??? 鴉片戰爭以來，中華民族飽受各種災難，直到1949年10月1日中華人民共和國誕生，中華大地迎來了黎明的曙光。此時國家經濟基礎十分薄弱，“一窮二白”是當時經濟狀況的真實寫照。中國人民在中國共產黨的領導下，經過艱苦奮斗，以中國特色的發展模式，創造了世界經濟發展史上的奇跡，中國人民在一張白紙上繪制了波瀾壯闊的經濟發展畫卷。水泥行業余熱發電到2009年底有498條新型干法熟料生產線投運余熱利用電站，裝機總容量達到3317MW。預計到2010年底有687條新型干法熟料生產線投運余熱利用電站，裝機總容量達到4785MW。水泥余熱發電裝機總容量將是近2個葛洲壩電站總裝機容量，相當于三峽電站總裝機的1/4強。水泥行業余熱發電事業的發展，雖然只是祖國經濟發展波瀾中的一滴水，但其發展與共和國共鑄輝煌。這些成績的取得是戰斗在第一線的設計、裝備、建設、生產工作人員共同奮斗的結果。謹以此文表達對這些工作人員的敬意，同時代表他們祝福共和國六十華誕。

??? 1．水泥工業余熱發電事業發展歷程

??? 我國第一臺水泥窯余熱電站始建于大連水泥廠，日本小野田水泥公司在1922-1923年期間，擴建該廠第二條∮3×60M干法中空窯生產線時，利用日本余熱電站技術裝備，配套建設了高溫余熱發電機組，裝機容量為3MW，稱為“水泥干法中空余熱發電窯”。

??? 解放前我國自己的水泥窯余熱發電技術也是一張白紙，水泥窯余熱發電技術與共和國經濟同步發展。60年來，水泥窯余熱發電技術的研究、開發、推廣、應用工作經歷了四個階段。

??? 第一階段為1950年至1989年。這30多年主要工作是開展了中空窯高溫余熱發電技術及裝備的開發、推廣、應用工作。首先參照上世紀三十年代日本引進德國技術在我國東北、華北地區建設的中空窯高溫余熱發電技術裝備，對老廠進行改造，同時在老廠擴建中得到應用。總計投運了約290條中空窯余熱發電系統。形成了不同主蒸汽參數、余熱鍋爐形式、裝機容量的高溫余熱發電窯系統。為我國開展水泥窯中低溫余熱發電技術及裝備的研究開發奠定了堅實基礎。

??? 干法中空窯高溫余熱發電系統主要參數

??? 第二階段為1990年至1996年。“八五”期間，國家安排了水泥行業科技攻關課題，其一是：《帶補燃鍋爐的中低溫余熱發電技術及裝備的研究開發》，主要內容為采用國產標準系列汽輪發電機組，回收400℃以下廢氣余熱進行發電。該課題在1996年完成了攻關工作，形成了《帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發電技術》；這項技術的研究、開發、推廣、應用，為我國開發水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備工作積累了豐富的經驗；其二是《水泥窯純低溫余熱發電工藝及裝備技術的研究開發》；其三是《純低溫余熱發電技術裝備——螺桿式膨脹機研究開發》。根據帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發電技術應用的經驗，以日本KHI公司為寧國水泥廠4000t/d水泥窯提供的6480kw純低溫余熱電站的建設為契機，基本形成了我國水泥窯純低溫余熱發電工藝技術裝備體系。

??? 第三階段為1997年至2005年。推廣、改進《帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發電技術》和《水泥窯純低溫余熱發電技術》。截止2005年底，利用《帶補燃鍋爐的水泥窯中低溫余熱發電技術》技術，國內有23個水泥廠36條1000～4000t/d預分解窯生產線上安裝了28臺帶補燃鍋爐的中溫余熱發電機組，總裝機為45.36Mw。與此同時，我國水泥行業利用國產設備和技術在13條新型干法窯上，配套建設了裝機容量分別為2.0MW、3.0MW、6.0MW、7MW的純低溫余熱電站。

