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中国水泥企业能源消耗特征分析 蔡博峰曹东周颖张战胜 环境保护部环境规划院气候变化与环境政策研究中心， 北京100012 摘要 基于我国 2007 年水泥熟料全口径 4 305 家企业的能源消耗数据， 分析了我国熟料生产企业的能耗特征， 结论是 企业分散， 生产规模小 15. 12 104t/a ， 单位熟料能耗高 0. 14 tce/t 。通过聚类分析， 将熟料企业分为 4 类， 提出小 型企业是我国节能降耗和淘汰、 重组与整合的重点。如果到 2020 年， 全部淘汰小型企业和中型企业， 则可以比基准情 景节能 0. 19 亿 t 标煤。 关键词 水泥企业; 熟料; 能耗特征 ANALYSIS OF ENERGY CONSUMPTION FEATURES OF CHINESE CEMENT PLANTS Cai BofengCao DongZhou YingZhang Zhansheng Center for Climate and Environmental Policy， Chinese Academy for Environmental Planning，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100012， China AbstractThe statistical features of energy consumption of China clinker production plants were analyzed based on the first state pollution source survey dataset，which includes all the 4 305 plants. The results showed that small scale 15. 12 104t clinker /aand low energy efficiency 0. 14 tce/t clinkeron average level are the main features in China in 2007. According to cluster analysis，the plants were divided into 4 groups. The proposal of phasing out the small scales gradually was raised and that would achieve a 19Mtce energy savings if this proposal was realized by 2020. Keywordscement plants;clinker;energy consumption features 0引言 我国是水泥大国， 2009 年我国水泥产量 16. 48 亿 t， 约占世界总产量的 56 ［ 1］， 产量连续 21 年居世 界第一。水泥是高能耗行业， 2007 年水泥行业能源 消费总量占全国能源消费总量的 5. 6 ， 煤炭消费量 占全国 煤 炭 消 费 量 的 6. 7 ， 万 元 增 加 值 能 耗 为 11. 76 tce［ 2］。随着我国基础设施建设的大规模开展， 水泥产量持续增长， 其能源消耗在国际温室气体减排 和国家节能降耗的双重压力下， 面临巨大挑战 ［ 3- 4］。 熟料煅烧环节是水泥企业能源消耗的核心环节， 水泥生产的绝大部分能耗都发生在熟料生产环节， 几 乎所有化石燃料都消耗在熟料生产中， 因此这一环节 是水泥行业能源消耗研究和节能的重点。同时， 由于 企业间普遍存在熟料买入卖出现象， 即许多企业所用 熟料并非自己生产， 因而， 以熟料为参照研究中国企 业水平能源消耗的统计特征比以水泥为参考要清晰、 准确和简单得多。 本研究基于水泥企业全口径普查数据， 分析中国 水泥企业能源消耗特征、 区域差异和节能潜力。 1中国水泥企业能耗总体特征 2007 年中国水泥企业共 6 927 家 包括粉磨站、 配制站等 ， 能源总消耗量为 13 389 万 tce 略低于 中国水泥年鉴 2008 中的 14 190 万 tce， 本文以下 数据都为调查基础数据 。中国 2007 年生产熟料的 企业共 4 305 家 由于个别企业数据不完整， 实际分 析中的企业数略小于该值 ， 水泥窑炉 7 622 座， 平均 每个企业 1. 8 个窑炉。2007 年熟料总产量为 92 475 万 t， 能源消耗量为 11 920 万 tce， 占水泥行业生产总 能耗的 89 。2007 年熟料生产企业统计见表 1。 从表 1 中可以看出2007 年中国企业平均熟料 产量仅有 21. 48 万 t， 单位熟料能耗为 0. 