水泥行業(yè)節(jié)能診斷工作分析研究

張慶環(huán) 高旭東 王 婧

（1 物資節(jié)能中心 北京 100037 2 中國水泥協(xié)會 北京 100073 3 機(jī)械工業(yè)節(jié)能與資源利用中心 北京 100053）

引言

人類進(jìn)入工業(yè)文明時代以來，傳統(tǒng)工業(yè)化迅猛發(fā)展，在創(chuàng)造巨大物質(zhì)財富的同時工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)消耗了大量的能源和資源。當(dāng)前，資源瓶頸問題已經(jīng)變成全人類面臨的共同挑戰(zhàn)，世界各國都在積極追求綠色、智能、低碳、可持續(xù)發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和深度調(diào)整的大背景下，主要工業(yè)化國家實(shí)施了一系列“綠色新政”，美國發(fā)布了《先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》，積極培育可再生能源、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為綠色增長新動能，《德國工業(yè)戰(zhàn)略2030》 也將綠色技術(shù)列入其保持國家競爭力的十大重點(diǎn)領(lǐng)域。

我國也高度的重視綠色發(fā)展，將建設(shè)美麗中國確定為國家發(fā)展的基本方略。2020 年12 月，提出做好碳達(dá)峰、碳中和工作。我國二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，力爭2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。工業(yè)碳排放能否率先達(dá)峰將是我國實(shí)現(xiàn)“碳排放力爭于2030 年達(dá)峰、努力爭取2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和”承諾的關(guān)鍵。

1 背景與意義

水泥行業(yè)作為工業(yè)領(lǐng)域的建材行業(yè)高耗能產(chǎn)業(yè)，2018、2019、2020 年水泥行業(yè)產(chǎn)量分別為21.8、23.3、23.8 億噸，主營業(yè)務(wù)收入8823、10100、9960 億元，實(shí)現(xiàn)利潤1545.5、1867、1833 億元[2]，截至2020 年末共有新型干法水泥生產(chǎn)線1609 條，相比“十三五”初減少160 條，2000t/d 及以下生產(chǎn)線從281 條減少171 條，日產(chǎn)2500 噸及以上生產(chǎn)線占比75%左右，水泥單位熟料煤耗從120kgce/t 降到約108kgce/t，降幅約10%。同時也存在著一些不足和問題，如：單位產(chǎn)品綜合能耗高于國際平均水平；2030 年前水泥行業(yè)企業(yè)水泥窯爐的熱效率因工藝等因素的限制提升空間不大；我國在替代燃料使用方面處于初步嘗試探索階段，同世界平均水平12.5%仍有一定差距等[3]，若要實(shí)現(xiàn)“3060、碳達(dá)峰碳中和”的目標(biāo)，亟須通過結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)改造、強(qiáng)化管理等手段，降低能耗、減少碳排放。

2019 年5 月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《工業(yè)節(jié)能診斷服務(wù)行動計劃》，提出每年對3000 家以上重點(diǎn)用能企業(yè)提供節(jié)能診斷服務(wù)[4]，對能源管理薄弱或能效水平較差的企業(yè)實(shí)施全面診斷，對重點(diǎn)用能企業(yè)開展針對性的專項(xiàng)服務(wù)”，累計組織480 余家節(jié)能服務(wù)公司在公益節(jié)能診斷服務(wù)工作中，為1.4 萬家工業(yè)企業(yè)實(shí)施節(jié)能診斷，并提出節(jié)能改造建議。

其中針對近1200 家水泥行業(yè)企業(yè)，提出利用余熱余壓、更換高效電機(jī)等節(jié)能改造建議措施。經(jīng)測算，若全部改造完成，預(yù)計可實(shí)現(xiàn)700 余萬噸節(jié)能量，對于水泥行業(yè)的高效、低碳、綠色發(fā)展起到了一定的作用，具體接受診斷企業(yè)地區(qū)和年度能耗總量分布情況，詳見圖1 和圖2。

