石制磚余熱發(fā)電研究

1、煤矸石制磚余熱發(fā)電研究AcademicRoundtable學術(shù)圓桌煤矸石制磚余熱發(fā)電研究張迪/中國人民大學環(huán)境學院劉昕宋玲玲/北京能環(huán)科技發(fā)展中心丁偉東周炫/西安墻體材料研究設計院丁挺/天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護局煤矸石是煤炭開采及加工過程中排出的主要固體廢棄物,其組成為多種巖石的混合物.煤矸石的生產(chǎn)與煤炭產(chǎn)量分布具有密切聯(lián)系,中國的煤矸石產(chǎn)生量相當于煤炭產(chǎn)量的1O%15%,2007年中國共生產(chǎn)原煤25.2億噸,同期煤矸石產(chǎn)量約為5億噸,煤矸石已經(jīng)是中國目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一目前煤矸石除部分得到綜合利用外,其會大部分自然堆放.煤矸石堆放對環(huán)境影響很大:煤矸石山往往占用大量土地,破壞

2、地質(zhì)地貌景觀,據(jù)統(tǒng)計,到2007年底,全國已累計堆放煤矸石50多億噸,占地約6670多公頃;煤矸石中所含有可燃物經(jīng)氧化積蓄大量熱量容易形成自燃,向空氣中排放大量粉塵,二氧化硫,氮氧化物,煙塵等污染物,影響當?shù)乜諝赓|(zhì)量;現(xiàn)有的煤矸石山有將近1/發(fā)生過自燃,到現(xiàn)在全國還有幾百座煤矸石山的內(nèi)部在緩慢燃燒;長期堆放的煤矸石經(jīng)過風化作用變?yōu)榉蹓m隨風進入空氣,成為礦區(qū)空氣中粉塵及可吸入自”八五”以來,煤矸石綜合利用有了較大發(fā)展,特別是從”九五”以后,煤矸石綜合利用已由”無害化”逐步走向”資源化”,利用途徑不斷擴大,技術(shù)水平不斷提高.從1985年到2005年,已累計利用煤矸石15億多噸,特別是從2000年到

3、2005年”十?五”期間,重點國有煤礦的煤矸石利用率從5.6%提高到67.5%,取得較大進展(表1).表1中國重點國有煤礦煤矸石產(chǎn)量及利用量數(shù)據(jù)來源:中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒.顆粒物的重要來源;煤矸石中含有銅,鉻,鉛等重金屬,經(jīng)雨水沖刷,這些重金屬將會進入地表及地下水系,造成水體污染.煤矸石利用現(xiàn)狀及余熱發(fā)電潛力分析煤矸石制磚產(chǎn)業(yè)發(fā)展煤矸石是一種重要的可利用資源,具有廣泛用途和重要的利用價值.根據(jù)成分不同,煤矸石可以用于回填,筑路,發(fā)電,生產(chǎn)復合肥料等,以及生產(chǎn)水泥,制磚,煤矸砂混凝土,硅酸鋁耐火材料,高檔?；u等新型建材.開展煤矸石資源的綜合利用是實施資源節(jié)約與環(huán)境保護的重要途徑,也是煤炭企業(yè)發(fā)展循

4、環(huán)經(jīng)濟,增強競爭力的重要措施.86煤矸石資源在建材工業(yè)具有廣泛應用前景.其中,部分低位發(fā)熱量在2.096.27兆焦/千克,含碳量在6%2O%的煤矸石適宜于遺磚,水泥和其他建筑材料.與其他利用方式相比,煤矸石制磚具有資源利用量大,連續(xù)生產(chǎn),無二次污染的優(yōu)點.目前全國的制磚行業(yè)每年消耗近10億噸粘土和約7000萬噸標煤,所排放的二氧化碳和二氧化硫總量約占建材工業(yè)的5O%,行業(yè)環(huán)境貞荷較重.發(fā)展煤矸石制磚可利用煤研石自身的熱能,做到燒磚不用煤或少用煤,能夠節(jié)約大量能源,而且有助于解決煤矸石堆存占用良田和污染環(huán)境等問題,對提高資源利用效率和改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義.同時,煤矸石空心磚的性能除與粘土磚性