13 tce/t。偏 度系数是描述变量取值分布对称性的指标， 熟料产 量、 能耗的偏度系数都大于 0， 说明企业生产规模 单边分布现象严重， 即小产量企业极多， 而不是中等 321 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 表 1中国 2007 年熟料生产企业统计 项目 熟料产量 / 万 t 能源消耗 / 万 tce 单位熟料能耗 / tce t － 1 均值21. 482. 770. 13 中值15. 122. 210. 14 标准方差57. 776. 070. 05 偏度系数8. 337. 590. 44 峰度系数103. 6388. 410. 59 规模企业占多数的正态分布。根据我国水泥企业能 效对标研究 ［ 5］， 这一能耗水平基本上是 1 000 t/d 以 下生产规模的水平。峰度系数描述了企业统计分布 的陡峭程度， 高值表明企业在某一规模上非常集中， 导致统计分布的峰形尖锐。从这两个系数可以看出， 熟料生产企业的统计分布与正态分布差距很大， 因而 均值不能合理表达其总体特征。从统计意义上讲， 此 时中值是表达整体水平的合理选择， 即水泥企业平均 规模为 15. 12 万 t， 能耗规模水平为 2. 21 万 tce， 单位 熟料能耗水平为 0. 14 tce/t。美国是水泥生产小国， 其 2007 年熟料产量仅 8747 万 t， 但仅有 107 个企业， 企业平均规模达到 82 万 t［ 6］， 是我国的 3. 8 倍。 2007 年全国熟料能耗水平为 0. 14 tce/t 4. 1GJ/t ， 和中国水泥协会计算的 0. 138 tce/t［ 7］基本一致。这 一水平高于全球平均水平 3. 68 GJ/t WBCSD 数据 库 ［ 8］， 基本与北美水平 4. 17 GJ/t 相当， 相对欧洲 3. 72 GJ/t 和日本、 澳大利亚和新西兰 3. 32 GJ/t 都有一定差距， 但 WBCSD 数据库仅包括了大型企 业， 所以能效数值可能会偏低。 为了进一步了解企业分布特征， 以企业熟料产 量、 能源消耗量和单位熟料能耗作为 3 个变量， 进行 聚类分析， 通过反复迭代和临界值检验， 最终确定最 优聚类数为 4， 结果见表 2。表 2 中的数值代表 1 ～ 4 个企业类别的聚类中心值。或熟料生产企业以上 述 3 个变量为维度空间， 可以划分为 4 类， 聚类中心 代表每类的基本特征数。通过单因素方程分析， 熟料 产量、 能源消耗量和单位熟料能耗 3 个变量的 4 个分 组内的差异显著 P 0. 05 ， 因而说明 3 个变量独立 性强， 在聚类中都发挥了重要作用。 从表 2 中可以看出熟料生产企业可以划分为 4 类， 大 型、 较 大 型、 中 型 和 小 型， 绝 大 部 分 企 业 3 498 个 都属于小型， 即生产规模在 10 万 t/a 左 右， 占 总 企 业 数 的 88. 18 ， 而 产 量 仅 占 总 产 量 的46. 40 ， 其能源消耗却占总能耗的50. 79 。 反映 表 2中国 2007 年熟料生产企业聚类分析结果 分 组 熟料 产量 / 104t 能源 消耗 / 104tce 单位熟料 能耗 / tcet － 1 占总企业 数比例 / 总熟料产 量比例 / 能源消耗 比例 / 聚类规 模划分 1686. 4075. 710. 1110. 155. 494. 60大型 2290. 4335. 220. 1221. 0315. 8714. 63较大型 3109. 0113. 330. 12410. 6432. 2429. 98中型 410. 211. 480. 15288. 1846. 4050. 79小型 F8 288. 54 5 724. 63728. 65 Sig.0. 0000. 0000. 000 出我国熟料生产企业存在大量小规模企业， 整个水泥 生产行业企业分散程度高， 水泥生产的规模效益不明 显等特征。 中型 规 模 企 业 109 万 t/a企 业 数 仅 占 到 10. 64 ， 其能耗水平大致在 124 kgce/t， 比小型企业 的能耗水平要低 28 kgce/t。较大型企业 290 万 t/a 个数更少， 仅占全国企业的 1. 03 ， 但熟料产量却占 15. 87 ， 其能耗水平基本上达到了国家水泥单位产 品能源消耗限额 GB 167802007水泥单位产品能 源消耗限额 中的对现有企业 4 000 t/d 以上的可比 熟料综合煤耗限额值要求。大型企业 686 万 t/a 数 量极少， 企业个数仅占总企业的 0. 15 ， 但熟料产量 却占总产量的 5. 49 ， 并且单位产量能耗低， 平均水 平为 111 kgce/t。根据能耗趋势回归分析可知， 企业 单位产量能耗随着产量的上升呈下降趋势， 即小型企 业在能源消耗上处于劣势。