水泥单位产品能源消耗限额国家标准修订说明1汇总.docx
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水泥单位产品能源消耗限额国家标准修订说明1汇总
《水泥单位产品能源消耗限额》国家标准修订说明
刘继开1,狄东仁2,陶从喜2,肖秋菊1,魏微2
(1.天津水泥工业设计研究院有限公司,天津,300400;2.中材装备集团有限公司,天津,300400)
1概述
进入21世纪以来,我国水泥工业持续快速发展,水泥工业产业结构调整取得了明显进展,生产技术水平有了显著的进步。
我国水泥工业产业结构发生了巨大的变化。
最近几年来,通过淘汰落后,推广余热发电、节能粉磨、变频调速、水泥助磨剂、废渣综合利用等技术,水泥行业能耗水平、固体废物利用量和配置余热发电装置的生产线数量等方面明显优化。
建成一批利用水泥窑无害化最终协同处置城市生活垃圾、城市污泥、各类固体废弃物示范工程。
水泥行业的技术进步及装备开发速度也明显加快。
在国家的相关产业政策和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》国家标准的引导下,目前我国水泥工业的产业结构、产业集中度、能耗水平以及技术发展水平都有了明显改善。
但是,从我们长期对水泥企业运行情况的跟踪情况来看,虽然最近几年来,我国水泥企业能耗逐年降低,但是不同企业之间能耗水平相差较大,少数水泥企业的能耗水平达到了国际先进水平,但也存在大量水泥企业能耗偏高,能源利用效率低,二氧化碳、NOx及SO2、粉尘等有毒有害气体和物质排放超标。
节能也主要面临着重复建设出现加剧和扩大趋势;环保治理压力加大;利用水泥窑开展无害化最终协同处置的政策环境亟待改善;先进产能置换落后产能难度大,新建项目与节能减排、等量或减量置换落后产能相衔接的制度亟待落实等问题。
在这种情况下,GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》国家标准已经不能适应当前水泥工业发展的要求,需要对标准中的部分内容进一步进行修订,通过标准的实施将一些能耗较高的水泥生产线淘汰,以强化企业加强管理,从生产工艺、设备和质量等方面,全面提升管理水平,促进水泥生产企业采取措施降低生产能耗,促进水泥工业可持续发展。
天津水泥工业设计研究院有限公司和中材装备集团有限公司一直致力于新型干法水泥生产工艺及水泥粉磨工艺的研究设计和装备开发,对国内水泥生产各种工艺的能耗情况进行了长期跟踪。
早在2012年3月,天津水泥工业设计研究院有限公司和中材装备集团有限公司就成立了项目组,着手标准草稿的编写及前期工作。
在标准制定过程中,项目组对国外主要水泥生产集团的能耗和国内水泥生产企业能耗进行了调研及分析,并结合最近今年来对不同规模水泥生产企业的现场标定情况确定了能耗限额指标,并对原标准中部分计算方法就行了修改完善,2012年9月项目组完成《水泥单位产品能源消耗限额》(征求意见稿),并在全国水泥标准化技术委员会《水泥标准化技术通讯》和中国建材联合会网站征求了意见,根据征求的意见汇总处理后完成送审稿。
2012年11月19日,全国能源基础与管理标准化技术委员会、中国建筑材料联合会和全国水泥标准化技术委员会联合在北京召开了能耗限额标准送审稿的审查会。
根据审查会专家提出的意见修改后形成报批稿。
先将本标准的修订情况说明如下。
2水泥行业能耗概况
2.1国内发展现状
根据中国建筑材料联合会信息部和中国建材数量经济监理学会在《中国水泥》2012年3月发布的文章显示,2011年我国水泥产量为20.85亿吨,熟料产量为13.07亿吨,其中新型干法工艺水泥熟料产量为11.28亿吨,立窑及其他工艺熟料产量1.79亿吨,熟料产量与水泥产量的比例为62.68%。
2011年实际运营的新型干法生产线条数为1398条,平均生产规模为3098t/d。
其中日产2000t/d以下的生产线有269条,2000~2500t/d有534条,2700~4000t/d有67条,4000~5000t/d及以上的生产线为501条,6000~6500t/d有17条,7200t/d及以上生产能力有10条,总体来看,日产4000t/d以上的生产线有528条,占新型干法能力的比重达58.8%。
2011年实际运营新型干法生产线规模分布见图1。
图12011年实际运营新型干法生产线规模分布
2011年水泥粉磨企业2185家,水泥生产能力为10.62亿吨,占年末水泥生产能力的36.68%,水泥产量7.47亿吨,占水泥总产量35.8%。