??? 第四階段為2005年以后。由于水泥窯純低溫余熱發電技術裝備已經成熟，國家產業政策明確規定不允許上帶補燃爐的余熱發電系統，而純低溫余熱發電的概念是相對于帶補燃爐余熱發電技術而命名的，隨著帶補燃爐余熱發電技術被取締，純低溫余熱發電技術被更名為水泥窯低溫余熱發電技術。自此，水泥余熱發電進入了蓬勃發展階段。大量的工程實踐機會，給技術不斷創新提供了最佳的機遇。隨著低溫余熱電站投入運行數量的增多，運行情況反過來指導了工藝技術裝備的提高，使我國水泥窯低溫余熱發電技術裝備更加成熟可靠，達到世界先進水平。

??? 2.我國水泥窯低溫余熱發電技術裝備

??? 2.1余熱發電的基本原理

??? 將工業生產中排出的大量廢氣通過余熱回收裝置——余熱鍋爐將廢熱進行熱交換回收，產生過熱蒸汽推動汽輪機實現熱能向機械能的轉換，從而帶動發電機發電。

??? 在水泥熟料生產過程中，水泥窯窯頭和窯尾產生大量廢氣（廢熱），在廢氣排出的地方安裝余熱鍋爐，分別稱為AQC鍋爐（窯頭爐）和SP鍋爐（窯尾爐）。在余熱鍋爐內，廢氣與水進行熱交換，使水產生一定溫度和壓力的過熱蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪發電機組進行發電。

??? 2.2低溫余熱發電技術及主要參數

??? 目前，我國水泥工業低溫余熱發電技術的核心內容是基于朗肯循環理論的熱力循環系統，熱力循環方式主要有單壓系統、閃蒸系統、雙壓系統三種基本模式，以及由此衍生的復合系統構成。理論和實踐表明，以上三種熱力系統的選擇，應依據企業的具體情況來選擇合適的系統，采用哪種方式最合理，應依據熱平衡計算、生產線規模、企業管理水平、投資額大小等實際情況進行綜合比較后確定。

??? 低溫余熱發電主要設備及主要技術參數，以5000t/d水泥熟料生產線為例，5000t/d及規模相當的生產線可利用窯頭、窯尾余熱資源，建設一套裝機容量約為9MW的低溫余熱電站。主要設備有凝汽式汽輪機、發電機、SP余熱鍋爐和AQC余熱鍋爐，其主要技術參數指標見下表。

??? 低溫余熱發電主要設備及技術參數：

??? 主要技術經濟指標：

??? 3. 我國低溫余熱發電機組建設及運行

??? 3.1余熱發電技術和裝備主要提供商

??? 進入“十一五”以來，我國水泥低溫余熱發電實現了跨越式發展，得到大面積推廣，一方面得益于技術研發上厚積薄發，長期以來，國家安排了科研項目和資金，一直支持余熱發電事業的發展；另一方面得益于技術和裝備隊伍不斷壯大，不斷優化設計和創新裝備，才有了今天水泥余熱發電事業的繁榮。

??? 3.1.1主要技術主要供應商（排名不分先后）

??? 3.1.2 BOT項目主要投資商（排名不分先后）

??? 3.1.3 余熱鍋爐供應商（排名不分先后）

??? 3.1.4 汽輪機供應商（排名不分先后）

??? 3.1.5 發電機供應商（排名不分先后）

??? 3.2選擇余熱利用方式及原則

??? 企業是否建設低溫余熱發電系統，應根據熟料生產線的實際情況而定。生產線規模小，當地電價較低，如青海地區小規模生產線，建設余熱電站效益就不高；如果生產線利用污泥進行配料，選擇用廢熱對污泥進行烘干，經濟效益也很好；或者利用廢熱供暖、制冷，造福一方百姓，也是不錯的選擇。不管廢氣如何利用，經濟帳一定要算。實踐證明，已建設低溫余熱發電系統的企業經濟效益均很好。