实际上， 本研究没有考虑 水泥窑的余热利用， 如果考虑余热发电等形式的能源 利用， 小型企业更没有优势， 其相比而言能耗水平会 更高。 2中国各省水泥企业能耗特征 我国各省水泥熟料生产情况差异较大， 沿海地区 的山东、 江苏、 浙江、 福建、 广东和内陆的安徽、 河北、 河南都是熟料生产大省。同时， 每个省不同规模熟料 生产企业的熟料产量比例也不尽相同。大型规模和 较大型规模的企业都分布在中东部地区， 西部地区基 本都是小型企业和中型企业。能源消耗上， 安徽、 广 东、 山东、 浙江、 河北、 江苏、 辽宁、 四川等省都是熟料 能耗大省， 基本都在 600 万 tce 以上。然而由于各省 熟料生产企业类型和比例有所差异， 所以熟料生产能 耗与熟料产量也各不相同。我国各省熟料生产能源 消耗比例见图 1。 小规模企业在全国普遍分布， 其中广东省最多， 四川省、 湖南省、 河北省、 贵州省、 广西壮族自治区等 421 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 图 1中国各省熟料生产能源消耗 省的小企业个数也较多。中型企业主要分布在浙江、 山东、 江苏、 广东、 河南、 河北、 江西等省; 较大型企业 在山东、 安徽、 广西、 湖北、 江苏、 浙江等省分布较为均 匀， 没有非常集中的现象; 大型企业都分布在南方的 江苏、 安徽和广东省。 3节能潜力分析 我国水泥行业节能减排工作力度很大， 成效显 著。2008 年， 全国关停立窑企业 502 家， 淘汰立窑水 泥产能 5 300 万 t， 全国熟料产量 9. 7 亿 t， 其中预分 解窑熟料产量 5. 96 亿 t， 占熟料总产量的 61. 4 。 2008 年 6 月正式实施 GB 167802007。2009 年全国 关停新型干法熟料生产线 27 条， 关停新型干法熟料 生产能力 1 062 万 t; 关停其它熟料生产能力 8 359 万 t， 关停水泥熟料生产能力 9 421 万 t， 2009 年水泥 熟料生产企业比 2008 年减少 713 家。2009 年全国 水泥熟料产量达到 10. 79 亿 t， 其中新型干法熟料产 量 7. 79 亿 t， 水泥熟料产量新型干法比例 72. 25 。 2009 年每吨熟料能耗降至 124. 15 kgce。2010 年4 月 国务院发布 7 号文件， 强调加强淘汰落后产能工作， 继续淘汰窑径 3. 0 m 以下水泥机械化立窑生产线、 窑 径 2. 5 m 以下水泥干法中空窑 生产高铝水泥的除 外 、 水泥湿法窑生产线 主要用于处理污泥、 电石渣 等的除外 等。国家发改委副主任解振华介绍， 2010 年还将关停水泥 9 000 余万 t。随着水泥行业力推节 能降耗、 关停淘汰落后产能措施， 我国水泥企业规模 必然逐年增长， 熟料能耗也会不断下降。我国各省熟 料生产企业规模、 能耗水平差异较大， 因而各省今后 落后产能淘汰和节能空间也各不相同。可以肯定的 是， 单位产品能耗高、 企业规模小的小型企业是随着 政策的不断严格和能耗标准的提高会逐渐淡出水泥 市场。 根据 WWF 预测， 中国水泥产量到 2020 年会达 到 18. 5 亿 t［ 9］， 而国际能源署 IEA 和世界可持续发 展工商理事会 WBCSD 出版的水泥技术路线图 2009 ［ 10］中 预 测 的 中 国 2020 年 水 泥 产 量 约 为 17 亿 t。 但两个机构的研究都认为中国水泥产量都会在 2020 年达到顶峰， 之后产量会逐渐缓慢下降。考虑 到我国 2009 年水泥产量已经达 16. 48 亿 t， 设定我国 2020 年水泥产量为 18. 5 亿 t， 水泥熟料比取 0. 7， 则 2020 年熟料产量达到 12. 95 亿 t。假定到 2020 年， 现 有大型和较大型企业都保留， 淘汰、 整合和重组中型 和小 型 企 业， 则 现 有 企 业 到 2020 年 熟 料 产 量 为 2 亿 t， 则其他 10. 95 亿 t 熟料都是 2007 年以后技术 更新、 重 组整 合和 淘 汰 新增产 能生产的， 根据 GB 167802007 新建企业可比熟料综合煤耗限额准入值 必须小于 0. 115 tce/t。则到 2020 年， 我国熟料生产能 耗达到 1. 49 亿 tce， 比基准情景节约 0. 19 亿 t 标煤。 如果设定到 2020 年我国各省熟料生产能力主要 是在原有基础上的更新、 整合、 重组和新增， 各省熟料 产量的相对比例保持稳定， 则可以计算各省到 2020 年水泥行业的主要节能潜力， 见表 3。 表 3中国各省水泥企业节能潜力 省份 2007 年企业类型比例 / 小型中型较大型大型 2020 年 熟料产量 / 万 t 2020 年能耗 /万 tce 基准情 景能耗 节能 潜力 安徽省31. 