20万吨以下有586家,能力占5.5%;20~30万吨有372家,能力占7.6%;30~60万吨598家,能力占21.2%;60~100万吨294家,能力占18.6%;100万吨及以上335家,能力占47.1%。
2011年水泥粉磨企业年生产能力规模分布见图2。
图22011年水泥粉磨企业年生产能力规模分布
通过对国内各地有代表性的生产线的熟料烧成煤耗的调研及检测,我们收集了余热发电量、熟料强度等数据。
其中5000t/d和2500t/d生产线熟料煤耗测试数据分别见表1和表2。
表15000t/d生产线熟料煤耗测试数据
序号
测试煤耗
热耗
吨熟料
发电量
余热发
电折标煤
熟料强度系数
可比熟料
综合煤耗1
熟料
强度
统计
煤耗
kgce/t
kJ/kg
kWh/t
kgce/t
kgce/t
MPa
kgce/t
1
116.06
812.42
29.36
11.15
0.9667
101.41
60.1
116.05
2
107.50
752.50
37.48
14.42
0.9692
90.12
59.5
107.40
3
106.81
747.67
37.03
14.17
0.9658
89.80
60.3
107.15
4
111.14
777.98
31.22
12.08
0.9521
95.12
63.9
111.99
5
109.22
764.54
37.29
14.35
0.9611
93.83
61.5
111.98
6
108.00
756.00
30.46
10.73
0.9747
94.73
58.2
107.92
7
112.12
784.84
30.31
13.07
0.9642
95.04
60.7
111.64
8
106.09
742.63
13.482
5.432
0.9554
98.07
63.0
108.08
9
116.66
816.62
28.35
11.45
0.9758
100.50
57.9
114.44
10
111.81
782.67
28.66
11.58
0.977
97.79
57.6
111.67
11
119.46
836.22
30.52
12.33
0.9751
106.77
58.1
121.83
平均
111.35
779.46
30.38
11.89
0.9670
96.65
60.07
111.83
注1:
可比熟料综合煤耗中所采用的统计值为测试前半年的统计数据
注2:
检测期间余热发电系统异常,数据舍弃
表22500t/d生产线熟料煤耗测试数据
序号
测试煤耗
热耗
吨熟料
发电量
余热发
电折标煤
熟料强度系数
可比熟料
综合煤耗1
熟料
强度
统计
煤耗
kgce/t
kJ/kg
kWh/t
kgce/t
kgce/t
MPa
kgce/t
1
114.78
803.46
35.96
13.32
0.9720
98.51
58.8
114.67
2
122.17
855.19
32.51
12.37
0.9736
105.30
58.4
120.53
3
122.11
854.77
35.83
12.58
0.9696
98.60
59.4
114.27
4
118.23
827.61
31.61
12.77
0.9623
101.12
61.2
117.85
5
117.58
823.06
15.642
6.322
0.9701
107.79
59.3
117.43
6
122.18
855.26
29.55
11.94
0.9788
107.40
57.2
121.67
7
133.56
934.92
34.02
12.79
0.9579
103.98
62.4
121.34
8
127.13
889.91
23.14
9.35
0.9700
113.54
59.3
126.40
9
115.60
809.20
24.32
9.20
0.9667
102.00
60.1
114.71
10
116.17
813.19
29.36
11.15
0.9595
101.24
61.9
116.66
11
114.88
804.16
25.60
9.62
0.9661
102.69
60.3
115.91
平均
120.31
842.18
28.98
11.08
0.9679
104.05
59.83
118.57
注1:
可比熟料综合煤耗中所采用的统计值为测试前半年的统计数据
注2:
检测期间余热发电系统异常,数据舍弃