??? 水泥窯低溫余熱發電的建設和設計應遵循以下原則。

??? ——條件允許時，企業應對生產線進行系統熱工標定，對運行數據的穩定性進行系統分析；

??? ——在滿足水泥生產工藝自身余熱的需要、不影響水泥窯的熱工操作、不增加水泥熟料燒成熱耗及電耗的前提下，最大限度獲取、利用余熱資源；

??? ——合理梯級利用不同品位余熱，充分發揮余熱的做功能力；

??? ——根據企業的實際情況，通過性價比分析，確定熱力系統循環方式；

??? ——在新生產線不同步建設余熱發電系統時，新生產線的設計應在窯頭和窯尾留有建設余熱發電系統的余地。

??? 3.3水泥余熱發電建設模式

??? 水泥余熱發電建設模式有三種。第一種為傳統模式，由設計單位提供技術方案和電站設計，企業自己安排建設和管理。設計單位只承擔設計工作，工作量較大，利潤較薄，一些設計單位不愿意提供這種模式的服務。由于目前余熱發電建設是賣方市場，這種服務模式的比例逐年下降。

??? 第二種為EPC模式，即工程總承包模式。目前水泥余熱發電建設采用EPC（總承包）模式比較普遍，市場占有率大約70%左右。采用這種模式主要原因是水泥余熱發電市場比較火爆，技術供應商希望以工程總承包方式承接任務；另一方面水泥生產企業對水泥余熱發電的設備采購、技術管理比較生疏，這方面正是技術供應商的優勢。一般采用EPC模式時將土建工程拿出去，由業主自行招標。

??? 第三種模式為BOT模式。是一種由出資方建設—運營—轉交的模式，由電站投資方全部投資、建設和管理。水泥企業可以解決資金短缺問題，近期可以獲得優惠電價，最終可以獲得電站。投資方依靠資金、技術、配套、CDM、管理等方面的優勢，可以有效規避投資風險和取得較好的經濟效益。這種模式目前應用不夠普遍，大概占10%左右。這種模式雙方合作的條款是比較靈活的，關鍵是條款的內容雙方均能接受。

??? 后兩種模式總體經濟性評價是雙贏的，可以說是優勢互補，雙方盈利。但是BOT模式由于目前余熱發電效益好，水泥企業不愿意將廢熱資源交予他人管理；另一方面，發電效果與熟料生產熱工參數的穩定性有很大關系，雙方在合作過程中會出現一些矛盾，因此BOT模式發展速度較慢。

??? 3.4 已投運的低溫余熱發電機組及生產線

??? 1997-2005年近十年間，水泥行業投運的純低溫余熱發電生產線僅為13條、機組13臺、裝機容量63MW，熟料設計生產能力1169萬噸；進入“十一五”，水泥低溫余熱發電快速發展，每年呈幾何級數增長。2006年有30條生產線投運了余熱電站，安裝26臺機組、裝機容量160MW，熟料設計生產能力2923萬噸；2007年有58條生產線投運了余熱電站、安裝45臺機組、裝機容量388MW，熟料設計生產能力7390萬噸；2008年有152條生產線投運了余熱電站、安裝109臺機組、裝機容量1002MW，熟料設計生產能力17020萬噸； 2009年有245條生產線投運了余熱電站、安裝204臺機組、裝機容量1705MW，熟料設計生產能力29600萬噸；預計2010年將有189條生產線投運余熱電站、安裝164臺機組、裝機容量1469MW，熟料設計生產能力23903萬噸。

??? 各年投入運行的低溫余熱電站：

??? 余熱發電熟料生產線數量與產能

??? 3.5承接國外水泥余熱發電項目

??? 我國低溫余熱發電技術經過十幾年的開發、研究和實際運行，其技術裝備水平無論是熱力循環系統還是國產化設備都已成熟。由于投資成本低，綜合服務能力強，使中國水泥窯余熱發電綜合技術裝備水平處于國際先進行列，在國際市場上有明顯競爭優勢，近幾年水泥余熱發電技術迅速普及到亞洲各國。

??? 2008年，中材節能公司在泰國SCG的3條生產線上投運了2臺發電機組，總裝機27MW；海螺集團亦在泰國暹羅SKK工廠6號生產線上投運了裝機為9.1MW的發電機組，自此拉開了我國余熱發電技術在國外市場的序幕。預計2009年有27條生產線投運余熱電站，安裝16臺機組，總裝機容量達167MW，是2008年投運電站總裝機容量的4.6倍。

