水泥能耗限額標準分析及修訂意見

狄東仁，劉宇，李晉梅

水泥是國民經濟基本建設重要的基礎原材料，其工業耗能約占我國工業能耗的4%左右。隨著國民經濟轉向內涵式集約方向發展，資源、能源、環境要素已成為水泥行業發展的主要制約因素。“十三五”規劃期間，國家先后發布了《“十三五”節能減排綜合工作方案》、《工業綠色發展規劃（2016-2020年）》、《綠色制造工程實施指南（2016-2020年）》，到2020年能源消費總量控制在50億噸標準煤以內，工業能源利用效率和清潔化水平顯著提高，規模以上工業企業單位增加值能耗比2015年降低18%以上；電力、鋼鐵、有色、建材、石油石化、化工等重點耗能行業能源利用效率達到或接近世界先進水平。“十四五”規劃綱要設定了“到2025年，單位GDP能耗下降13.5%”的目標，這些都對水泥行業的節能降耗提出了更高的要求。

單位產品能源消耗限額節能標準作為國家節能制度的基礎，是提升經濟質量效益、推動綠色低碳循環發展、建設生態文明的重要手段。2008年，GB 16780《水泥單位產品能源消耗限額》標準作為第一批高耗能產品限額標準發布，并在2012年修訂，促進了水泥工業的產業結構調整和節能減排政策實施。2016年修訂版《節約能源法》和2018年1月1日起施行的修訂版《標準化法》對節能標準體系建設提出了新的要求。在工業領域，加快編制修訂鋼鐵、有色、建材、機械等行業節能標準，主要高耗能行業實現能耗限額標準全覆蓋，80%以上的能效指標達到國際先進水平，形成節能標準有效實施與監督的工作體系。在此背景下，《水泥單位產品能源消耗限額》的修訂工作，成為以節能標準推動產業結構調整、淘汰落后，全面提升我國水泥產業節能減排技術水平的核心任務之一。

2018年11月，國家標準化管理委員會將GB 16780《水泥單位產品能源消耗限額》標準修訂工作納入國家標準計劃，由國標委能源基礎管理與標準化委員會和中國建筑材料聯合會組織天津水泥工業設計研究院有限公司、北京工業大學、北京國建聯信認證中心等單位依托工信部“建材工業節能與綠色標準研究項目”，研究整理分析GB 16780-2012版標準實施以來的反饋信息，結合近幾年國家相關的產業政策變化，以及近期頒布實施的一系列節能標準要求，對現行GB 16780-2012版標準的內容等方面進行了分析研究。本文現將GB 16780-2012版標準的主要修訂內容闡述如下。

1 水泥單位產品能耗限額指標術語及限額等級術語的修訂

根據生產企業、科研院所、大專院校和節能監測機構對GB 16780-2012版標準實施的反饋意見，在滿足上位標準GB/T 12723-2013《單位產品能源消耗限額編制通則》基礎上，本次修訂對GB 16780-2012版中的能耗術語進行了規范整理，擬修改標準中關于能耗的相關術語與定義。GB 16780-2012版標準能耗指標術語擬修改內容主要為：取消“可比能耗”指標稱謂，以企業統計上報值作為企業能耗基本值，將水泥和熟料的“可比綜合能耗”指標修改為“單位熟料產品綜合能耗”、“單位水泥產品綜合能耗”和“單位產品綜合煤耗”，綜合電耗類術語改為“單位熟料產品綜合電耗”、“單位水泥產品綜合電耗”。術語的英文名稱也作相應修改。在有對標需求時，修正系數僅用于修訂限額指標值，不用于修訂能耗實際統計值，以保證統計數據的真實性和能源審計及節能監察與能源總量統計有效銜接。GB 16780-2012版標準主要能耗指標（術語）修訂變化示意圖如圖1所示。

圖1 GB 16780-2012版標準主要能耗指標（術語）修訂變化示意圖

按照新的產品能耗限額標準編制分級要求，考慮到國內經濟發展水平和水泥生產地域分布不均衡的因素，本次修訂擬將原來的先進值、準入值和限定值限額指標修改為一級、二級和三級，并在技術要求中對不同類型企業所需達到的限額指標提出了要求，各省市可根據本地區水泥生產技術發展狀況確定準入值和限定值對應等級。