从表1和表2来看,实测的5000t/d和2500t/d项目可比熟料综合煤耗均能满足GB16780-2007标准的要求,大部分能达到标准中限额先进值水平,总体来看,标准中的标准值已经落后。
最近几年来,天津水泥工业设计研究院有限公司和中材装备集团有限公司对国内大量有代表性的新型干法水泥熟料生产线进行了热工标定工作和现场调研工作,从测试和调研结果来看,不同规模以及投产时间不同的生产线熟料烧成热耗相差较大,部分生产线热工标定期间熟料烧成热耗甚至大大超过设计指标。
从收集的各水泥企业实际运行情况的资料来看,4000t/d以上(包括4000t/d)生产线标定期间熟料烧成标煤耗为98.5~119.6kgce/t熟料,按年度统计熟料烧成标煤耗为104.3~123kgce/t熟料;2000~4000t/d(包括2000t/d)生产线标定期间熟料烧成标煤耗为105.5~128.2kgce/t熟料,按年度统计的熟料标煤耗为110.9~132.3kgce/t熟料;2000t/d以下规模生产线能耗大部分较差,1000~2000t/d(包括1000t/d)生产线水泥企业按年度统计的熟料标煤耗平均为133.3kgce/t熟料左右;1000t/d以下新型干法生产线水泥企业按年度统计的熟料标煤耗平均为140.8kgce/t熟料左右。
从熟料28d抗压强度来看,差距比较明显,最低的仅46.8MPa,最高的达到69.1MPa,大部分在56~60MPa以内,而且与生产线规模关系不大,主要受原、燃材料、熟料煅烧及原料配料方面的影响较大。
熟料综合电耗主要受生产线的规模、生产工艺和装备技术水平、海拔高度、原燃材料的易磨性等因素影响。
部分生产线运行指标见表3。
表3部分生产线运行指标
序号
生产
规模
t/d
实际
产量
t/d
熟料烧成
热耗
kcal/kg熟料
熟料烧成
电耗
kWh/kg熟料
熟料综合电耗
kWh/kg熟料
1
4200
5000
745
25.70
56.74
2
2500
2821
756
28.88
60.90
3
10000
10600
747
24.56
58.15
4
5000
5753
725
24.55
-
5
5000
5743
741
23.61
66.24
6
5000
6748
739
25.00
-
7
5000
5451
748
24.46
63.93
8
5500
6210
695
21.00
50.70
2.2国外发展现状
编写组对对国外水泥企业的能耗情况,主要是一些世界知名的水泥集团进行了调研。
世界五大跨国公司与中国的生产技术数据对比如下:
2.2.1热耗
(1)熟料热耗
世界五大跨国水泥集团和中国水泥产量及平均生产数据对比表4。
表4跨国水泥集团和中国单位水泥、熟料、热耗等生产数据
HOLCIM
Lafra
Heide
Cemex
Itale
总量/平均
中国
水泥产量
百万吨
211.5
217.0
116.4
96.1
75.1
716
1880
熟料热耗
kJ/kg.熟料
3555
3660
~3703
3696
3915
3669
3366
kg标煤/吨熟料
123.1
125.4
126.0
126.1
135.6
125.34
115*
代用燃料百分率*
%
12.1
11.7
20.5
20.3
5.0
13.64
~<0.5
实际燃料使用百分率
%
87.9
88.3
79.5
79.7
95
86.36
>99.5
实际燃料热耗
kg标煤/吨熟料
108.2
110.72
100.17
100.50
128.82
108.24
~114.42
熟料系数
%
71.5
74
76.1
76
81.6
74.66
~62.9*
单位水泥热耗
kg标煤/吨水泥
77.36
81.93
76.23
76.38
105.11
80.81
71.97
*2011年我国吨熟料生产标煤未见统计数据,2010年为115kg标煤,按代用燃料<0.5%估算,估计约114kg标煤/吨熟料。
*2011年我国熟料煅烧代用燃料未见统计数据,但热耗低的大型生产线数量增加,实际熟料热耗可能低于114kgce/t。
*2011年我国吨水泥熟料系数为62.68%,2010年为62.9%。
从热耗来看,2010年世界五大公司吨熟料平均耗用125.34kg标煤,若将这些公司在中国的低热耗预分解窑在计算中扣除,则热耗可能超过126kg标煤。
2010年世界五大公司燃料代用量平均为13.64%,扣除燃料代用量,实际矿物燃料热耗为108.24公斤标煤。
(2)水泥热耗