??? 預計2010年將在巴基斯坦、泰國、印度、越南等國家有13條線，13臺機組投入運行，裝機容量將達118MW，熟料設計產能2043萬噸。

??? 2008及2009年投運國外水泥余熱發電工程：

??? 3.6余熱發電機組運行情況

??? 中材節能公司受國家發改委委托，對余熱發電機組的實際運行情況進行了調研，調研數據統計結果表明，已投運的余熱發電機組實際運行效率與設計值尚存在一定距離。安徽、山東水泥企業余熱發電運行管理水平較高，電站的運轉率也較高，基本反映目前我國余熱發電現狀和技術水平；浙江省余熱發電機組相對投運較早，設計及裝備水平和目前相比，存在一定差距，因此平均發電量水平較低。但大部分企業實際熟料產量均比設計產量高出10%以上，相對燒成熱耗也較高 。

??? 余熱發電生產線運行指標匯總：

??? 4. 低溫余熱發電效益測算

4.1 經濟效益

??? 采用國產技術與裝備低溫余熱發電項目投資，每千瓦裝機約6500～7000元左右。低溫余熱發電的供電成本通常在0.12-0.16元/kWh之間（其中折舊費占37%-39%，維修費占25%-28%，其他費用占18%-22%）。外購電價與供電成本的差價就是效益。余熱發電的供電可滿足水泥生產用電的三分之一到四分之一，噸水泥成本可降低12～15元。投資回收期在3-4年之間。

??? 根據中國建材聯合會信息部統計，2008年建材企業電力購進價格平均比2007年上漲4分錢，即電力購進價格平均為0.63元/kWh。余熱發電的供電成本平均按0.14元計算，每度電的利潤為0.49元。

??? 2008年余熱發電創造的經濟效益可以按裝機容量和噸熟料余熱發電量兩種方法進行計算。2008年底余熱發電累計裝機1612MW，2008年余熱發電裝機1002MW，2007年底余熱發電累計裝機610MW，若2008年當年投運的機組能力發揮率按30%計算，機組的運轉率按7000小時計算，2008年余熱發電量為64億kWh，創造的經濟效益為31.4億元；若噸熟料余熱發電量按36 kWh 計算，2008年投運的發電機組相對應熟料生產能力的發揮率仍按30%計算，熟料生產能力為17947萬噸，發電量為64.7億kWh，創造的經濟效益為29.3億元。

??? 4.2 CDM 效益

??? 利用清潔發展機制項目（CDM）企業可獲得額外的收入，例如一條5000t/d生產線配套建設9MW余熱發電機組，每年約減排2萬多噸的CO2，按目前國際平均價格10歐元計，每年可給企業增收約200萬元人民幣。若每年有十家企業獲準CDM項目，每年可給行業增收2000萬元人民幣左右，這個數目每年會大幅增長。

??? 截止2009年8月14日，國家發改委審批的CDM項目2174個，其中水泥CDM項目178個，二氧化碳減排量2038萬噸；截止2009年9月22日，已報EB審批的水泥CDM項目34個，已審批通過25個，二氧化碳減排量208萬噸 ，其中有3個項目已簽發了15萬噸二氧化碳減排量，此交易量已產生了經濟效益。

??? 4.3環境效益

??? 低溫余熱發電的余熱鍋爐的降塵作用及窯頭冷卻機余熱鍋爐爐前配置的預除塵裝置，進一步提高了收塵效果，具有一定的減排作用。經計算5000t/d規模窯頭余熱鍋爐減排粉塵約為50.05t/a，窯尾余熱鍋爐減排粉塵為11.45t/a，合計每年減排粉塵為61.50t。也就是說9MW機組的兩臺

??? 鍋爐的降塵作用，使水泥窯年減排粉塵為61.50t。由此推算，2008年因余熱發電的投運，使水泥窯廢氣粉塵排放量年減少了11357t。

??? 水泥窯利用余熱發電滿足生產線部分供電需求，相當于減少了燃煤發電量，等于減少了燃煤產生的SO2、CO2、NOx等有害氣體對大氣的污染。

??? 2008年水泥行業利用余熱累計發電量達到113億kwh，火力發電按360gce/kwh計，水泥行業余熱發電相當減排1057萬噸CO2；廢氣經余熱鍋爐進行熱交換后，排入大氣的溫度大幅度降低，從而減小了對周圍環境的熱污染；