5、能相當外,且重量較輕,保溫隔熱性能好,有利于腳鵬劇一建筑節(jié)能,是一種優(yōu)質(zhì)的綠色建材,具有良好發(fā)展前景.煤矸石制磚產(chǎn)業(yè)近年來呈現(xiàn)快速增長狀態(tài).2006年,煤矸石制磚總數(shù)達到了歷史性的14.22億塊,j年累計增幅達到69o/0.據(jù)不完全統(tǒng)計,截止到2006年底,全國共有煤矸石磚企業(yè)1200多家,主要分布在四川,山東,河南,北京,遼寧,吉林等地.在市場競爭的壓力驅(qū)動下,近幾年一些規(guī)模較大的煤矸石制磚企業(yè)紛紛加大了枝術(shù)改造力度,以建和在建的煤矸石磚生產(chǎn)線規(guī)模都比較大,約在600016000萬塊之問,這些企業(yè)產(chǎn)品多數(shù)以承重和非承重空心磚為主,產(chǎn)品性能優(yōu)良,其市場發(fā)展也相對成熟,大部分生產(chǎn)工序都實現(xiàn)了機械

6、化和自動化,初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級和規(guī)?；?jīng)營.利用煤矸石制磚具有較好的經(jīng)濟及社會環(huán)境綜合效益.經(jīng)測算,建設一座年產(chǎn)1億塊燒結(jié)煤矸石空心磚生產(chǎn)線,投資約3000萬元,每年可利用煤矸石約2O萬噸,減少煤矸石堆放占地2萬平方米(堆高25米),節(jié)約制磚粘土用地2_2萬平方米,綜合節(jié)約土地4.2萬平方米,節(jié)約燒磚用原煤約6000噸,可減少二氧化碳排放約1.1448萬噸;另外可以安置約12O15O人就業(yè),實現(xiàn)年利潤約800萬元人民幣.同時,在應對全球氣候變化的背景下,”低威經(jīng)濟”,“低碳技術(shù)”日益受到世界各國的關(guān)注.中國作為發(fā)展中國家,可根據(jù)京都議定書等國際協(xié)議,將節(jié)能減排所替代的二氧化碳排放量向歐盟等國際市

7、場出售(即CDM機制).根據(jù)目前1o歐元/噸的國內(nèi)二氧化碳交易價格,這一項目若能夠在國家發(fā)改委及聯(lián)合國成功注冊,每年還可得到約100萬元人民幣的”額外”收益.目前國內(nèi)煤礦歷年堆存了約50億噸煤矸石,其中至少有j0多億噸可用于制磚,能夠生產(chǎn)煤矸石磚12000億塊,節(jié)約土地100萬畝,節(jié)約標煤1.2億噸,相當于56個大型礦區(qū)的產(chǎn)量.煤矸石制磚佘熱發(fā)電技術(shù)目前我國煤矸石制磚企業(yè)能源利用效率普遍不高,余熱余能利用潛力巨大.在磚坯煅燒過程中,有大量會熱余能隨風機排出窯外,主要是煙氣余熱和產(chǎn)品冷卻余熱.經(jīng)測算,這些余熱約占其燃料消耗總量的5o%60%,其中40%左右可回收利用.一個年產(chǎn)標磚5000萬塊的隧

8、道窯每小時產(chǎn)生約600萬立方米廢氣,其高溫段煙氣溫度達400.c,平均溫度為200.C左右這部分熱量目前除摻入部分冷風降溫到125C左右用來烘干磚坯外,基本上未得到有效利用.這些熱風直接排空不僅造成巨大的能源浪費,同時也污染大氣環(huán)境.目前對此類熱能回收利用的有效途徑是采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)VO1.4220095B強睨杯耵純低溫余熱發(fā)電是利用;350.C左右的煙氣余熱產(chǎn)生低壓過熱蒸汽,以椎動蒸汽輪機做功發(fā)電.該系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單,便于管理,已實現(xiàn)完全利用余熱,無需外加熱源發(fā)電.經(jīng)過十幾年發(fā)展,中國的低溫余熱發(fā)電技術(shù)已成熟可靠,以水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)為代表,除汽輪機本體效率比日本略低外,總體技術(shù)水

