深度分析：新常态下水泥工业节能技改措施及效果预测

　　当前我国经济进入新的发展阶段，随着国家推进调整产业结构、发展战略性新兴产业，推动传统产业转型升级，以投资拉动经济发展的模式在逐步调整。水泥工业发展也面临着消费增量大幅放缓并逐步进入消费峰值平台的局面。水泥工业自身的完善提高成为进一步提升行业整体水平和功能的战略步骤。除全面实施包括脱硝在内的环境和生态工程外，加强包括利用水泥窑协同处置可燃性废弃物在内的节能环保技术改造工作，将成为“十三五”期间水泥行业发展新的着力点。

　　一、主要节能技改措施

　　1、主要节煤措施

　　高效节煤煅烧技术：主要包括高效能熟料烧成关键技术、六级预热器预分解炉及二档支撑短窑系统技术、高效煤粉燃烧器、高效无漏料冷却机（第四代篦冷机）等技术。

　　利用水泥窑协同处置可燃性废弃物：主要包括协同处置生活垃圾、污泥、危险废弃物等。水泥窑协同处置生活垃圾及各种废弃物与其他方式处置废弃物相比具有节能、环保、经济等优势，可避免二噁英的产生。同时焚烧灰渣作为原料配料通过煅烧进入水泥熟料，还可替代水泥生产所需的部分燃料和原料，减少天然矿物资源的消耗，有利于水泥行业低碳发展，同时还可节约用于垃圾堆放和填埋所占用的土地资源。因此利用水泥窑协同处置生活垃圾及各种废弃物是目前国际公认的经济安全有效的处置手段。我国经过多年发展已经形成具有不同技术特点的处置工艺方案。

　　工业废渣替代原料（生料配料及水泥混合材）技术：工业废渣（粉煤灰、矿渣、电石渣等）作为水泥原材料得到综合利用，是当前用量最大、最为彻底、技术也最为成熟的有效方法，已经成为综合利用工业废渣的最主要途径之一。国家出台了一系列奖励政策，有效促进了水泥工业综合利用工业废渣，减少了天然原料使用和降低生产过程中燃料及电力消耗。

　　高效隔热保温材料及砌筑技术：通过窑衬砌筑技术的提高及使用高性能隔热保温耐火衬料，可有效降低窑筒体温度，相应减少筒体散热损失，同时使窑体能够承受高温热应力，确保物料在窑内煅烧。

　　水泥窑炉富氧燃烧技术：富氧燃烧技术是使燃料中的挥发份和未燃尽的碳粒子在富氧中充分燃烧，在不增加燃料的前提下，提高火焰温度，使燃烧速度加快，热辐射迅速增强的技术。该技术强化燃烧，降低空气过量系数，降低燃烧后的排气量和粉尘量，提高燃烧效率，使燃料在富氧燃烧中极大的转化成热能，有效提高燃料的燃烧效率。

　　随着制氧技术的成熟和利用，制氧成本不断降低，应用富氧燃烧节能技术可能成为水泥行业继纯低温余热发电之后又一新的节能降耗重大技术。

　　2、主要节电措施

　　除普遍应用的余热发电技术、变频调速节电技术、粉磨节电技术外，水泥窑余热梯级利用技术也已经开始得到应用。

　　水泥窑余热梯级利用技术：将水泥熟料煅烧过程中窑头冷却机和窑尾预热器出口废气的余热转换为电能。关键技术包括复合型双进风双压纯低温余热发电系统等。

　　3、综合节能措施

　　1、结构调整淘汰落后：采用政策和市场手段，除强制关闭剩余的立窑、小粉磨站等落后产能外、一些早期建设的小型预分解窑也将纳入淘汰范围。

　　2、建设能效管理系统，实现两化融合：通过信息化、智能化技术应用，开展企业生产线的能源检测、统计、分析实施管理，有效掌握生产能耗水平，通过操作软件实现对生产线能源消耗的优化和操作管理。通过能源管理系统实施可有效提升企业的能效水平，降低生产线能耗。该系统具有巨大的发展潜力。实施该管理系统后可有效降低单位水泥产品电耗，可节电5-8%左右。