圖1 接受診斷水泥行業(yè)企業(yè)數(shù)量地區(qū)分布

圖2 接受診斷水泥行業(yè)企業(yè)年度能耗總量分布圖

2 診斷流程

借助節(jié)能診斷服務(wù)，重點(diǎn)圍繞能源利用、能源效率、能源管理等方面，推動企業(yè)采取技術(shù)改造、管理優(yōu)化、結(jié)構(gòu)升級等手段，實(shí)施綠色化改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、降低成本的目標(biāo)。

水泥行業(yè)企業(yè)節(jié)能診斷服務(wù)主要分為前期準(zhǔn)備、診斷實(shí)施和報告編寫三個階段。

2.1 前期準(zhǔn)備

2.1.1 明確診斷邊界

水泥行業(yè)企業(yè)診斷邊界范圍應(yīng)包括企業(yè)的所有主要、輔助及附屬生產(chǎn)系統(tǒng)，包括但不限于原燃料預(yù)處理、生料制備、煤粉制備、熟料燒成、余熱發(fā)電、水泥制成、水泥包裝及發(fā)運(yùn)等系統(tǒng)。既可以實(shí)施對企業(yè)的全面診斷，也可以結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況對特定工序環(huán)節(jié)、工藝裝備、主要能源消耗品種等實(shí)施專項(xiàng)診斷。

圖3 水泥行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝流程

2.1.2 組成診斷團(tuán)隊(duì)

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人應(yīng)有中級（含中級）以上職稱且具有至少5 年以上節(jié)能工作經(jīng)驗(yàn)，同時團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)至少包括水泥工藝和通專用設(shè)備方面的相關(guān)專家，專家擁有至少有5 年以上的水泥行業(yè)從業(yè)經(jīng)歷。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)包括至少一名企業(yè)相關(guān)工作負(fù)責(zé)人，可以是企業(yè)分管領(lǐng)導(dǎo)、能源管理人員、具體技術(shù)人員等。

2.1.3 明確診斷依據(jù)

根據(jù)診斷服務(wù)需求明確診斷依據(jù)，主要包括國家、地方及行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)和政策、節(jié)能與綜合利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

2.1.4 編排診斷計劃

根據(jù)水泥行業(yè)企業(yè)日常生產(chǎn)運(yùn)營情況，制定具有可操作性的節(jié)能診斷服務(wù)工作計劃，合理安排各階段工作任務(wù)、責(zé)任劃分、時間節(jié)點(diǎn)等。

2.2 診斷實(shí)施

2.2.1 收集基礎(chǔ)信息

梳理匯總企業(yè)日常運(yùn)營、能源使用等相關(guān)信息，主要包括企業(yè)概況、能源管理、工藝流程、用能設(shè)備、能源計量、能源消費(fèi)、生產(chǎn)日（月）報表、主要能耗指標(biāo)、節(jié)能技術(shù)改造等情況。

2.2.2 實(shí)施能源利用診斷

主要包括：企業(yè)能源消費(fèi)量及構(gòu)成，余熱余能回收和能源流失等情況，依據(jù) 《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，測算企業(yè)綜合能耗，分析企業(yè)能量平衡關(guān)系，編制企業(yè)能量平衡表、繪制企業(yè)能量平衡圖等。

2.2.3 實(shí)施能源效率診斷

參照《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 16780）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，針對企業(yè)的生料制備、熟料燒成（包括煤粉制備系統(tǒng)）、水泥粉磨3 個工序，測算相關(guān)工序及單位產(chǎn)品的能耗，評估主要專用設(shè)備運(yùn)行水平等。

2.2.4 實(shí)施能源管理診斷

主要包括：企業(yè)能源管理組織架構(gòu)和職責(zé)、能源管理制度建立及執(zhí)行、能源計量器具配備與管理、能源管控中心建設(shè)與使用等情況。

重點(diǎn)包括：

（1）水泥行業(yè)企業(yè)貫徹執(zhí)行國家節(jié)能法律、法規(guī)和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的情況；

