亿吨水泥产量中，其中有2.15亿吨是新型干法水泥，比重由2002年的16%提高到25%。今年上半年又有50条生产线投产，新增熟料生产能力4507万吨，截止到6月末，已经建成投产新型干法窑403条，孰料生产能力24589万吨。大型水泥集团发展大型化新型干法水泥、不发达地区因地制宜发展新型干法水泥已经成为我国水泥工业的发展趋势。

二、存在的问提
1.结构性矛盾十分突出。企业规模结构不合理，我国目前正式注册的水泥企业4700家，实际有6000多家，平均规模在10多万吨。从企业规模看，我国现有20万吨以上大、中型企业576家，仅占水泥企业总数的6.8%，这些大、中型企业水泥年产量2.5亿吨，占全国水泥总产量的33%。代表水泥工业先进技术的新压干法生产线的水泥产量仅占25%。因此水泥工业的规模结构很不合理；技术结构不合理。据统计，我国现有水泥窑8900台左右，水泥生产能力8.5亿吨，其中700t/d以上规模的新型干法水泥窑403台，熟料生产能力2.5亿吨占总生产能力不足25%,相比之下,由整体技术装备水平较低的立窑生产的水泥占近70%,技术结构严重失调。
2.环境污染严重。据统计，中国水泥工业CO2年排放量近5亿吨，粉尘的排放量占我国工业行业粉尘排放总量的40%。虽然对水泥行业的环保问题越来越重视，环境污染逐年减弱，但环境污染仍十分严重。
3.生产能耗消耗高。由于整体技术水平落后，与新型干法水泥相比，落后工艺能耗高。立窑水泥吨熟料标准煤耗为160Kg而新型干法水泥只有115Kg,湿法窑、干法中孔窑则更高。能源消耗是中国水泥工业的重要问题之一。熟料烧成煤耗比工业发达国家高30%；电耗高5～10%。特别是近两年，煤、电的紧缺已经成为制约我国水泥工业发展的瓶颈。
　　国家宏观调控的主要原因是固定资产投资增长过快，使煤、电、油、运难于支撑，影响了我国经济的正常运行和社会的稳定发展。作为能源消耗大户的水泥工业，煤、电、运紧张已经严重制约水泥的发展。特别是电力短笺，使水泥热点地区水泥企业不能连续生产，不但直接影响水泥生产和市场供应，对水泥窑的安全运转也带来较大隐患。而水泥余热发电系统不仅发电成本低，经济效益好，还可以缓解电力紧张的矛盾。同时，我国是联合国气候框架公约的成员国，通过节电，减少火力发电生产过程中产生的大量CO2 ，对减少温室效应，保护生态环境，起着积极作用。因此，水泥余热发电技术的推广对我国水泥工业的可持续发展具有重大现实意义。

三、我国水泥行业余热利用现状
1、水泥工业余热发电的发展历程
　　我国水泥窑余热发电大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉中低温余热发电、预热器及预分解窑低温余热发电三个发展阶段。
　　在20世纪20～30年代由于电力紧张，建设了一批干法中空窑余热发电水泥厂；其水泥窑废气温度为800℃～900℃、熟料热耗为6700KJ～8400KJ/Kg，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料100KWh～130KWh，尽管该技术落后，但确实满足了当时水泥生产用电的需要。50～70年代由于我国国民经济对水泥需求量的增加和电力供应紧张，为我国水泥窑余热发电的发展创造了条件，使我国水泥窑余热发电技术经历了第一个发展时期，70年代末80年代初完成了对日伪时期建设的余热发电窑的技术改造，并新建了若干条余热发电窑。80年代末至90年代初，在解决了余热锅炉所存在的许多重大技术问题和难题后，吨熟料余热发电量大于170 KWh，运行成本0.08～0.12元/ KWh，标志着我国中空窑余热发电技术达到了一个新的水平，为原有中空余热发电窑进行技术改造和新建一批类似生产线打下了良好的基础。