2 水泥單位產品能耗限額等級與限額值修訂

產品能耗限額值的調整是本次修訂的核心內容，自GB 16780-2012版修訂工作開展以來，國務院發布的“十三五”節能減排綜合工作方案和工信部的建材工業發展規劃（2016-2020年）提出，到2020年，全國萬元國內生產總值能耗比2015年下降15%，工業能源利用效率和清潔化水平顯著提高，規模以上工業企業單位增加值能耗比2015年降低18%以上；電力、鋼鐵、有色、建材、石油石化、化工等重點耗能行業能源利用效率達到或接近世界先進水平。其中，水泥產品能耗指標要求比現行國家標準GB 16780-2012版中的先進值（≤110）還要低5kg標準煤/t水泥，達到≤105kg標準煤/t水泥。工信部、發改委、科技部、財政部四部委聯合發布的《綠色制造工程實施指南（2016-2020年）》提出，與2015年相比，傳統制造業物耗、能耗、水耗、污染物和碳排放強度顯著下降，水泥綜合能耗≤85kg標準煤/t水泥，比現行GB 16780-2012版中的先進值（≤88）還要低3kg標準煤/t水泥，政府節能減排的緊迫性給標準限額值的確定提出了高要求。

2.1 水泥熟料燒成能耗相關指標的修訂

水泥熟料燒成能耗占水泥生產總能耗的90%以上，水泥熟料的能耗限額值確定是本次修訂的核心指標。根據近幾年工信部發布的能效領跑者企業的能耗數據統計，近4年來能效領跑者企業水泥熟料產品能耗由103.47kg標準煤/t下降到93.82kg標準煤/t。其中，前15名領先企業水泥熟料產品能耗下降9.32%，2020年公告的28家水泥企業水泥熟料可比綜合能耗均<100kg標準煤/t。能效領跑者企業（水泥）熟料燒成能耗統計如圖2所示。

圖2 能效領跑者企業（水泥）熟料燒成能耗統計

2016年發布的GB 50443《水泥工廠節能設計規范》中的表3.3.1列出了熟料燒成系統的能效設計指標，并作為強制性條款執行，水泥熟料燒成系統能耗設計指標如表1所示，其5 000t/d生產線的能耗指標達到了2012版標準先進值的要求。

表1 GB 50443-2016《水泥工廠節能設計規范》水泥熟料燒成系統能耗設計指標

國建聯信認證中心調研了我國多家水泥生產企業的能耗數據，以900余條熟料生產線作為標準限額值確定樣本基礎進行了分析對比，所調研生產線熟料累計占全國熟料總產量的50%以上。國內典型熟料生產線產量與能耗強度統計結果如圖3所示，從圖3可以看出，三個等級能耗限額值分別對應企業能耗75%、20%和5%，其對應綜合能耗限額值宜為117、107、100kg標準煤/t。

圖3 國內典型熟料生產線產量與能耗強度統計分析

上述調研表明，我國水泥工業節能技術的開發與應用取得了顯著的進展，尤其是中國建材聯合會組織開展的“二代水泥”技術裝備創新研發攻關項目，為水泥行業實現綠色制造、智能制造、高端制造，推進高質量低碳發展起到了重大的促進作用。據相關材料報道，“二代水泥”示范線水泥熟料產品燒成煤耗可達92kg標準煤/t.cl，已遠超GB 16780-2012版中的先進值≤103kg標準煤/t.cl的要求。因此，本次修訂擬進一步提升水泥熟料綜合能耗指標要求，將三級限額指標確定為≤117kg標準煤/t.cl，按照約75%左右產能的生產線達到限定值要求，其余約25%的產能可作為淘汰落后的主要目標（工信部提出的產能置換比例為1.25:1）。此次修訂后的二級限額指標對應的是新建水泥企業單位產品能源消耗限額準入值，按照約20%左右產能的生產線達到要求，將水泥熟料生產綜合能耗二級指標確定為≤107kg標準煤/t.cl。此次修訂后的一級限額指標對應的是水泥企業水泥單位產品能源消耗限額先進值，考慮國際水泥生產技術發展現狀、國內“第二代新型干法水泥技術”成果的推廣應用及能效領跑企業的能耗數據，結合國家產業政策要求，一級指標確定為5%左右產能的生產線可以達標，水泥熟料產品綜合能耗確定為≤100kg標準煤/t.cl。對水泥熟料產品煤耗和電耗相關指標亦做了相應調整，擬修訂版與2012版水泥產品能耗限額等級及限額值對比情況見表2。