　　二、主要节能技术的发展趋势

　　1、主要节煤技术的发展趋势

　　表1 主要节煤技术发展趋势分析

序号	技术名称	发展趋势
一	高效节能煅烧技术
1	高效能熟料烧成关键技术	该技术属系统集成创新技术。2015年，利用该项技术改造的生产线达到5%，预计2020年普及率达到20%。
2	六级预热器预分解炉系统及二支承短窑	目前该项技术普及率不足1%。现有生产线改造可能性很小，未来市场提升幅度不大，预计2020年普及率可能达到3%。
3	高效煤粉燃烧器	该项技术特点是采用新型结构，增加燃烧器风道，对煤质适应强，可烧烟煤、无烟煤，也可烧劣质煤。节煤效果较好，未来应用普及率在2020年可望达到50%以上。
4	高效无漏料冷却机	目前新建企业均已使用该技术，目前普及率达到约20%左右。市场前景广阔，预计2020年普及率可达到50%左右。
二	水泥窑协同处置可燃性废弃物
1	水泥窑协同处置生活垃圾	是未来水泥行业节能减排的主要技术方向之一。社会效益十分可观。目前市场普及率约为1%。依据现有发展趋势，2020年可望达到10%或以上。
2	水泥窑协同处置污泥	同上。预计2020年技术推广率可望达到10%或以上。
三	工业废渣替代原料	是当前用量最大、最为彻底、技术上也是最为成熟的有效方法，未来将一直得到广泛和充分利用。该技术属于综合性技术，其中电石渣替代石灰质原料，将大大降低CO2的工艺排放总量。预计2020年将保持现有水平。
四	高效隔热保温材料及砌筑技术	通过减少筒体散热损失；窑筒体能够承受高温热应力，提高水泥窑的运转率。目前普及率在5%-10%，预计2020年达到30%—50%。
五	水泥窑富氧燃烧	此项技术预计2020年达到10%左右，主要的问题是，该技术同时大幅度增加电耗，当煤炭价格低于400—500元/吨，经济性不好。

　　2、主要节电技术发展趋势

　　表2 主要节电技术发展趋势分析

序号	技术名称	发展趋势
	粉磨节电技术
1	立磨粉磨生料	与球磨机相比电耗可降低约30%左右。目前新建企业基本上采用立磨工艺，目前普及率高达60%，并将继续提高。
2	辊压机；终粉磨生料	与球磨机相比电耗降低约40%左右。根据调查估算，2015年采用辊磨终粉磨技术粉磨生料量为1.5亿吨 ,2020年达到3亿吨。
3	辊压机+球磨机联合粉磨	目前新建企业基本上采用辊压机+球磨机联合粉磨工艺，目前普及率高达约50%。
4	水泥分别粉磨技术	已在我国一些水泥企业取得一定进展和很好的使用效果。目前属于技术推广的的起步阶段，预计未来将有推广前景。

　　三、水泥工业节能技改措施节能潜力分析

　　表3 水泥工业节煤潜力汇总表

年 份	2015	2020
淘汰落后节煤（万吨）	400	750
主要技术节煤（万吨）	575	1315
管理及其他措施节煤（万吨）	120	300
节煤总量（万吨）	1095	2365
结构调整淘汰落后贡献率	36.53%	31.71%
主要技术措施贡献率	52.51%	55.60%
管理及其他措施贡献率	10.96%	12.68%

　　表4 水泥工业节电潜力汇总表

年 份	2015	2020
淘汰落后节电(万kwh)	75000	150000
主要技术节电(万kwh)	7055230	9449800
能效管理系统建设节电(万kwh)	144000	230000
节电总量（亿kwh)	727.4	983.0
节电量折标煤(万吨)	2540	3425
结构调整淘汰落后贡献率	2.0%	2.5%
主要技术措施贡献率	94.9%	94.0%
能效管理系统建设贡献率	3.1%	3.5%

