水泥行業節能診斷工作分析研究

張慶環 高旭東 王 婧

（1 物資節能中心 北京 100037 2 中國水泥協會 北京 100073 3 機械工業節能與資源利用中心 北京 100053）

引言

人類進入工業文明時代以來，傳統工業化迅猛發展，在創造巨大物質財富的同時工業企業生產消耗了大量的能源和資源。當前，資源瓶頸問題已經變成全人類面臨的共同挑戰，世界各國都在積極追求綠色、智能、低碳、可持續發展。在全球經濟復蘇和深度調整的大背景下，主要工業化國家實施了一系列“綠色新政”，美國發布了《先進制造業領導力戰略》，積極培育可再生能源、節能環保產業成為綠色增長新動能，《德國工業戰略2030》 也將綠色技術列入其保持國家競爭力的十大重點領域。

我國也高度的重視綠色發展，將建設美麗中國確定為國家發展的基本方略。2020 年12 月，提出做好碳達峰、碳中和工作。我國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，力爭2060 年前實現碳中和[1]。工業碳排放能否率先達峰將是我國實現“碳排放力爭于2030 年達峰、努力爭取2060 年實現碳中和”承諾的關鍵。

1 背景與意義

水泥行業作為工業領域的建材行業高耗能產業，2018、2019、2020 年水泥行業產量分別為21.8、23.3、23.8 億噸，主營業務收入8823、10100、9960 億元，實現利潤1545.5、1867、1833 億元[2]，截至2020 年末共有新型干法水泥生產線1609 條，相比“十三五”初減少160 條，2000t/d 及以下生產線從281 條減少171 條，日產2500 噸及以上生產線占比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：單位產品綜合能耗高于國際平均水平；2030 年前水泥行業企業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]，若要實現“3060、碳達峰碳中和”的目標，亟須通過結構調整、技術改造、強化管理等手段，降低能耗、減少碳排放。

2019 年5 月，工業和信息化部印發了《工業節能診斷服務行動計劃》，提出每年對3000 家以上重點用能企業提供節能診斷服務[4]，對能源管理薄弱或能效水平較差的企業實施全面診斷，對重點用能企業開展針對性的專項服務”，累計組織480 余家節能服務公司在公益節能診斷服務工作中，為1.4 萬家工業企業實施節能診斷，并提出節能改造建議。

其中針對近1200 家水泥行業企業，提出利用余熱余壓、更換高效電機等節能改造建議措施。經測算，若全部改造完成，預計可實現700 余萬噸節能量，對于水泥行業的高效、低碳、綠色發展起到了一定的作用，具體接受診斷企業地區和年度能耗總量分布情況，詳見圖1 和圖2。

圖1 接受診斷水泥行業企業數量地區分布

圖2 接受診斷水泥行業企業年度能耗總量分布圖

2 診斷流程

借助節能診斷服務，重點圍繞能源利用、能源效率、能源管理等方面，推動企業采取技術改造、管理優化、結構升級等手段，實施綠色化改造，實現節能降碳、降低成本的目標。

水泥行業企業節能診斷服務主要分為前期準備、診斷實施和報告編寫三個階段。

2.1 前期準備

2.1.1 明確診斷邊界

水泥行業企業診斷邊界范圍應包括企業的所有主要、輔助及附屬生產系統，包括但不限于原燃料預處理、生料制備、煤粉制備、熟料燒成、余熱發電、水泥制成、水泥包裝及發運等系統。既可以實施對企業的全面診斷，也可以結合企業實際情況對特定工序環節、工藝裝備、主要能源消耗品種等實施專項診斷。

圖3 水泥行業企業生產工藝流程

2.1.2 組成診斷團隊

團隊負責人應有中級（含中級）以上職稱且具有至少5 年以上節能工作經驗，同時團隊應至少包括水泥工藝和通專用設備方面的相關專家，專家擁有至少有5 年以上的水泥行業從業經歷。團隊應包括至少一名企業相關工作負責人，可以是企業分管領導、能源管理人員、具體技術人員等。

2.1.3 明確診斷依據

根據診斷服務需求明確診斷依據，主要包括國家、地方及行業相關法律法規和政策、節能與綜合利用相關標準規范等。

2.1.4 編排診斷計劃

根據水泥行業企業日常生產運營情況，制定具有可操作性的節能診斷服務工作計劃，合理安排各階段工作任務、責任劃分、時間節點等。

2.2 診斷實施

2.2.1 收集基礎信息

梳理匯總企業日常運營、能源使用等相關信息，主要包括企業概況、能源管理、工藝流程、用能設備、能源計量、能源消費、生產日（月）報表、主要能耗指標、節能技術改造等情況。

2.2.2 實施能源利用診斷

主要包括：企業能源消費量及構成，余熱余能回收和能源流失等情況，依據 《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589）等標準規范，測算企業綜合能耗，分析企業能量平衡關系，編制企業能量平衡表、繪制企業能量平衡圖等。

2.2.3 實施能源效率診斷

參照《水泥單位產品能源消耗限額》（GB 16780）等標準規范，針對企業的生料制備、熟料燒成（包括煤粉制備系統）、水泥粉磨3 個工序，測算相關工序及單位產品的能耗，評估主要專用設備運行水平等。

