汪 澜
中国建筑材料科学研究总院
引言
能源是人类生存和发展的物质基础。我国人口众多，能源资源相对不足，能源的人均拥有量远远低于世界平均水平。随着跨越式社会经济的发展及对能源需求的持续增加，能源短缺的问题也变得愈来愈严重。
能源短缺制约了社会经济发展，同时也对经济安全和国家安全构成了潜在威胁，因而受到党和政府的高度重视。党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策，国家“十一五”规划《纲要》把GDP能源消耗降低20%作为约束性指标，国家《节能中长期专项规划》则将建材工业作为节能的重点领域，提出在水泥行业发展新型干法窑外分解技术，逐步淘汰落后的水泥生产工艺等措施，使水泥综合能耗在近15年内由每吨水泥159千克标准煤降至129千克标准煤，达到国际较先进水平。这为水泥工业的能源消耗控制、产业结构调整和科技进步指明了方向。
水泥工业是典型的能源消耗型工业。在我国现有技术水平条件下，每吨水泥生产的平均电耗约110 kW••••h，平均煤耗约128千克标准煤，分别比国际先进水平高出18%和50%。2005年我国水泥总产量为10.6亿吨，可以推算当年水泥工业总耗电量为1060亿kW••••h、总耗煤量为1.44亿吨标准煤，分别占同期全社会总用电量的5%、总用煤量的11%。可见，水泥工业节能具有巨大的潜力和十分重要的意义。
能源消耗控制战略是近几年来国际国内出现的涉及到国家能源安全的最新构想和实践，与国家能源发展战略有同等重要作用。能源发展战略以安全稳定的能源供给为核心，而能源消耗控制战略则强调“坚持节约优先”的基本精神，其主要内容包括制定和推行能源消耗控制的法律、法规、政策, 监督和管理全社会的能源消耗，实施企业准入与淘汰的能源消耗评估制度，研究和发展新型节能工艺技术和节能产品。
水泥工业能源消耗控制战略是国家能源消耗控制战略的重要组成。在水泥工业中实施能源消耗控制战略就是要依据国家有关法律政策，对水泥工业能源消耗进行控制和管理；加速水泥工业产业结构的调整，实施水泥企业能源消耗等级一票淘汰制；制定和执行水泥工艺和产品节能标准，推进节能工艺技术和产品的研发和创新。
1 水泥工业能源消耗的基本状况
水泥生产包括生料均化、生料粉磨、熟料煅烧和泠却、水泥粉磨及水泥包装和发送等多个工艺过程，各个工艺过程都需要一定量的电耗（表1）。依据工艺技术条件，各个工艺过程的电耗会在一定范围内变化。例如，采用立磨的生料粉磨系统的平均电耗为16kWh/t，而采用球磨机的生料粉磨系统的平均电耗为20 kWh/t，两者相差4 kWh/t。另一方面，技术先进的大型球磨机的生料粉磨系统的电耗可低于17 kWh/t，而落后的小型球磨机的生料粉磨系统的电耗可高达25 kWh/t，两者相差8 kWh/t。由于技术水平的不同，水泥生产综合电耗也会在一定的范围内变化。国际先进水平的水泥生产综合电耗为92 kWh/t，有的则达到80 kWh/t的最佳水平。
表1 水泥生产各工艺过程的平均电耗及占综合电耗的百分率
|
工艺过程 |
平均电耗（kWh/t） |
占综合电耗的百分率（%） |
|
原料破碎和预均化
生料均化
生料粉磨
熟料煅烧和冷却
水泥粉磨
水泥包装和发送 |
4.5
5.4
21.6
19.8
34.2
4.5 |
5
6
24
22
38
5 |
水泥生产电耗为二次能源消耗，因电能也是燃煤转换的。按1 kWh电能需要0.4千克标准煤计，国际先进水平每吨水泥生产综合电耗为37千克标准煤，我国每吨水泥生产综合电耗为44千克标准煤。
水泥熟料煅烧工艺及其他物料烘干工艺还需要消耗大量的由煤炭燃烧产生的一次能源。表2列有水泥熟料煅烧的理论热耗，即在没有任何损失的前提下，熟料的煅烧热耗约为1760kJ/kg。但这在现有的技术水平条件下是不能实现的。燃烧废气和熟料会带出一部分热量，窑炉烧成系统的表面也会损失部分热量。从水泥熟料形成过程分析，生料的预热和碳酸盐分解过程需要大量的热量，是水泥熟料的热耗“瓶颈”。
表2 水泥熟料煅烧的理论热耗
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煅烧系统 |
温度范围（℃） |
反应过程 |
热耗（kJ/kg） |
累计（kJ/kg） |
累计（%） |
|
预热器
|
900～20
20～90 |
废气冷却
预热生料至900℃ |
-590
+1530 |
-590
940 |
-34
53 |
|
分解炉
|
～450
～900
～900 |
粘土质原料分解
碳酸盐分解
少量固相反应 |
+170
+1990
-40 |
1110
3100
3060 |
63
176
174 |
|
回转窑 |
900～1200 |
加热物料至1200℃ |
+300 |
3360 |
191 |
|
冷却机 |
1200～1450
1450～20 |
放热反应和烧成
熟料冷却 |
-90
