水泥行业节能诊断工作分析研究

张庆环 高旭东 王 婧

（1 物资节能中心 北京 100037 2 中国水泥协会 北京 100073 3 机械工业节能与资源利用中心 北京 100053）

引言

人类进入工业文明时代以来，传统工业化迅猛发展，在创造巨大物质财富的同时工业企业生产消耗了大量的能源和资源。当前，资源瓶颈问题已经变成全人类面临的共同挑战，世界各国都在积极追求绿色、智能、低碳、可持续发展。在全球经济复苏和深度调整的大背景下，主要工业化国家实施了一系列“绿色新政”，美国发布了《先进制造业领导力战略》，积极培育可再生能源、节能环保产业成为绿色增长新动能，《德国工业战略2030》 也将绿色技术列入其保持国家竞争力的十大重点领域。

我国也高度的重视绿色发展，将建设美丽中国确定为国家发展的基本方略。2020 年12 月，提出做好碳达峰、碳中和工作。我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060 年前实现碳中和[1]。工业碳排放能否率先达峰将是我国实现“碳排放力争于2030 年达峰、努力争取2060 年实现碳中和”承诺的关键。

1 背景与意义

水泥行业作为工业领域的建材行业高耗能产业，2018、2019、2020 年水泥行业产量分别为21.8、23.3、23.8 亿吨，主营业务收入8823、10100、9960 亿元，实现利润1545.5、1867、1833 亿元[2]，截至2020 年末共有新型干法水泥生产线1609 条，相比“十三五”初减少160 条，2000t/d 及以下生产线从281 条减少171 条，日产2500 吨及以上生产线占比75%左右，水泥单位熟料煤耗从120kgce/t 降到约108kgce/t，降幅约10%。同时也存在着一些不足和问题，如：单位产品综合能耗高于国际平均水平；2030 年前水泥行业企业水泥窑炉的热效率因工艺等因素的限制提升空间不大；我国在替代燃料使用方面处于初步尝试探索阶段，同世界平均水平12.5%仍有一定差距等[3]，若要实现“3060、碳达峰碳中和”的目标，亟须通过结构调整、技术改造、强化管理等手段，降低能耗、减少碳排放。

2019 年5 月，工业和信息化部印发了《工业节能诊断服务行动计划》，提出每年对3000 家以上重点用能企业提供节能诊断服务[4]，对能源管理薄弱或能效水平较差的企业实施全面诊断，对重点用能企业开展针对性的专项服务”，累计组织480 余家节能服务公司在公益节能诊断服务工作中，为1.4 万家工业企业实施节能诊断，并提出节能改造建议。

其中针对近1200 家水泥行业企业，提出利用余热余压、更换高效电机等节能改造建议措施。经测算，若全部改造完成，预计可实现700 余万吨节能量，对于水泥行业的高效、低碳、绿色发展起到了一定的作用，具体接受诊断企业地区和年度能耗总量分布情况，详见图1 和图2。

图1 接受诊断水泥行业企业数量地区分布

图2 接受诊断水泥行业企业年度能耗总量分布图

2 诊断流程

借助节能诊断服务，重点围绕能源利用、能源效率、能源管理等方面，推动企业采取技术改造、管理优化、结构升级等手段，实施绿色化改造，实现节能降碳、降低成本的目标。

水泥行业企业节能诊断服务主要分为前期准备、诊断实施和报告编写三个阶段。

2.1 前期准备

2.1.1 明确诊断边界

水泥行业企业诊断边界范围应包括企业的所有主要、辅助及附属生产系统，包括但不限于原燃料预处理、生料制备、煤粉制备、熟料烧成、余热发电、水泥制成、水泥包装及发运等系统。既可以实施对企业的全面诊断，也可以结合企业实际情况对特定工序环节、工艺装备、主要能源消耗品种等实施专项诊断。

图3 水泥行业企业生产工艺流程

2.1.2 组成诊断团队

团队负责人应有中级（含中级）以上职称且具有至少5 年以上节能工作经验，同时团队应至少包括水泥工艺和通专用设备方面的相关专家，专家拥有至少有5 年以上的水泥行业从业经历。团队应包括至少一名企业相关工作负责人，可以是企业分管领导、能源管理人员、具体技术人员等。

2.1.3 明确诊断依据

根据诊断服务需求明确诊断依据，主要包括国家、地方及行业相关法律法规和政策、节能与综合利用相关标准规范等。

2.1.4 编排诊断计划

根据水泥行业企业日常生产运营情况，制定具有可操作性的节能诊断服务工作计划，合理安排各阶段工作任务、责任划分、时间节点等。

2.2 诊断实施

2.2.1 收集基础信息

梳理汇总企业日常运营、能源使用等相关信息，主要包括企业概况、能源管理、工艺流程、用能设备、能源计量、能源消费、生产日（月）报表、主要能耗指标、节能技术改造等情况。

2.2.2 实施能源利用诊断

主要包括：企业能源消费量及构成，余热余能回收和能源流失等情况，依据 《综合能耗计算通则》（GB/T 2589）等标准规范，测算企业综合能耗，分析企业能量平衡关系，编制企业能量平衡表、绘制企业能量平衡图等。

2.2.3 实施能源效率诊断

参照《水泥单位产品能源消耗限额》（GB 16780）等标准规范，针对企业的生料制备、熟料烧成（包括煤粉制备系统）、水泥粉磨3 个工序，测算相关工序及单位产品的能耗，评估主要专用设备运行水平等。