（2）水泥行業(yè)企業(yè)能耗控制納入管理體系情況，各項(xiàng)能源消耗受控情況；

（3）節(jié)能工作目標(biāo)設(shè)置，分解到各個環(huán)節(jié)、崗位，及對責(zé)任目標(biāo)的檢查和考核情況；

（4）節(jié)能計劃制定和節(jié)能技術(shù)措施實(shí)施情況；

（5）節(jié)能教育和崗位節(jié)能培訓(xùn)制度化以及執(zhí)行情況。

2.3 報告編寫

2.3.1 梳理診斷成果

以圖表的形式匯總梳理2.2.2、2.2.3、2.2.4 小節(jié)中的信息及數(shù)據(jù)結(jié)果，主要包括能源消費(fèi)、工藝設(shè)備、能源管理、能源計量、節(jié)能技術(shù)等情況。

2.3.2 挖掘節(jié)能潛力

基于前期診斷工作，采用標(biāo)準(zhǔn)比對法、行業(yè)對標(biāo)法等方法，深入評價企業(yè)節(jié)能管理和能效水平，查找用能問題，深挖節(jié)能潛力。

2.3.3 提出節(jié)能改造建議

根據(jù)企業(yè)日常生產(chǎn)運(yùn)營，從能源利用、能源效率、能源管理等方面提出具有針對性的節(jié)能改造建議措施，明確各項(xiàng)建議措施的預(yù)期節(jié)能效果、回收周期、投資總額等情況。

3 節(jié)能診斷建議措施改造典型案例

3.1 智慧專家控制系統(tǒng)案例

某企業(yè)的水泥煤磨系統(tǒng)生產(chǎn)線，由煤磨負(fù)荷優(yōu)化控制、煤磨出口溫度控制、煤磨入口負(fù)壓控制、煤粉倉入煤控制四個部分組成，通過自動控制煤磨喂煤量使磨主機(jī)電流穩(wěn)定在理想目標(biāo)值附近，磨內(nèi)壓差均勻分布在歷史均值附近，有效控制磨機(jī)的負(fù)荷、煤磨出口溫度等，提高了煤磨系統(tǒng)的平均臺時。經(jīng)分析測算，自動控制狀態(tài)下平均臺時為33.125t/h，手動控制狀態(tài)下平均臺時為32.875t/h，相較于手動控制增加了0.25t/h 的煤磨臺時；自動控制狀態(tài)下噸電耗為38.24kWh/t，手動控制狀態(tài)下平均噸電耗為39.37kWh/t，相較于手動控制減少了1.13kWh/t 的噸電耗。

3.2 余熱回收應(yīng)用案例

以某大型水泥企業(yè)為例，采用穩(wěn)定窯系統(tǒng)操作、控制入磨原料水分、優(yōu)化系統(tǒng)用風(fēng)量、調(diào)整冷卻機(jī)操作、做好系統(tǒng)保溫、加強(qiáng)水質(zhì)管理，保證合理真空度、優(yōu)化暖機(jī)操作和工藝布置等措施，利用余熱回收發(fā)電，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)測算，實(shí)施上述措施后，熟料出篦冷機(jī)溫度由170℃下降至130℃，帶出的熱量減少了約15kcal/kg，在二、三次風(fēng)量得到保證的情況下，AQC 取風(fēng)點(diǎn)溫度由370℃上升到390℃，入AQC 鍋爐溫度提高約9℃，AQC 的蒸汽量由26.84t/h增加到了28.85t/h，提高了去AQC 熱回收區(qū)的廢氣質(zhì)量。

