对水泥工业余热发电状况的探讨

1 国内水泥行业余热利用势在必行 

经国务院同意，国家发展改革委员会于2004/11/30发布了我国第一个《 节能中长期专项规划 》。根据国情，节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会，促进经济社会可持续发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标，该规划针对 “ 十一五 ”，重点规划了到 2010 年节能的节能目标和发展重点，并提出 2020 年的目标。 

1）  宏观节能量指标：到 2010 年每万元 GDP 能耗由 2002 年的 2.68 吨标准煤下降到 2.25 吨标准煤， 2003-2010 年年均节能率为 2.2% ，形成的节能能力为 4 亿吨标准煤。 

2020 年每万元 GDP 能耗下降到 1.54 吨标准煤， 2003-2020 年年均节能率为 3% ，形成的节能能力为 14 亿吨标准煤，相当于同期规划新增能源生产总量 12.6 亿吨标准煤的 111% ，相当于减少二氧化硫排放 2100 万吨。 

2 )  主要工业产品单位能耗指标： 2010 年总体达到或接近 20 世纪 90 年代初期国际先进水平，其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平； 2020 年达到或接近国际先进水平；对水泥产业规定的单位能耗指标如下： 
  
 
为实现国家发展改革委员规定的上述能耗指标，除了在水泥生产工艺上继续努力挖掘潜力外，有效地挖掘和合理地利用水泥生产工艺过程中废弃的热量也是实现上述战略目标的重要途径之一。对水泥生产企业来说,达到上述指标能使吨水泥的生产成本大幅下降,对降低生产成本和提高企业竞争力大有裨益。 

2 当前国内水泥行业余热利用状况 
根据对现场热工测量数据的统计分析，当前水泥生产工艺对热能的利用状况是： 

1）利用率低，相对于国外87%左右的先进记录，国内低于60%。 
造成当前水泥生产工艺热能利用率不高的主要原因有： 
-  设备热能综合利用率低 
-  生产工艺对热能的利用不合理 

2）  随着燃料成本上涨，水泥市场价格竞争压力大； 

3）  多种因素制约了水泥生产工艺在节能领域中的技术创新； 

即使在水泥行业技术较为先进的新型干法水泥生产线中，就其过程能量组合使用的现状而言，被水泥熟料生产利用的热量也低于总输入热量的60%。倘若将可以通过过程能量优化进一步节约的能量考虑在内，目前水泥熟料生产能利用的热量占总输入热量的百分数将为更低。为彻底改变水泥生产能耗偏高的状态，水泥行业的科研、设计和生产人员对熟料生产线不断地进行优化设计，对水泥生产工艺也作了不断地改进。与此同时，尽管水泥行业的科技人员也对利用水泥生产工艺过程中废弃的能量来发电作了不懈的努力，但我国水泥行业在利用余热发电方面始终没有脱离长期停留在低水平重复的困境。 

1）补燃式余热发电 
补燃式余热发电是水泥行业科技人员利用水泥生产工艺过程中废弃的能量来发电的一种尝试。它将我国发电行业五十年代应用的小容量、低参数、成熟的火电系统和技术，在国家政策的鼓励下，揉合了我国八十年代逐渐发展的、可燃用劣质燃料的小容量循环流化床技术，在水泥熟料生产线上总成。它利用了部分水泥生产工艺过程中废弃的热量，或加热锅炉给水，或对部分饱和蒸汽进行过热，达到对余热部分利用的目的。这种发电系统和装备对我国发电行业业外人员而言，具有技术风险小的优点。特别在地区性电力供应不足的请况下得到了业主的认可。但是从我国电力供应的长期规划角度和发电系统和装备的节能效果来说，地区性电力供应不足是暂时现象，但系统热耗要较当前电网偏高许多，系统过程能量的优化余地较大，补燃式发电系统的存在也会使水泥熟料生产系统的综合可用率下降。这种余热利用方式不但不能被国家节能政策所鼓励，而且也会对水泥熟料的正常生产和业主投入资金的回收产生不利影响。 

2）纯低温余热发电 
随着技术引进和国家政策的引导，当前纯低温发电方式正在得到水泥行业业主越来越多的认可。在不影响水泥熟料产品的质量和产量的前提下，通过对余热的技术性利用获得最大量化的电力自给，从而实现吨熟料热耗降低的效果，这越来越成为整个水泥行业利用纯低温发电方式降低能耗的追逐目标。但是，作为业主，尚存如下疑虑。 