2.2.4 实施能源管理诊断

主要包括：企业能源管理组织架构和职责、能源管理制度建立及执行、能源计量器具配备与管理、能源管控中心建设与使用等情况。

重点包括：

（1）水泥行业企业贯彻执行国家节能法律、法规和节能标准的情况；

（2）水泥行业企业能耗控制纳入管理体系情况，各项能源消耗受控情况；

（3）节能工作目标设置，分解到各个环节、岗位，及对责任目标的检查和考核情况；

（4）节能计划制定和节能技术措施实施情况；

（5）节能教育和岗位节能培训制度化以及执行情况。

2.3 报告编写

2.3.1 梳理诊断成果

以图表的形式汇总梳理2.2.2、2.2.3、2.2.4 小节中的信息及数据结果，主要包括能源消费、工艺设备、能源管理、能源计量、节能技术等情况。

2.3.2 挖掘节能潜力

基于前期诊断工作，采用标准比对法、行业对标法等方法，深入评价企业节能管理和能效水平，查找用能问题，深挖节能潜力。

2.3.3 提出节能改造建议

根据企业日常生产运营，从能源利用、能源效率、能源管理等方面提出具有针对性的节能改造建议措施，明确各项建议措施的预期节能效果、回收周期、投资总额等情况。

3 节能诊断建议措施改造典型案例

3.1 智慧专家控制系统案例

某企业的水泥煤磨系统生产线，由煤磨负荷优化控制、煤磨出口温度控制、煤磨入口负压控制、煤粉仓入煤控制四个部分组成，通过自动控制煤磨喂煤量使磨主机电流稳定在理想目标值附近，磨内压差均匀分布在历史均值附近，有效控制磨机的负荷、煤磨出口温度等，提高了煤磨系统的平均台时。经分析测算，自动控制状态下平均台时为33.125t/h，手动控制状态下平均台时为32.875t/h，相较于手动控制增加了0.25t/h 的煤磨台时；自动控制状态下吨电耗为38.24kWh/t，手动控制状态下平均吨电耗为39.37kWh/t，相较于手动控制减少了1.13kWh/t 的吨电耗。

3.2 余热回收应用案例

以某大型水泥企业为例，采用稳定窑系统操作、控制入磨原料水分、优化系统用风量、调整冷却机操作、做好系统保温、加强水质管理，保证合理真空度、优化暖机操作和工艺布置等措施，利用余热回收发电，取得了一定的经济效益。经测算，实施上述措施后，熟料出篦冷机温度由170℃下降至130℃，带出的热量减少了约15kcal/kg，在二、三次风量得到保证的情况下，AQC 取风点温度由370℃上升到390℃，入AQC 锅炉温度提高约9℃，AQC 的蒸汽量由26.84t/h增加到了28.85t/h，提高了去AQC 热回收区的废气质量。

4 意见和建议

截至2020 年底，我国共有水泥企业数为3366家，粉磨站企业数2156 个，熟料企业数1210 个，按照《温室气体排放核算与报告要求》（GB/T 32151）估算2020 年CO2排放量为13.62 亿吨，存在单位产品能耗略高，受限于新型干法生产工艺难以突破，节能减排空间较小，替代燃料使用率较低等问题，为了实现“2030 年碳达峰、2060 年碳中和”的目标，建议从以下几方面加强相关工作。

4.1 加大先进适用节能技术推广应用力度

有机结合“节能服务进企业”等工作，搭建节能服务商与企业对接平台，共享先进经验和典型案例，积极推广“高能效低氮预热预分解及先进烧成、高效节能料床粉磨、水泥窑废弃物安全无害化处置功能和替代燃料、原燃料均化配置、窑内氮氧化物消化和提升窑尾脱硝、数字化智能型控制与管理、新型低碳品种水泥熟料生产、高性能高效率滤膜袋收尘”等技术，推动企业实施绿色化改造。

4.2 完善节能与综合利用相关标准的制修订

虽然已有《水泥单位产品能源消耗限额》、《水泥制造能耗评价技术要求》、《水泥回转窑热平衡测试方法》、《水泥生产企业节能技术指南》等多项标准正在实施，但仍应进一步发挥标准规范和引领作用，加快启动水泥行业节能领域相关标准的制修订工作，继续完善水泥行业节能与综合利用标准体系，持续推动企业提升节能管理和能效水平，促进水泥行业绿色高质量发展。

4.3 运用市场化手段，倒逼企业节能减排

一方面，要运用节能诊断、能源审计、综合能源管理等手段，引导节能服务机构为企业问诊把脉，查找用能问题，深挖节能潜力；另一方面，加快推动碳交易市场建设，尽早将水泥行业企业纳入责任主体范围，运用市场化手段，引导企业淘汰落后产能，优化调整企业布局和规模结构。

4.4 加强水泥行业间的交流培训

一是结合节能宣传周等活动，向水泥企业宣贯“碳达峰、碳中和”工作，提升企业的节能减排意识，推动将此项工作纳入到企业总体战略中，引起企业的足够重视；二是开展多层次多角度的互动交流培训，加快水泥行业碳管理员培训，完善企业的能源管理体系，鼓励企业制定本企业的碳达峰行动方案和技术路线图。

结语

综上所述，本文梳理了目前我国水泥行业的发展现状和存在问题，介绍了节能诊断服务流程及相关要求，分享了先进经验和典型案例，总结了水泥行业节能诊断服务工作的积极成效。若要实现“2030 年碳达峰、2060 年碳中和”的目标，建议运用节能诊断服务等市场化模式，重点围绕能源利用、能源效率、能源管理等方面，加大节能技术装备推广力度，完善节能与绿色标准化体系，加强行业节能减排交流培训，推动水泥行业企业调整结构、实施改造、强化管理，持续提升企业的节能管理和能效水平，从而有效地降低能耗、减少碳排放，实现水泥行业绿色高质量发展。