4 意見和建議

截至2020 年底，我國共有水泥企業(yè)數(shù)為3366家，粉磨站企業(yè)數(shù)2156 個，熟料企業(yè)數(shù)1210 個，按照《溫室氣體排放核算與報告要求》（GB/T 32151）估算2020 年CO2排放量為13.62 億噸，存在單位產(chǎn)品能耗略高，受限于新型干法生產(chǎn)工藝難以突破，節(jié)能減排空間較小，替代燃料使用率較低等問題，為了實(shí)現(xiàn)“2030 年碳達(dá)峰、2060 年碳中和”的目標(biāo)，建議從以下幾方面加強(qiáng)相關(guān)工作。

4.1 加大先進(jìn)適用節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用力度

有機(jī)結(jié)合“節(jié)能服務(wù)進(jìn)企業(yè)”等工作，搭建節(jié)能服務(wù)商與企業(yè)對接平臺，共享先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和典型案例，積極推廣“高能效低氮預(yù)熱預(yù)分解及先進(jìn)燒成、高效節(jié)能料床粉磨、水泥窯廢棄物安全無害化處置功能和替代燃料、原燃料均化配置、窯內(nèi)氮氧化物消化和提升窯尾脫硝、數(shù)字化智能型控制與管理、新型低碳品種水泥熟料生產(chǎn)、高性能高效率濾膜袋收塵”等技術(shù)，推動企業(yè)實(shí)施綠色化改造。

4.2 完善節(jié)能與綜合利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂

雖然已有《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》、《水泥制造能耗評價技術(shù)要求》、《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測試方法》、《水泥生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能技術(shù)指南》等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在實(shí)施，但仍應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和引領(lǐng)作用，加快啟動水泥行業(yè)節(jié)能領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，繼續(xù)完善水泥行業(yè)節(jié)能與綜合利用標(biāo)準(zhǔn)體系，持續(xù)推動企業(yè)提升節(jié)能管理和能效水平，促進(jìn)水泥行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

4.3 運(yùn)用市場化手段，倒逼企業(yè)節(jié)能減排

一方面，要運(yùn)用節(jié)能診斷、能源審計、綜合能源管理等手段，引導(dǎo)節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)為企業(yè)問診把脈，查找用能問題，深挖節(jié)能潛力；另一方面，加快推動碳交易市場建設(shè)，盡早將水泥行業(yè)企業(yè)納入責(zé)任主體范圍，運(yùn)用市場化手段，引導(dǎo)企業(yè)淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化調(diào)整企業(yè)布局和規(guī)模結(jié)構(gòu)。

4.4 加強(qiáng)水泥行業(yè)間的交流培訓(xùn)

一是結(jié)合節(jié)能宣傳周等活動，向水泥企業(yè)宣貫“碳達(dá)峰、碳中和”工作，提升企業(yè)的節(jié)能減排意識，推動將此項(xiàng)工作納入到企業(yè)總體戰(zhàn)略中，引起企業(yè)的足夠重視；二是開展多層次多角度的互動交流培訓(xùn)，加快水泥行業(yè)碳管理員培訓(xùn)，完善企業(yè)的能源管理體系，鼓勵企業(yè)制定本企業(yè)的碳達(dá)峰行動方案和技術(shù)路線圖。

結(jié)語

綜上所述，本文梳理了目前我國水泥行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題，介紹了節(jié)能診斷服務(wù)流程及相關(guān)要求，分享了先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和典型案例，總結(jié)了水泥行業(yè)節(jié)能診斷服務(wù)工作的積極成效。若要實(shí)現(xiàn)“2030 年碳達(dá)峰、2060 年碳中和”的目標(biāo)，建議運(yùn)用節(jié)能診斷服務(wù)等市場化模式，重點(diǎn)圍繞能源利用、能源效率、能源管理等方面，加大節(jié)能技術(shù)裝備推廣力度，完善節(jié)能與綠色標(biāo)準(zhǔn)化體系，加強(qiáng)行業(yè)節(jié)能減排交流培訓(xùn)，推動水泥行業(yè)企業(yè)調(diào)整結(jié)構(gòu)、實(shí)施改造、強(qiáng)化管理，持續(xù)提升企業(yè)的節(jié)能管理和能效水平，從而有效地降低能耗、減少碳排放，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。