表2 擬修訂版與2012版水泥產品能耗限額等級及限額值對比情況

2.2 水泥制備工段電耗

按照新修訂的《國家強制性標準管理辦法》規定，本次修訂后的標準將為全文強制標準，為避免指標重復統計，擬取消GB 16780-2012版附錄B的分步能耗限額指標，考慮到國內還有3 500余家水泥粉磨企業需要標準制定的能耗限額，故將水泥制備工段電耗列入正文，以便于水泥粉磨企業驗證能耗數據。同時，根據近幾年料床粉磨系統在行業節能技改中的推廣應用情況，將一級指標限額提高至≤26kW·h/t，二級指標限額提高至≤29kW·h/t，三級指標限額提高至≤34kW·h/t。其中，考慮到現有企業多數采用了輥壓機或立式輥磨預粉磨或聯合系統，故將三級指標電耗指標定為≤34kW·h/t，二級指標則是對應目前先進的半終粉磨或料床終粉磨水泥系統設定。

綜合分析多方數據和技術要求，本次標準修訂擬規定5個產品限額指標，與GB 16780-2012版標準相比，本次修訂標準限額指標中的一級、二級和三級分別對應原標準的先進值、準入值和限定值，考慮到電耗和能耗的相關性，且水泥企業全流程生產線和粉磨站之間的能耗差距較大，不再將水泥生產電耗列入限額等級表。需要說明的是，由于國家對水泥制造業環保排放（粉塵排放、氮氧化物排放、硫化物排放）指標要求不斷提高，產品能耗（尤其是電耗）將有所上升。

3 修正系數的修訂

在GB 16780-2012版標準中，能耗限額指標是修正較多，也是實施過程中反饋意見較多的指標，GB 16780-2012版標準中多項條件修正導致產品能耗實際值與可比值偏差過大，影響能源審計、監察的準確性，不利于企業客觀分析技術水平狀況。此次修訂，按照GB/T 12723-2013《單位產品能源消耗限額編制通則》規定的要求，擬調整相關限額指標的修正方法，即在滿足修訂條件時，僅修正相關標準限額值，不再修訂企業實際能耗值，既滿足能效對標要求，又與能源統計要求保持一致。GB 16780-2012限額指標修正方法示意如圖4所示。GB 16780-2012修正系數修訂示意如圖5所示。

圖4 GB 16780-2012限額指標修正方法示意圖

圖5 GB 16780-2012修正系數修訂示意圖

3.1 關于熟料強度可比性系數修訂

GB 16780-2012版標準中，熟料強度可比性系數修正是考慮到立窯與回轉窯生產工藝在熟料產品強度等方面的差異，為了淘汰落后工藝而提出的修正要求。目前國內立窯工藝已淘汰，故本次修訂擬取消GB 16780-2012版標準中的5.3.1.4條款“熟料強度等級修正系數”；另一方面，水泥熟料已有相關國家標準要求，若單純追求熟料高強度，會造成熟料燒成熱耗提高。此次標準修訂的目的是希望企業在生產合格水泥熟料產品條件下，進一步降低能耗，提高能源利用效率，故此次不再對熟料強度進行修正。

3.2 海拔修正系數修訂

本次修訂過程中，編制組針對多方反映的高海拔修正系數偏差較大的問題進行了調研，部分高海拔地區熟料生產線熟料綜合能耗統計結果如圖6所示。統計結果顯示，在海拔>2 500m后，原海拔修正系數過大，導致可比能耗值不能真實反映產品生產的技術水平，需進行修正。編制組對目前已發布的80項單位產品能耗限額標準進行了調研，結果顯示，多數行業的單位產品能耗限額標準中，均不針對海拔高度進行修正，僅鐵礦選礦、鐵礦地下開采、銅冶煉、鎳冶煉與鋁合金建筑型材、燒結墻體材料6項標準涉及海拔高度的修正。在涉及海拔修正的標準中，除燒結墻體材料的修正方法參照本標準外，其他標準的修正幅度遠小于原標準。編制組研究認為，GB 16780-2012版標準將海拔修正系數作為能耗可比性因素有其科學依據。高海拔地區空氣稀薄，對水泥和熟料產品生產過程中的能量傳遞、質量傳遞、動量傳遞和化學反應等均有影響，綜合表現為，平原地區的生產系統應用在高海拔地區時，產量略有減少，傳熱效率有所下降，流體設備規格增大，相應單位產品表面熱散失有一定的增加。由于編制GB 16780-2012版時，國內高海拔水泥工廠實際運行數據很少，造成原海拔修正系數公式偏差較大。近幾年，隨著高海拔地區（如西藏）有多條水泥生產線運行，編制組統計了部分高海拔地區水泥生產線實際運行數據。調研表明，對于新近投產的生產線，通過采取適當的技術措施可以控制產品能耗的增加。編制組研究認為，隨著生產技術的不斷進步，水泥生產尤其是水泥窯煅燒過程屬于強制燃燒，海拔高度對生產過程的影響可以通過技術措施彌補，考慮企業的生產現狀，結合二代水泥生產技術中對高海拔生產線指標的修訂值及GB 16780-2012版標準編制時的情況，以及鐵礦選礦、鐵礦地下開采、銅冶煉等相近生產過程的海拔修正情況，本次修訂擬對高海拔地區現有企業的能耗限額值海拔修正進行調整，擬將海拔修正起點設定為1 500m，限額值修正≯5%。