2.2.4 實施能源管理診斷

主要包括：企業能源管理組織架構和職責、能源管理制度建立及執行、能源計量器具配備與管理、能源管控中心建設與使用等情況。

重點包括：

（1）水泥行業企業貫徹執行國家節能法律、法規和節能標準的情況；

（2）水泥行業企業能耗控制納入管理體系情況，各項能源消耗受控情況；

（3）節能工作目標設置，分解到各個環節、崗位，及對責任目標的檢查和考核情況；

（4）節能計劃制定和節能技術措施實施情況；

（5）節能教育和崗位節能培訓制度化以及執行情況。

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 小節中的信息及數據結果，主要包括能源消費、工藝設備、能源管理、能源計量、節能技術等情況。

2.3.2 挖掘節能潛力

基于前期診斷工作，采用標準比對法、行業對標法等方法，深入評價企業節能管理和能效水平，查找用能問題，深挖節能潛力。

2.3.3 提出節能改造建議

根據企業日常生產運營，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能改造建議措施，明確各項建議措施的預期節能效果、回收周期、投資總額等情況。

3 節能診斷建議措施改造典型案例

3.1 智慧專家控制系統案例

某企業的水泥煤磨系統生產線，由煤磨負荷優化控制、煤磨出口溫度控制、煤磨入口負壓控制、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電流穩定在理想目標值附近，磨內壓差均勻分布在歷史均值附近，有效控制磨機的負荷、煤磨出口溫度等，提高了煤磨系統的平均臺時。經分析測算，自動控制狀態下平均臺時為33.125t/h，手動控制狀態下平均臺時為32.875t/h，相較于手動控制增加了0.25t/h 的煤磨臺時；自動控制狀態下噸電耗為38.24kWh/t，手動控制狀態下平均噸電耗為39.37kWh/t，相較于手動控制減少了1.13kWh/t 的噸電耗。

3.2 余熱回收應用案例

以某大型水泥企業為例，采用穩定窯系統操作、控制入磨原料水分、優化系統用風量、調整冷卻機操作、做好系統保溫、加強水質管理，保證合理真空度、優化暖機操作和工藝布置等措施，利用余熱回收發電，取得了一定的經濟效益。經測算，實施上述措施后，熟料出篦冷機溫度由170℃下降至130℃，帶出的熱量減少了約15kcal/kg，在二、三次風量得到保證的情況下，AQC 取風點溫度由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 熱回收區的廢氣質量。

4 意見和建議

截至2020 年底，我國共有水泥企業數為3366家，粉磨站企業數2156 個，熟料企業數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，存在單位產品能耗略高，受限于新型干法生產工藝難以突破，節能減排空間較小，替代燃料使用率較低等問題，為了實現“2030 年碳達峰、2060 年碳中和”的目標，建議從以下幾方面加強相關工作。

4.1 加大先進適用節能技術推廣應用力度

有機結合“節能服務進企業”等工作，搭建節能服務商與企業對接平臺，共享先進經驗和典型案例，積極推廣“高能效低氮預熱預分解及先進燒成、高效節能料床粉磨、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、窯內氮氧化物消化和提升窯尾脫硝、數字化智能型控制與管理、新型低碳品種水泥熟料生產、高性能高效率濾膜袋收塵”等技術，推動企業實施綠色化改造。

4.2 完善節能與綜合利用相關標準的制修訂

雖然已有《水泥單位產品能源消耗限額》、《水泥制造能耗評價技術要求》、《水泥回轉窯熱平衡測試方法》、《水泥生產企業節能技術指南》等多項標準正在實施，但仍應進一步發揮標準規范和引領作用，加快啟動水泥行業節能領域相關標準的制修訂工作，繼續完善水泥行業節能與綜合利用標準體系，持續推動企業提升節能管理和能效水平，促進水泥行業綠色高質量發展。

4.3 運用市場化手段，倒逼企業節能減排

一方面，要運用節能診斷、能源審計、綜合能源管理等手段，引導節能服務機構為企業問診把脈，查找用能問題，深挖節能潛力；另一方面，加快推動碳交易市場建設，盡早將水泥行業企業納入責任主體范圍，運用市場化手段，引導企業淘汰落后產能，優化調整企業布局和規模結構。

4.4 加強水泥行業間的交流培訓

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

結語

綜上所述，本文梳理了目前我國水泥行業的發展現狀和存在問題，介紹了節能診斷服務流程及相關要求，分享了先進經驗和典型案例，總結了水泥行業節能診斷服務工作的積極成效。若要實現“2030 年碳達峰、2060 年碳中和”的目標，建議運用節能診斷服務等市場化模式，重點圍繞能源利用、能源效率、能源管理等方面，加大節能技術裝備推廣力度，完善節能與綠色標準化體系，加強行業節能減排交流培訓，推動水泥行業企業調整結構、實施改造、強化管理，持續提升企業的節能管理和能效水平，從而有效地降低能耗、減少碳排放，實現水泥行業綠色高質量發展。