9、平已經(jīng)趕上國際先進水平.目前已在國內(nèi)的石油化工,建材,水泥,制糖等行業(yè)中普遍推廣,具有較為成熟可靠的技術(shù)工藝方案,并有一批成功的企業(yè)案例.建議在煤矸石及其他制磚企業(yè)采用燒結(jié)磚廢氣余熱發(fā)電枝術(shù)回收這些煙氣余熱余能,選配500kW1000kW的余熱發(fā)電系統(tǒng).一個年產(chǎn)標磚5000萬塊的制磚企業(yè)全年可發(fā)電600萬度電,實現(xiàn)增收;300萬400萬元(含cDM額外收益).相關(guān)政策分析煤矸石綜合利用,煤矸石制磚及低溫余熱發(fā)電是國家重點支持的節(jié)能及資源利用措施.國家在一系列政策法規(guī)中明文規(guī)定企業(yè)應綜合利用煤矸石資源,并規(guī)定了相應責任.循環(huán)經(jīng)濟促進法第三十條規(guī)定:”企業(yè)應當按照國家規(guī)定,對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉煤灰

10、,煤矸石,尾礦,廢石,廢料,廢氣等工業(yè)廢物進行綜合利用”;在關(guān)于開展資源綜合利用若干問題的暫行規(guī)定,國務院批轉(zhuǎn)國家經(jīng)貿(mào)委等部門關(guān)于進一步開展資源綜合利用的意見,煤矸石綜合利用枝術(shù)政策要點,關(guān)于促進煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見以及煤炭產(chǎn)業(yè)政策等政策法規(guī)也都要求或積極鼓勵企業(yè)利用煤矸石資源.國家還在”十一五”資源綜合利用指導意見和煤炭工業(yè)發(fā)展”十一五”規(guī)劃等中長期規(guī)劃中明確要求,到2O10年,煤矸石綜合利用量5.9億噸以上,利用率達到7O%以上,其中煤矸石制磚利用達到0.9億噸.為推動煤矸石等資源綜合利用,國家給予項目,技術(shù),資金及稅收等多項優(yōu)惠措施.國家資源綜合利用優(yōu)秀實用技術(shù)(第一批)目錄就包括

11、煤矸石混合燃燒發(fā)電,煤矸石發(fā)電聯(lián)產(chǎn)空心磚,水泥和煤矸石燒結(jié)磚等技術(shù),并支持這些項目優(yōu)先立項;原國家環(huán)?？偩衷鴷斦柯?lián)合發(fā)文,對于企業(yè)綜合利用煤矸石,爐渣,粉煤灰等資源再生項目,規(guī)定在所得稅及增值稅分別給予免征,減半等優(yōu)惠,并減免1O%技術(shù)轉(zhuǎn)讓所得稅.為推動煤矸石制磚等綠色建材發(fā)展,國務院關(guān)于進一步加快墻體材料革新和推廣建筑節(jié)能的意見及發(fā)改環(huán)資關(guān)于公布第二批限時禁止使用實心粘土磚城市名單的通知拓寬了87AcademicRoundtable學術(shù)圓桌煤矸石制磚等綠色建材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間.在低溫余熱發(fā)電利用方面,國家先后在節(jié)能中長期專項規(guī)劃,促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整暫行規(guī)定,關(guān)于加快水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的若干意

12、見,水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策等一系列政策中,以及2006年底的國務院發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟電視電話會議,都要求在水泥等相關(guān)行業(yè)大力推廣低溫余熱發(fā)電.這些政策連同國家節(jié)能減排,促進產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的相關(guān)政策,共同構(gòu)成煤矸石制磚余熱發(fā)電的有利政策環(huán)境.這些政策的全面貫徹實施,將有力推動此枝術(shù)的推廣.煤矸石制磚余熱發(fā)電存在的障礙雖然煤矸石余熱發(fā)電具有良好的社會及經(jīng)濟效益,但也存在許多現(xiàn)實障礙.在技術(shù)方面,同常規(guī)發(fā)電相比,由于余熱發(fā)電項目裝機容量較小,其技術(shù)難點在于余熱能源的回收與轉(zhuǎn)換,關(guān)鍵設備是余熱鍋爐;此外,飽和蒸汽發(fā)電對汽輪機也有特殊要求;同時,因余熱溫度低需要增加換熱面積,而高濃度含塵廢氣會降低傳熱性能,加快設