　　到90年代初，我国水泥工业以发展新型干法工艺为主。但由于国家对水泥的需求增加而电力供应紧张局面一时难于缓解，余热发电窑仍然有生存及发展的条件，主要以节能降耗、提高余热发电量、缓解供电不足的矛盾为目标，经历了第二个发展阶段。“八五”国家重大科技攻关课题“带补燃炉低温余热发电技术及装备的研究开发”的完成，以及在工程上的成功应用，形成了完整的综合利用电站的系统技术和装备，在充分回收利用水泥生产线低温余热的同时，配设环保型的循环流化床锅炉，燃用发热量小于3000Kcal/Kg以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，循环流化床锅炉所产生灰渣全部回用于水泥生产。即为企业带来显著的经济效益，同时还具有显著的社会和环境效益，使我国水泥窑余热利用上了一个新水平。上述技术的发展均以提高发电量﬌缓解电力供应不足为主要目的，为我国水泥工业的发展作出了重要贡献。
　　随着人们节能和环保意识的提高，世界上单纯以余热利用为目的的预热器及预分解窑低温余热发电在80年代初有了较大发展，其水泥窑废气温度为350℃左右、熟料热耗为2900KJ～3300KJ/Kg，所配套的纯低温余热发电系统的发电能力为每吨熟料30KW～40KW，这对水泥企业资源综合利用，提高经济效益，有重大意义。在发达国家，特别是能源短缺地区，纯低温余热发电已被广泛应用。
　　我国的纯低温余热发电的研制起步较晚，始于80年代，经过几十年的发展，在一些地方开始应用。但与国际先进水平还有一定的差距。
　　一九九五年八月，国家计委、国家建材局与日本国新能源产业技术综合开发机构签订了水泥余热发电设备示范事业基本协定书，由日方无偿提供一套先进且成熟可靠的低温余热发电技术和设备用于中国现有水泥厂，通过科学论证和国内外专家的实地考察，日方提供的这套设备安装在宁国水泥厂4000t/d水泥生产线上，发电机装机容量为6480KW。 通过该项目在宁国水泥厂的成功应用，充分说明新型干法水泥窑配套余热发电装置在技术上是完全可行的，它充分利用了水泥生产过程中产生的大量废气余热进行动力回愶，每吨熟料可回收30～40KWh的电能，并且该系统能够长期稳定运行，相对水泥窑的运转率可达95％左右，发电成本非常低，相对外购电价可节约大量的购电费用。所以该项技术的应用，既可降低水泥的生产成本，提高企业的经济效益，又可以为国家节约大量的电能，减少环境污染，具有广阔的推广应用前景。
2  纯低温余热发电的现状
　　纯低温余热发电是完全利用余热，无外加热源的发电系统，即利用出预热器350℃的烟气余热产生低压过热蒸汽，并将出篦冷机的烟气出口前移，以获得350℃左右的烟气，可产生饱和热水和低压过热蒸汽。该系统的特点是系统简单，便于管理。
　　目前，国外水泥窑余热发电纯余热发电系统的比例是很高的。20世纪80年代以来，先进工业国家也正是一直这样做的，如日本70%的水泥企业在新型干法生产线上都设置有余热发电系统，水泥工业余热发电量占自身用电量的比例，在1995年就已经达到43%，我国台湾地区的水泥生产企业配置余热发电系统的比例也是很高的。美国水泥协会在1995年就提出，在降低水泥综合电耗的同时提高余热利用率，争取到2015年新型干法水泥厂的余热发电量要基本上满足自身用电的要求。