??? 水泥余熱發電累計年發電量：

??? 5．余熱發電市場潛力

??? 5.1國內水泥市場

??? 據全國第二次經濟普查數據和中國建筑材料聯合會統計，2008年末全國水泥熟料生產能力13億噸，水泥生產能力21億噸，在水泥熟料生產能力中，新型干法熟料生產能力8.1億噸。立窯及其他熟料生產能力4.9億噸，說明淘汰空間4億噸以上。2008年熟料產能發揮率為74.6%，水泥產能發揮率為66.7%。

??? 據數字水泥網初步統計，截止2009年8月底，新投產的新型干法熟料生產線為76條，熟料設計生產能力為5000多萬噸。第四季度是水泥生產線投運的集中期，預計2009年全年投運的生產線將有150條左右，熟料生產能力1.5億噸左右。以此數據測算，截止2009年底，全國共有新型干法水泥生產線共1086條左右，熟料生產能力9.1億噸。

??? “十一五”期間是新型干法熟料生產線發展最快時期，也是余熱發電發展最快時期。預計2010年投產的熟料生產線仍為150條左右，屆時投產的新型干法熟料生產線預計為1236條左右，熟料生產能力為10.6億噸左右。2010年投運電站的生產線按190條計，屆時投運電站的生產線產預計為680余條，裝機容量達到4785MW。

??? 新型干法熟料生產線中約有200條左右不宜配套建設余熱電站，還有356條熟料生產線建設余熱電站的任務將在“十二五”完成。“十二五”期間，新型干法熟料生產線建設高峰已經過去。但是，還有4億噸左右要淘汰的熟料生產能力，需要建設近300條新型干法生產線來填補，“十二五”期間，平均每年需投運60條生產線，若動態考慮水泥市場需求，“十二五”期間熟料以每年2%的速度增長，共新增生產能力1億噸，約新建70條左右熟料生產線。“十二五”前三年每年投運200條生產線余熱電站是可以保證的。

??? 5.2水泥行業外市場

??? 實踐證明，近年來提供水泥余熱發電技術的設計公司，在廢熱利用上創新了技術，積累了經驗，服務對象不僅是水泥行業。中材節能在鋼鐵、化工、焦炭行業均承擔了余熱利用電站的建設；杭州中科節能利用玻璃窯爐余熱、垃圾廢氣進行發電亦承擔了很多項目，浮法玻璃生產線有204條，正常運行的有170余條，利用廢氣進行余熱發電的技術也是成熟的，目前，多數為兩條及以上生產線安裝一臺機組，已經有40余條生產線實施了余熱發電，但僅占總量的24%左右；鋼鐵行業各生產工序如焦炭、燒結機、高爐、轉爐的余熱均可以回收進行余熱發電，焦爐的余熱利用較好，廢熱發電僅達到37%，其他工序還低于這個比例，鐵合金行業的礦熱爐余熱發電的潛力也很大。可以肯定的說，冶金、化工等行業余熱發電市場潛力非常大，是值得大力開發的市場。

??? 由于國內水泥余熱發電行業起步較早，技術、裝備比較成熟，目前，已在行業外占領一定市場，再加上鋼鐵、化工等行業廢氣溫度較高，所以水泥余熱發電技術及設備供應商占領其他行業的市場有很大優勢。

??? 5.3國外水泥行業市場

??? 值得關注的是，國際水泥余熱發電市場，除日本和我國臺灣以外，其他國家水泥生產線余熱發電的普及率并不高。目前，中材節能、海螺、大連易世達、中信重機、陽光基業、合肥院等相繼承接了國外水泥余熱發電工程。在印度、巴基斯坦、菲律賓、越南、埃及、希臘、韓國、馬來西亞等國家均承接或洽談了余熱發電工程。國際水泥余熱發電市場潛力很大，發展速度很快。拉法基、海德堡等知名水泥公司在國外建廠，均選擇我國公司承擔建設余熱發電系統。