13、備磨損,致使設備維護周期較短;此外,利用余熱發(fā)電還應兼顧用熱風干燥磚坯的基本生產(chǎn)需求,須做到廢氣余熱的合理利用.這些都需要設計單位給與特別重視,需要選擇富有經(jīng)驗的有知名設計單位來承擔工程設計任務.在財務方面,一個年產(chǎn)6000萬塊磚的煤矸石制磚廠,建設投資約為5000萬元,但配套的余熱利用發(fā)電工程建設投資約1000萬元,這對于相對規(guī)模較小的煤矸石制磚企業(yè)是個不小的經(jīng)濟負擔同時,其固定投資成本略高于一般發(fā)電企業(yè),由于規(guī)模較小,煤矸石余熱發(fā)電的單位工程造價均在6000元人民幣/度以上,而傳統(tǒng)火力發(fā)電項目的造價則均在5000元人民幣/度以下.但運行成本要低于常規(guī)發(fā)電企業(yè),如果自發(fā)自用,效益將更加明顯國

14、家以及地方如果能給予優(yōu)惠或支持,余熱發(fā)電項目投資回收期預期可控制在4年之內(nèi).并且隨著技術(shù)的完善和設備的逐漸成熟,其投資費用預期可在先期的基礎之上有所下降.在經(jīng)營管理方面,與傳統(tǒng)余熱發(fā)電工藝相比,煤矸石余熱發(fā)電在工藝系統(tǒng),設備都有特殊要求,對裝備的運行管理要求較高,增加企業(yè)管理的難度.此外,由于煤矸石制磚廠的窯爐為連續(xù)產(chǎn)生,全天余熱發(fā)電量相對平穩(wěn),而制磚企業(yè)的制磚機,破碎機等主要耗能設備則為間斷運行,而且大多數(shù)集中在白天生產(chǎn),造成電能利用量白天多晚上少,需要開發(fā)晚上電能利用途徑,或者實行發(fā)電上網(wǎng).在市場結(jié)構(gòu)方面,煤矸石制磚余熱發(fā)電依存于其制磚主業(yè),煤矸石制磚的市場環(huán).直接決定其余熱發(fā)電的發(fā)展空間

15、.由于監(jiān)管不嚴,一些地方還存在黑磚窯現(xiàn)象,造成粘土磚的泛濫,嚴重侵蝕煤矸石制磚等新型環(huán)保建材企業(yè)的利潤空間,影響到企業(yè)的基本生存與發(fā)展.若企業(yè)將多余的電力上網(wǎng)銷售,由于煤矸石制磚企業(yè)發(fā)電規(guī)模過小,難以競價到優(yōu)惠上網(wǎng)電價,若再扣除上網(wǎng),管理及回購費用,企業(yè)發(fā)電上網(wǎng)將很難獲利.雖然國家有各種優(yōu)惠政策,但在實際執(zhí)行中能否落實到位,還有賴于當?shù)卣闹С?以及區(qū)域電網(wǎng)公司的配合.在現(xiàn)有的”發(fā)電一上網(wǎng)一購電一自用”運行模式下,煤矸石制磚余熱發(fā)電企業(yè)與大型電網(wǎng)公司的博弈話語權(quán)非常有限,企業(yè)的生存還需要更多的外部力量支持.對策與建議目前煤矸石制磚余熱發(fā)電尚處于前期開發(fā)階段,其市場潛力雖然巨大,但仍有大量問題需要解決,需要各方面給與重視和支持.在技術(shù)方面,應加強對此技術(shù)的攻關(guān),集中解決其技術(shù)難題,穩(wěn)定生產(chǎn)工藝,提高自控水平,并為此技術(shù)的推廣與示范提供信息支持.項目示范,由于缺乏現(xiàn)實的示范或樣板企業(yè)可供借鑒,企業(yè)投資顧慮較多.建議有關(guān)部門加強與投資方,特別是大型煤炭企業(yè)開展聯(lián)合,利用大型煤炭企業(yè)用電量大,運行穩(wěn)定的特點降低項目的實施風險,爭取在UNID0等國際機構(gòu)支持下,建立12個示范項目,為后續(xù)的大規(guī)模推廣積累經(jīng)驗.加強行業(yè)管理,充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會,政府主管部門的服務職能,提供信息