-1510 |
3270
1760 |
186
100 |
|
理论净热耗 |
|
|
+1760 |
|
|
水泥生产技术的出现已有近200年的历史。早期的水泥生产采用间歇式立窑，随后出现了连续式回转窑。为了解决回转窑预烧能力的不足，在水泥生产技术发展过程中出现的多种改进窑型，包括现今普遍采用的悬浮预热器窑和预分解窑。我国水泥工业仅有数十年的发展历史，现有的水泥熟料煅烧工艺技术装备和水平也有很大的差异，如表3所示。统计数据表明，我国水泥产量的50%以上仍由落后的工艺装备生产，能源利用效率非常低下。
表3 我国现有的水泥熟料煅烧工艺技术及能源消耗水平
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窑型 |
预分
解窑 |
预热
器窑 |
带余热锅炉
发电的中空窑 |
湿法窑 |
中空窑 |
列波
尔窑 |
机械
立窑 |
普通
立窑 |
|
热耗
（kJ/kg） |
3260 |
4013 |
5434 |
5852 |
7942 |
4096 |
4180 |
5434 |
|
热效率
（%） |
50～50 |
37～44 |
29～35 |
29～35 |
17～26 |
38～42 |
32～40 |
30 |
|
热耗指数 |
1 |
1.25 |
1.68 |
1.82 |
2.46 |
1.27 |
1.30 |
1.69 |
我国通用水泥产品主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等六大系列，水泥的产品结构如表4所示。水泥产品以普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥为主，两者之和占水泥总产量的90%。由于混合材种类和掺量的不同，不同品种水泥之间或是同品种水泥之间的生产能耗也会有很大的差异。例如每吨掺量为30%的矿渣水泥综合能耗为150千克标准煤，而每吨掺量为70%的矿渣水泥综合能耗仅为110千克标准煤。
表4 我国通用硅酸盐水泥品种比例（%）
|
年份 |
硅酸盐
水泥 |
普通硅酸
盐水泥 |
矿渣硅酸
盐水泥 |
火山灰硅酸盐水泥 |
粉煤灰硅酸盐水泥 |
复合硅酸
盐水泥 |
合计 |
|
2003 |
5.0 |
55.0 |
35.0 |
0.9 |
0.9 |
1.8 |
98.6 |
|
2004 |
5.1 |
54.0 |
36.0 |
0.9 |
1.0 |
2.0 |
99.0 |
2 水泥工业能源消耗控制战略
水泥工业是我国能源消耗的重点行业，但也有着巨大的节能潜力。水泥工业能源消耗控制战略就是以节能为核心，通过相应法规、标准的制定及切实执行，通过不懈的科技进步，实现水泥工业的节约型生产和绿色制造，进而达到显著节省能源，增强国家能源安全的目的。
2．1 政府控制和法律、法规保障
走节约能源的道路是我国经济发展的战略选择，改变倚重资源消费、效益低、消耗高、污染大的传统经济增长方式已成各部门和地方政府急待解决的问题。目前，中央政府部门正加速制定实现GDP能耗下降的具体行动计划，用以指导全国的节能降耗工作；各级地方政府也在积极落实节能降耗的目标和具体措施，并且通过能源消耗控制管理监督和强化企业的节能工作。此外，为保障节能降耗目标的实现，国家正加快对《节能法》的修改完善；有建议《节能法》中应增加节能降耗定量目标的条款，同时要明确各级政府对节能工作的具体职责范围，使各条款内容有相应的实施责任人。
2005年，全国万元GDP能耗的平均水平为1.22吨标准煤,而水泥工业万元GDP能耗则在5吨标准煤以上，因此在水泥工业实施能源消耗的政府控制非常紧迫，非常必要。实施水泥工业能源消耗的政府控制可包括下列具体措施：
（1）高度重视、统一思想。地方政府主管部门和水泥企业要高度重视能源消耗控制的重要意义，贯彻和落实党中央、国务院关于加强节能工作的有关方针政策，在管理和生产过程中始终以节能为中心；要充分认识到节能是科学发展观的基本要求，是政府指导产业结构调整的具体措施，是企业转变增长方式的明确方向。
（2）强化政府控制职能。在实施水泥生产能源消耗控制战略中，政府部门要改变以往的“政府推动”运作模式，强化控制职能，探讨和偿试新型的能源消耗控制的具体运作方法,包括监管能源的流通，核准企业的能源消耗量，制定企业准入和淘汰能源消耗基准一票决定制，建立政府管理部门自身的能源消耗控制政绩的考评体系等。
（3）建立、健全水泥工业能源消耗控制的有关法规政策。我国的《节能法》正在修改完善，国家主管部门也相继出台了许多相关的法律、政策和指导意见。建议有关部门依据现有的法律、法规、政策, 研究和制定水泥工业能源消耗控制的产业政策和税收政策，以保障政府控制管理职能落到实处。
2．2 产业结构调整和企业自律
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