　　在国内，经过十几年的开发、研究和若干实际工程投入运行，对于水泥窑余热发电来讲，纯低温余热发电技术无论是热力循环系统还是设备（国产化）都已成熟可靠，尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使我国余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比日本人略低外，总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家，为我国众多的不同窑型水泥生产厂提供了可供选择的余热发电技术及装备。对于余热发电技术，无论是循环系统、循环工质、还是各种专用设备（余热锅炉、补燃锅炉、汽轮机、锅炉给水除氧设备等）仍然有进一步发展、提高的余地，同时也存在着余热发电技术如何与水泥熟料煅烧技术进一步结合以开发出带有纯低温余热发电的更加节能的新型干法水泥生产系统的问题。将水泥生产设备的节电技术与余热发电技术结合起来开发出每公斤综合能耗（热耗及电网供电量）仅相当于3500KJ热能的带有纯低温余热发电的新型干法水泥生产技术是现实的、也是可能的。
　　水泥窑纯低温余热发电完全符合国家的相关产业政策，是二十一世纪的新技术产业，推广应用的前景十分广阔；该系统设备的初投资额较大，水泥窑纯低温余热发电在我国水泥行业推广应用，对提高我国的能源利用水平，保护环境起到积极的促进作用，发电机组必须通过并网才能保证供电质量，但发电机组的输出电力，工厂自发自用，即“并网不上网”，确保工厂的经济效益，相关电力行业应有政策予以充分的支持。
　　必须大力推进低温余热发电技术的国产化，该技术在我国进行有效的推广和应用，在保证系统运行可靠性的前提下，必须降低设备的造价，减少投资成本，最有效的手段是扩大技术合作，加强研发力度，从而逐步实现该技术的国产化。从能源利用率的角度来讲，水泥生产过程中消耗的能源有效利用率仅为60％，其余40％的能量随废气排放到大气中，余热发电建成后，可将排放掉的38％的废气余热进行回收，使工厂的能源利用率提高到95％以上，为工厂的可持续发展创造了有利条件。从环境保护角度来讲，减少了二氧化碳的排放量。这对减少温室效应、保护生态环境起着积极的促进作用。
　　二十一世纪八十年代末，根据水泥工业节能降耗提高企业经济效益的需要结合新型干法水泥熟料煅烧技术的发展、水泥生产过程中的废气余热温度已降至450℃以下的条件，国家在“八•五”期间安排了国家重大科技攻关项目《水泥厂中低温余热发电工艺及装备的研究开发》工作。但是，从事水泥工业技术工作的人员，致力于如何降低熟料热耗及水泥电耗的研究工作，而从事余热发电技术工作的人员致力于如何提高余热利用率，提高余热发电量的研究工作。没按哪一个部门研究如何将水泥工艺技术与余热发电技术有机地结合起来，以寻求最低的水泥综合能耗及最佳的经济效益问题。由于我国的行业分割、没有得到相关电力行业的充分支持，最终我国的纯低温余热发电系统没有很快地得到应用并发展起来。
3　余热发电存在的问题
　　我国中空水泥窑余热发电已有长达近80年的历史，带补燃锅炉的预分解窑余热发电已运行了10多年，而不带补燃锅炉的预分解窑中、低温余热发电已6年余，总结我国水泥窑余热发电的经验，对于加强和提高余热发电系统及主要设备的研究开发工作，提供与新型干法水泥生产规模配套的中低温余热发电系列设备，有着重要的现实意义。比如，确定经济、合理、高效的热力系统及电站汽水管路配置和除氧系统；解决余热锅炉所存在的磨损、漏风、集灰、炉内换热过程不清、换热效果不明以至余热锅炉热效率低下影响余热发电量的问题，以及水泥窑立式余热锅炉在实际生产运行中的结构、热力、传热特性及对于废气温度、废气粉尘的适应性等问题，对系统的正常运行，增加发电量都是很重要的。
　　只有大力推进纯低温余热发电技术的国产化，降低设备的造价，提高单位熟料发电能力，减少投资成本，保证系统运行稳定可靠，才能使得纯低温余热发电技术在我国水泥工业得到扮遍的推广和广泛的应用。

四、纯低温余热发电的发展趋势
1.水泥工业的发展趋势
　　新型干法水泥将逐步替代立窑水泥；以及据预测2020年我国水泥产量将达到14亿吨，新增量部分为新型干法水泥发展留下了广阔的发展空间，届时，新型干法水泥的比例将达到80%以上。由于能源的限制以及我国水泥企业对节能、环保技术创新的不断追求，这为我国新型干法水泥发展纯低温余热发电留出了广阔的发展空间。