圖6 高海拔地區熟料生產線熟料綜合能耗統計分布圖

3.3 單位水泥產品綜合能耗中水泥熟料摻量修正

考慮到通用水泥品種和強度等級較多，不同產品的能耗水平差距較大，此次修訂在分析計算了多個品種水泥、多個強度等級產品與產品能耗間相關性的基礎上，考慮水泥產品能耗與水泥熟料比例的強相關性，擬沿用GB 16780-2012版標準中對于水泥熟料摻量的修正，即水泥產品中水泥熟料用量占水泥總產量的比例超過或低于75%，每增減1%，單位水泥產品綜合能耗的一級、二級和三級限額值應相應增減1.10kg標準煤/t、1.15kg標準煤/t和1.20kg標準煤/t。

4 計算方法的修訂

結合GB 16780-2012版標準實施過程存在的問題和企業反饋的意見，對GB 16780-2012版標準中的計算方法擬進行以下修改：

4.1 用單位熟料產品綜合煤耗代替原標準5.3.1.1公式（1）和（6）

GB 16780-2012版標準中的煤耗計算公式僅考慮“統計期內用于烘干原燃材料和燒成熟料的入窯與入分解爐的實物煤總量”，而目前企業在產品生產中可能使用多種燃料，僅計算燃煤的消耗與綜合煤耗的定義不符，因此本次修訂中，將計算公式進行了修改，以適用于多種能源的綜合統計計算，并利用能耗統計范圍條款規范各類能源消耗的統計范圍，保持與上位標準要求的一致性。

4.2 刪除關于余熱利用熱量折算標準煤量的計算公式

此次修訂中，刪除了原標準中的5.3.1.3條款“余熱利用熱量折算標準煤量”。根據對多家企業的調研，企業余熱利用的情況很少，即便存在余熱利用，其折算出的標煤能耗值也基本可以忽略不計，故在此次修訂中為簡化計算，刪除了此條款。

4.3 參照GB/T 213標準方法（氧彈量熱法）測定的熱值作為燃煤發熱量取值計算依據

GB 16780-2012版標準中規定，可根據工業分析結果及給定的經驗公式，計算得到煤的低位發熱量。但調研顯示，由于目前水泥企業燃煤來源不同，煤種不同，大多為混煤入廠，利用工業分析結果及經驗公式計算所得數值偏差較大。國家煤炭科學研究總院組織的比對結果顯示，兩種方法對同一種煤樣發熱量的測定結果存在比較明顯的差異。因此，本次修訂采用GB/T 213方法測定燃煤熱值，對于利用協同處置產生的替代燃料，采用GB/T 30727固體生物質燃料發熱量的測定標準測定其熱值。

5 結語

本次標準修訂，目的是貫徹落實國務院“十三五”節能減排綜合工作方案，完善節能標準體系，以節能標準推動產業結構調整、淘汰落后，全面提升我國水泥行業節能減排技術水平。本次修訂與GB 16780-2012版標準相比，細化了不同類型企業產品能耗限額的要求。考慮到歷史原因和技術發展現狀，對現有企業的節能指標限值要求提升約5%，對高海拔地區現有企業能耗限額對標值計算的海拔修正放寬不超過5%，與2012版標準相比，新建和改擴建企業能耗產品限額要求明顯提高，節能指標限值要求提升約5%～7%。本次修訂標準中的產品能源消耗限額指標，既能反映我國產業政策和能源政策的導向，充分、客觀反映水泥工業促進產業結構調整、淘汰落后產能、實現高質量發展的政策需求，又兼顧了企業的生產現狀和水泥生產技術水平，具有較高的科學性、先進性和可操作性。本標準的修訂為促進水泥工業碳達峰、碳中和、能耗總量與能耗強度雙控目標的實現，以及水泥工業綠色、低碳、可持續發展提供了有力的技術支撐。