(1) 跨行业文化背景的差异 
电力生产和水泥生产具有不同的产业文化背景，水泥生产的业主出于对主业的保护，对从未接触过的电力生产设备的安全性、对电力生产过程管理上可能会带来的影响资金按计划回收等众多因素，存在疑虑。 

(2) 有限的发电量对业主缺乏吸引力 

由于缺乏专业技术研发能力，目前国内在水泥工业中已建、在运的余热发电装置对水泥生产工艺中废弃热量的利用尚处于初级阶段。在利用过程能量技术对汽水循环系统进行优化、适应水泥余热回收的低温压余热锅炉的设计理念以及对高效、低耗汽轮发电组的发掘利用方面均有相当的不准确性。致使同样的投资金额达不到业主期待的发电量和投资回收期待值，影响了业主对余热回收项目投资的决心。 

(3) 发电设备和系统的成熟性 

在水泥厂已投运的余热发电设备和系统装置中，不断被发现的众多不完善之处，是水泥行业业主对利用发电方式进行余热回收利用的又一个重要疑虑。根据我们的调查，目前在已投运装置中暴露出的众多不完善之处造成的后果，都同系统设计和设备运行的安全和可靠性相关。究其根源是对发电技术系统的成熟性缺乏研究。 

目前国内从事水泥余热发电领域的单位以水泥行业的科技人员为主。尽管他们能对余热锅炉、汽轮发电机制订定货技术规格书并能配合锅炉厂进行锅炉方案设计，但是由于行业的差异，他们自身对这些设备缺乏深入的认识和独立的研发能力。从市场角度，整个发电设备制造行业的技术发展随着机组向大容量、超大容量以及高参数、超高参数发展，长期以来忽视了在低参数、小容量发电设备以及相关的辅机领域发展技术储备和聚集研发力量，再加上对水泥行业的特殊性缺乏了解，导致所供设备在现场发生影响机组安全、可靠运行的因素比比皆是的现象就不足为奇了。经分析，这些在现场出现的影响机组安全、可靠运行的因素具有一个共同的特点，它们的发生，均非因缺乏高科技，只要发电设备制造行业能和水泥行业科技人员在工程之初就能密切结合，根据水泥行业的特殊要求，对相关技术和设备作必要改进，认真执行发电设备制造行业的标准和行规就都可以加以解决。 

(4) 合理发电指标评判标准的制订 

业主一旦决定对水泥生产线作技术改造，利用其生产工艺中的弃热发电，合理的发电指标对业主投资的决定会起很大促进作用。目前在水泥行业中通常使用的指标，在某些情况下会对业主的决心起到负面影响。对水泥行业余热利用制定合理的发电指标评判标准需尽快进行。 

(5) 符合市场经济的供需经济合同的保证 

在市场经济条件下，符合市场经济的供需经济合同既是业主和工程承包方双方权益保证的依据，又是推动供货方技术发展、设备改进的驱动力。据调查，在利用水泥余热发电的所有国内在运机组的商务合同中，在业主和工程承包方之间几乎无一例外的都未将发电指标列入工程承包方所必须承担的义务范围。我们认为，这也就是我国水泥行业余热利用为什麽长期以来停留在低水平重复的主要原因之一。 

3． 对国内水泥行业利用余热发电的建议 

作为长期从事发电设备行业工作，熟悉发电技术但对水泥生产行业陌生的人士，面对国内现有的余热发电技术和设备，有信心通过跨行业的技术嫁接，尽快改变我国水泥行业在利用余热发电领域的现状，特提出下列建议供业内人士参考。 

1）打破行业约束，实现水泥-发电行业科技人员的强强联合，发挥各自的专业特长和优势，共同分阶段实现国家对2020年水泥行业的节能要求和满足水泥企业在市场经济中的竞争需要。 

2）在实现水泥-发电行业科技人员强强联合的基础上，在不影响水泥熟料产品的质量和产量的前提下，共同挖掘水泥生产工艺中可利用的热源；共同推动小容量、低参数余热发电技术和设备的技术进步，以达到在吨熟料热耗降低的前提下为水泥企业创造最大量化电力输出的目的。 

3）鼓励和推动电力行业的规范和行规进入水泥余热发电项目实践。彻底改变目前人们对小容量、低参数工程项目和设备以及与之相关的技术进步不受重视的状态。 

4）鼓励和推动符合市场经济的供需经济合同，制定有利于推动工程承包方和设备制造方技术进步和业主方权益的合同条款。