2010年世界五大公司平均熟料系数为74.66%,折成单位吨水泥热耗为80.81kg标煤,我国平均熟料系数为62.9%,折成单位吨水泥热耗为71.97kg标煤。
必须指出的是2010年,我国32.5水泥占总量的70%左右(表5),而欧洲的德国,2007年32.5仅占总量的40%。
熟料系数偏低,混合材掺加量偏高,反映出我国水泥强度偏低的状况(图3)。
表5我国P·O42.5水泥百分比
水泥产量
熟料产量
P·O42.5
P·O42.5
备注
百万吨
百万吨
百万吨
%
2010
1880
1182
462
24.57
2011
2085
1307
541
25.94
图3德国水泥品种变化状况
表5表明,2010年我国的预分解窑生产线的单位平均热耗在全世界都是最先进的,为115公斤。
另一方面表明,我国预分解窑代用燃料的比例与工业发达国家相比,确实偏低,差距较大,原因是多方面的,有国家政策,更有各行业利益等诸多因素,只有妥善解决上述情况后,才能提高代用燃料比例,降低单位吨水泥熟料的实际热耗。
2.3现行有关标准和技术法规的情况
在标准制定过程中,编写组首先对国外是否有类似的水泥单位产品能耗限额进行了调研,查找了国外主要水泥生产国家的标准目录,包括日本、德国、美国、印度等国家的相关标准目录,发现没有类似的标准,初步分析可能是国外像欧美等发达国家水泥的生产和销售处于平衡状态,新增产能和淘汰产能都比较小,因此没必要有水泥产品的能耗限额标准。
而像印度、越南等国家虽然近几年水泥产能增长较快,其国内能耗高的湿法窑及立窑数量相对较少,新上的生产线均采用最先进的新型干法生产工艺,通过市场经济的手段这些能好大、成本高的湿法窑及立窑也很快就被淘汰掉,因此也没有类似我们国家强制性的能耗限额标准。
3标准修订的思路
本标准制定的主要依据是根据目前国内水泥工业的产业结构、技术水平以及相关的国家产业政策,同时参考目前国际上先进的水泥生产技术经济指标,确定适合我国水泥工业实际情况的水泥单位产品能源消耗限额指标。
本标准制定的指导思想是通过制定的现有水泥企业水泥单位产品能源消耗的限额限定值,将目前国内水泥工业能耗较高的生产线产能淘汰15~20%。
同时确定新建水泥企业水泥单位产品能源消耗限额准入值,促进水泥生产企业在新建生产线上采用先进的技术和装备,达到准入值的要求。
相关指标的要求包括“可比熟料综合煤耗”、“可比熟料综合电耗”、“可比熟料综合能耗”、“可比水泥综合电耗”和“可比水泥综合能耗”。
同时,此次标准修订时在附录中增加了生料制备工段电耗、熟料烧成工段煤耗、熟料烧成工段电耗和水泥制备工段电耗四个分步能耗指标,供水泥企业和相关主管部门参考。
GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》标准中能耗限额分为现有水泥企业水泥单位产品能源消耗限额限定值、新建水泥企业水泥单位产品能源消耗限额准入值和水泥企业水泥单位产品能源消耗限额先进值三个等级。
现有水泥企业水泥单位产品能耗限额限定值指标按照水泥企业熟料生产规模分为4000t/d以上(含4000t/d)、2000t/d~4000t/d(含2000t/d)、1000t/d~2000t/d(含1000t/d)和1000t/d以下以及水泥粉磨企业,其中水泥粉磨企业能耗限额指标只有“可比水泥综合电耗”。
新建水泥企业水泥单位产品能耗限额准入值和水泥企业水泥单位产品能耗限额先进值仅包含4000t/d以上(含4000t/d)、2000t/d~4000t/d和水泥粉磨企业的指标。
考虑到本标准作为一个产品标准,按照规模分类确定指标不是太恰当,针对国内水泥生产企业分为三类,一类为熟料生产线,产品为水泥的半成品熟料,第二类为水泥生产线,包括熟料生产和水泥生产全过程,产品为水泥,第三类为外购熟料生产水泥的水泥粉磨站,作为产品来说分为熟料和水泥两大类。
目前国内通用硅酸盐水泥占国内水泥总产量的95%以上,而且分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥六大类,按照强度等级又分为32.5、42.5、52.5和62.5等强度,虽然强度等级为32.5的水泥占目前国内水泥总量的70%左右,但32.5等级的水泥中混合材掺量和掺加种类比较混乱,如果按照不同水泥种类和强度等级确定限额指标难度太大,而且标准实施也比较难。