2.发展纯低温余热发电是水泥工业可持续发展的需要
　　资源、能源、环境是制约水泥可持续发展的三大难题，特别是近几年我国经济的高速发展，使我国的煤、电、油、运难于支撑，水泥成本因为以上因素今年已经增加80元/吨。发展水泥窑纯低温余热发电技术和装备，充分利用预热器和预分解窑200～400℃水泥窑废气余热进行动力回收，每吨水泥熟料可回收30～40kW电能，在水泥热耗为2900KJ～3300KJ/kg的情况下，能源利用率由60%提高到95%以上。纯低温余热发电的应用，即可以逐步满足水泥企业自身用电需要，减少外供电量，节约成本，提高新型干法水泥的竞争力，又可以减少对环境的热污染，并间接达到节煤的目的，保护生态环境，因此，是解决制约水泥工业可撤消发展的有效途径，也是满足水泥工业可持续发展的需要。
3纯低温余热发电的发展前景
　　经过十几年的开发、研究和若干实际工程投产运行，对于水泥窑余热发电来讲，无论是纯中低温余热发电技术、带补燃的中低温余热发电技术还是高温余热发电技术，同时在余热发电技术中无论是余热发电热力循环系统还是设备（国产化）都已成熟可靠，尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使我国余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比日本人略低外，总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家，为我国众多的不同窑型水泥生产厂提供了可供选择的余热发电技术及装备。
　　我国的新型干法水泥厂的可燃废料的替代率和生产用电的自供率很低，与发达国家相比，存在很大差距。据报道，迄今为止，为解决电力供应紧张状况，在新型干法线上加带有补燃锅炉的余热发电系统，也不到10条线，而主要从节约能源，降低水泥生产成本考虑，配备有纯低温余热发电系统的，仅有3条新型干法水泥生产线，因此，纯低温余热发电系统在我国有广阔的发展空间。
　　纯低温余热发电是利用窑头窑尾排放废气余热发电，无需消耗燃料。在预分解窑系统上加设纯中低温余热发电，能将水泥生产的综合热利用率从60%左右提高到95%以上。经济效益明显。纯中低温余热发电量现已达到30～40KWh/t熟料，使水泥生产线的自供电量达到1/3以上，经济效益是很可观的，窑头窑尾废气通过余热锅炉温度进一步降低后排放，对环境的热污染程度降低；而相对于燃煤电站，不用燃煤发出10000KWh电，少排放近8t的CO2，这对减少温室效应，保护生态环境，起着积极的促进作用。因此，在用新型干法生产线取代耗能高的立窑和湿法窑水泥生产方法的同时，在已投产运行和新建的新型干法窑生产线上，加设纯中低温余热发电装置，充分利用余热发电，回收能源，将会成为我国水泥工业节能的一项重大举措。
　　2004年1月中旬，为贯彻落实《中华人民共和国清洁生产促进法》，国务院办公厅转发了国家发展革委会、建设部等11委、部、局《关于加快推行清洁生产的意见》，对加快推行清洁生产工作，要求在继续抓好建材等重点行业结构调整的同时，把节能、节水、综合利用，提高资源利用率，预防工业污染等清洁生产项目列为重点领域；在即将出台的新的水泥产业政策中，明确把水泥窑余热利用，以及利用工业废弃物及垃圾替代水泥生产用燃料作为发展重点，相信很快国家就有相应的鼓励政策出台。
　　总之，经过十余年的艰苦努力，我国水泥工业纯低温废气余热发电实现了余热发电工艺及装备的国产化目标，为二十一世纪我国水泥工业中低温余热发电技术及装备在水泥行业的推广应用奠定了坚实的设计技术、及生产运行管理基础，为我国水泥行业持续、健康发展创造了条件。