四、水泥工业节能技改工程效果预测

　　1、主要节煤技术投资估算

　　以日产5000 吨熟料生产线为例，并结合当前我国水泥工业的实际情况，对主要节煤技术投资进行估算。需要说明的是，由于不同生产线基本条件不同，选择的技术方案差别较大，投资额度也会有较大不同，各技术节煤量数据根据行业平均值选取，与各条生产线实际投资情况会有差别。

　　表5 日产5000吨熟料生产线主要节煤技术投入分析表

技术名称	节煤工程总投资 （万元）	投资 增量 （万元）	年节煤量（tce）	单位熟料 节煤量 （Kgce/吨熟料）	单位投资 节煤量 （tce/万元）
第四代篦冷机技术	800	100	3210	2.14	4.01
新型高效燃烧器	100	20	3000	2.00	30.00
高效分解炉预热器系统	600	600	4910	3.27	8.18
协同处置污泥	45000	45000	16400	10.59	0.36
协同处置城市垃圾	15000	15000	20810	13.42	1.39
能耗在线检测及分析管理系统	3000	3000	10200	6.80	3.40
水泥窑炉富氧燃烧技术	1500	1500	6300	4.20	4.20
高效隔热保温材料及砌筑技术	200	0	1140	0.76	5.70

　　说明： 1. 高效隔热保温材料按12个月更换一次计。

　　2. 投资增量=技改项目单项工程总投资—技改项目未实施时单项工程总投资

　　2、主要节煤技术成本

　　为便于分析，仍以日产5000 吨熟料水泥生产线为例，并结合当前我国水泥生产实际情况，对分析对象的基本参数进行了设定：

　　1以2012年为测算基年，采用静态分析方法，不考虑技术的寿命周期等影响因素；

　　2按照20年经营期测算平均经营成本及折旧；

　　3水泥窑年运转时间为310天；

　　4标准煤单价为600元/t；

　　5用电价格为0.5元/kWh；

　　6员工平均工资以5万元/年计（见表6、表7及图1、图2）。

　　表6 日产5000 t熟料生产线节煤技术单位成本

序号	技术名称	吨熟料节煤潜力（Kgce/t熟料）	技术节煤累计量 （Kgce/t熟料）	吨节煤成本 （元/tce）
1	第四代篦冷机技术	2.07	2.07	-748.79
2	新型高效燃烧器	1.94	4.01	-561.86
3	高性能耐火材料窑炉砌筑技术	0.74	4.75	-500.00
4	高效分解炉预热器系统	3.16	7.91	-265.82
5	能耗在线检测及分析管理系统	6.58	14.49	-12.16
6	水泥窑炉富氧燃烧技术	4.06	18.55	12.32
7	协同处置城市垃圾技术	12.37	30.92	788.20
8	协同处置污泥技术	10.02	40.94	3734.53

　　  表7 2020年我国主要节煤技术的节煤潜力及成本

序号	技术名称	主要技术的节煤潜力（万吨标准煤）	主要技术节煤累计量 （万吨标准煤）
1	第四代篦冷机技术	150	150
2	新型高效燃烧器	170	320
3	高性能耐火材料窑炉砌筑技术	70	390
4	高效分解炉预热器系统	20	410
5	能耗在线检测及分析管理系统	300	710
6	水泥窑炉富氧燃烧技术	30	740
7	协同处置城市垃圾技术	150	890
8	协同处置污泥技术	100	990

　　

　　图1 节煤技术单位成本曲线

　　

　　

　　图2 2020年我国主要节煤技术的节煤潜力及节煤成本

　　需要说明是，以上成本是依据目前技术水平进行测算的，随着技术进步，节能成本将会下降。

　　一些节能量大但是成本高的项目，如利用水泥窑协同处置城市垃圾和协同处置污泥技术，具有很好的社会效益和环境效益，需要国家政策的有力支持。国家“十三五”规划中应明确将水泥窑协同处置作为行业节能减排的重点措施给予鼓励推广，支持全国600个大中型城市周边有条件的水泥厂，利用水泥窑协同处置技术承担城市生活垃圾、污泥、危险废弃物的处置任务，并作为优先方案进行推广。