近两年国内P·O42.5水泥的产量占水泥总产量的比例为25%左右,水泥工业“十二五”发展规划中提出“42.5级及以上产品消费比例力争达到50%以上”,同时GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准中规定P·O42.5水泥中混合材掺量>5且≤20,熟料+石膏的量≥80且<95,从调研结果来看国内P·O42.5水泥中熟料配比基本在75%左右,基于这些原因,我们将水泥产品分为“熟料”和“水泥”两类,将P·O42.5水泥作为指标确定的基准。
由于水泥的能耗主要受水泥中熟料配比的影响,P·O42.5水泥中熟料的配比按75%考虑,其他种类的水泥可以根据熟料配比的不同对指标进行适当的修正。
GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》标准中水泥企业水泥单位产品能耗限额先进值是非强制性指标,在标准实施过程中发现部分省份行业主管部门容易与新建水泥企业水泥单位产品能源消耗限额准入值相混淆,这一点也需要在标准实施过程中引起注意。
在GB16780-2007标准中,新建水泥企业水泥单位产品能源消耗限额准入值和水泥企业水泥单位产品能源消耗限额先进值指标对应于国内先进水平和国际先进水平,前者为强制性指标。
此次标准修订过程中对水泥企业水泥单位产品能耗限额先进值进行了修订,保证目前国内有约10%~20%的水泥企业能达到先进值的要求。
此外,按照国家工信部的要求,在标准中增加分步能耗指标,包括现有水泥企业水泥和新建水泥企业分步能耗指标以及水泥企业分步能耗先进值指标。
对于现有水泥企业水泥单位产品能源消耗限额限定值指标的确定,由于本标准实施后将根据标准中的指标淘汰能耗较高的水泥企业,因此指标不能定得太严,否则达不到能耗限额指标的水泥企业太多,导致淘汰的水泥企业数量过多,对水泥工业的发展带来不利的影响,如果指标定得太高,水平太低,则淘汰的水泥企业太少,达不到标准预期的目标。
此次修订将现有水泥企业水泥单位产品能耗限额限定值指标确定为国内有20%~25%左右产能的生产线达不到限定值要求,在经过一定的技术改造后有15%~20%左右产能的生产线达不到限额限定值的要求,这部分企业作为淘汰的对象。
对于新建水泥企业水泥单位产品能源消耗限额准入值指标的确定,则根据目前国内各种规模的生产线设计的能耗指标以及目前水泥企业正常生产情况下年运转率等因素综合考虑确定,保证水泥企业采用比较先进的工艺技术和装备才能达到。
对于水泥企业水泥单位产品能源消耗限额先进值指标的确定,必须保证目前国内有一定数量的水泥企业已经达到该指标,该指标根据对国内有代表性水泥生产企业的生产情况调研并参考确定。
对于各分步指标,主要考虑为水泥企业生产中的实际电耗和煤耗指标,没有经过海拔修正和强度等级修正,供水泥企业生产控制时参考。
而且在指标确定时主要考虑为海拔低于1000m的生产线的指标。
4标准主要技术内容
4.1适用范围
本标准规定了通用硅酸盐水泥单位产品能源消耗(简称能耗)限额的核算范围、基本要求、计算方法及管理要求。
本标准适用于通用硅酸盐水泥生产企业能耗的计算、考核,以及对新建项目的能耗控制。
目前国内特种水泥的种类较多,总产量较低,热耗大,但受市场影响生产线的规模普遍较小,生产工艺相比通用硅酸盐水泥显得落后,由于其作用比较特殊,产能占全国水泥总产能的比重较小,因此本标准不适用于特种水泥生产企业的能耗限额指标。
4.2现有水泥企业水泥单位产品能源消耗限额限定值及其确定依据
最近几年来,天津水泥工业设计研究院有限公司和中材装备集团有限公司对国内不同规模新型干法生产线的运行情况及能耗进行了长期跟踪,并对部分有代表性的生产线进行了现场热工测试工作。
从我们了解的情况来看,最近几年来我国水泥企业对生产过程中的成本控制越来越重视,而且随着2008年水泥企业开展能效对标活动以来,在中国水泥协会与各省市水泥行业主管部门的引导和水泥企业的积极参与下,水泥企业大力采取各种措施降低生产能耗,企业的生产管理水平也取得了很大进步。
水泥企业生产线的能耗与前几年相比明显下降。
因此,根据调研情况此次标准修订过程中提高了现有水泥企业水泥单位产品能源消耗限额限定值。
原标准中现有水泥企业水泥单位产品能源消耗限额限定值指标如下:
分类
可比熟料综合标准煤耗限额限定值/
(kg/t)
可比熟料综合电耗a限额限定值/
(kWh/t)
可比水泥
综合电耗b限额限定值/
(kWh/t)
可比熟料
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- 水泥 单位 产品 能源消耗 限额 国家标准 修订 说明 汇总