??? 以印度為例，截止到2008年底，印度國內有水泥生產線約600條，水泥產量1.6億噸，僅為中國的10～15%，但其人口在10億以上，人均水泥使用量僅為中國人均水泥使用量的十分之一，市場潛力非常巨大。根據印度同行預計，到2011年，印度國內水泥產量將增長到3.8億噸。印度基本上全部是新型干法生產線，均可以實施余熱發電。我國水泥余熱發電打入國際市場才剛剛起步，只要努力開拓，我們會有很大的份額，也必然給企業帶來豐厚的收益，同時為保護地球環境做出貢獻。

??? 6.余熱發電建設存在問題及建議

??? 6.1行業自身問題

??? 企業為追求發電效益，要求技術供應方（設計單位）盡量提高發電量，并以噸熟料發電量指標的高低確定合作方。設計單位為迎合企業的意愿，在廢氣取氣點上做文章，其途徑和手段是和二、三次風爭風或獲取其它水泥生產用高溫氣體。這種做法雖然可以提高一些發電量，但是造成單位熟料熱耗隨之提高。

??? 目前噸熟料發電量大多數在35-38kWh/t-cl之間，與理論計算值38~42kWh/t-cl還有較大的差距，應進一步研究提高低溫余熱發電系統熱效率的途徑和措施，在不增加熟料單位熱耗的前提下，謀求從蓖冷機、預熱器和窯頭胴體等處獲取少量高溫氣體來提高噸熟料余熱發電能力，進一步提升余熱發電技術水平，提高余熱發電系統熱效率。

??? 在余熱電站生產運營過程中，當原水PH值較高時，鍋爐蒸發器彎管處會出現漏水現象，企業應注意水的軟化、除鹽問題。

??? 利用余熱的方式均集中在余熱發電上，欠缺對余熱利用的其他方式的研究，造成所有生產線的余熱利用，不管規模大小，都擁擠在一條通道上。企業可以根據自身實際情況，擇優選擇利用廢熱方式，供氣、供暖、制冷、烘干、出售等。

??? 6.2政策問題

??? 2006年國家發改委發文要求，新建新型干法水泥生產線同時配套建設余熱發電。據此重慶市政府要求，新建新型干法水泥生產線，都要同時配套建設余熱發電裝置,否則不予批準。這種絕對的要求，其實欠科學和合理。余熱發電是利用窯頭和窯尾的廢熱，鍋爐和發電機組的選擇是根據廢氣量和溫度量身定制的。擴建生產線時，可參照原生產線運行情況和熱工標定資料，完全新建只能參照同規模生產線進行確定，由于設備選型、原燃料條件、管理水平的不同，可能造成不匹配，影響效率的發揮。何時建設余熱發電不應一刀切，由企業視具體情況而定更科學。

??? 水泥余熱發電是非常有效的節能減排途徑，因此國家給予節能量財政獎勵。但是2006年以后建設的生產線配套余熱發電，其節能量不予獎勵，在政策上有失公允。

??? 有些省份相關政府主管部門，擔心企業變相用煤發電，規定按企業生產線規模批準發電機組裝機容量，但是有些早其投產的生產線窯頭、窯尾廢氣溫度較高由于裝機容量不足，造成廢氣利用率不高。

??? 水泥余熱發電是我國十大節能工程之一。水泥廠余熱發電原則是并網不上網，所發電量全部自用。目前水泥廠余熱發電并網仍然是老大難問題，有的企業甚至將并網問題反映到省長，依然得不到解決。此問題基本上可以定性為普遍存在的問題。國家發改委應統籌協調解決，制定余熱發電并網(審批、管理費、優惠政策等)管理辦法。

??? 為規范水泥廠余熱發電工程的設計工作，《水泥工廠低溫余熱發電設計規范》即將頒布執行。由于設計規范只是對工程設計做出原則性規定，因此應與火力發電工程一樣，還需繼續編制《水泥工廠低溫余熱發電設計技術規定》并針對業內以噸熟料發電量評價發電技術的現象，抓緊編制余熱發電技術評價方法與標準。

??? 注：在余熱發電項目統計中，得到了中材節能、海螺集團、大連易世達、南京凱盛、中信重機、杭州中科節能、南京院、成都院、合肥院、洛陽院等公司的情支持，對他們的幫助表示感謝。設備制造企業本人收集的資料有限，很可能有遺漏，敬請諒解。

??? 作者：曾學敏