5614. 4526. 2527. 7412 075. 271 350. 2938. 17 广东省47. 6924. 178. 4419. 6911 872. 461 347. 0114. 24 江苏省19. 3441. 3027. 9911. 377 910. 84907. 838. 91 北京市27. 0672. 940. 000. 001 172. 11158. 2120. 02 福建省63. 6836. 320. 000. 004 040. 70531. 3757. 02 甘肃省75. 4224. 580. 000. 001 377. 68236. 2466. 52 贵州省87. 3712. 630. 000. 002 039. 81281. 0139. 70 海南省32. 3367. 670. 000. 00384. 0744. 060. 09 黑龙江省58. 7141. 290. 000. 001 516. 34223. 5842. 06 湖南省66. 2033. 800. 000. 005 305. 50648. 7333. 00 江西省56. 0943. 910. 000. 005 436. 69620. 583. 97 辽宁省67. 3032. 700. 000. 004 235. 62889. 30343. 89 宁夏回族 自治区 42. 3857. 620. 000. 00881. 29132. 0326. 24 青海省81. 4118. 590. 000. 00481. 4969. 8412. 37 山西78. 3321. 670. 000. 003 024. 36456. 4392. 88 上海市59. 9840. 020. 000. 00485. 6433. 6718. 96 四川省84. 5615. 440. 000. 004 987. 55765. 69164. 26 521 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 续表 3 省份 2007 年企业类型比例 / 小型中型较大型大型 2020 年 熟料产量 / 万 t 2020 年能耗 /万 tce 基准情 景能耗 节能 潜力 天津市26. 3673. 640. 000. 00370. 1750. 156. 48 西藏自治区 100. 000. 000. 000. 00166. 78 26. 756. 47 新疆维吾 尔自治区 81. 8918. 110. 000. 001 500. 61319. 45125. 58 云南省70. 6129. 390. 000. 003 953. 34557. 0887. 59 重庆市62. 7837. 220. 000. 002 911. 96401. 9657. 36 广西壮族 自治区 41. 7614. 4043. 840. 005 222. 73633. 0017. 91 浙江省14. 0959. 4726. 440. 009 113. 731 056. 173. 38 山东省36. 1740. 9022. 930. 00 12 493. 751 291. 77136. 23 湖北省45. 1513. 0941. 760. 004 921. 93708. 25112. 82 河北省53. 5929. 6416. 780. 008 216. 23970. 2515. 81 吉林省23. 0137. 9339. 050. 002 257. 75313. 0541. 90 河南省30. 9350. 8518. 220. 005 469. 89630. 213. 26 陕西省46. 2541. 2312. 520. 003 585. 18451. 6831. 75 内蒙古 自治区 48. 2030. 5021. 300. 002 088. 56586. 43294. 14 注未计台湾省。 4结论 2007 年我国熟料生产企业的特征是规模小和高 度分散， 全国有 4 305 家熟料生产企业， 企业规模水 平只有 15. 12 万 t/a， 单位熟料能耗为 0. 14 tce/t， 熟 料能耗水平低于全球平均水平。通过聚类分析， 全国 熟料企业可以分为 4 种类型， 其中小型企业最多， 占 企业 个 数 比 例 88. 18 ，其 生 产 规 模 小 10. 21 万 t/a ， 单位熟料能耗高 0. 152 tce/t ， 是今后节能 降耗工作重组、 整合和淘汰的目标。通过对我国水泥 企业全口径统计分析， 清楚地把握我国水泥生产的能 耗特征和今后节能的潜力空间， 为我国实现节能减排 目标和各省指标分解工作奠定了坚实的基础。 参考文献 ［1 ］ USGS. 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