水泥生产余热发电项目可行性研究报告.docx
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水泥生产余热发电项目可行性研究报告
水泥生产余热发电项目可行性研究报告
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1申报单位及项目概况
1.1企业概况
某某水泥有限公司地处某某省某某市某某县开栅镇，是某某市目前最大、产品品种最齐全、产品质量最好的水泥企业。
产品销往太原、某某、陕西等地，一批国家重点工程也曾使用该公司生产的水泥。
某某县位于太原盆地西缘，某某山脉东麓，东靠汾河，与祁县、平遥相望，西依某某山，与离石交界，北与交城、清涂相邻，南与汾阳接壤，境内公路、国道纵横交错，交通运输十分方便。
1.2项目概况
1.2.1项目提出的背景和必要性
随着中国经济的不断发展，能源问题日益突出，特别是2004年开始中国的煤炭、电力价格不断上涨，水泥制造业作为高能耗产业，成本上涨的压力越来越大，为了节能降耗，提高公司产品的竞争能力，公司拟进一步抓住发展良机，建设实施与新型干法水泥生产线配套的低温余热发电工程，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解生产用电紧张的形势，提高企业的竞争能力，另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，节约能源，减少对环境的空气污染和温室效应。
（1）项目的建设是开展资源综合利用、节约能源、环境保护和可持续发展的需求。
走进21世纪的中国，随着GDP的快速增长，能源供应紧张的状态日趋明显。
水泥制造业是一个高能耗产业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源——电力，虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，2500t/d、4500t/d新型干法水泥生产线的熟料热耗已经分别达到3140kJ/kg（750kcal/kg）、2970kJ/kg（710kcal/kg），但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20％。
树立科学发展观，建立循环经济运行体系是我国的一项长期的重大技术政策，合理地综合利用现有的宝贵资源将是我国确保经济可持续发展的关键。
在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外仍然排掉了大量的低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30%左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。
纯低温余热发电项目的实施，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解水泥制造厂生产用电的紧张形势；另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻热污染和环境污染。
以2500t/d规模的新型干法水泥生产线的一般情况为例，可在不影响水泥生产线正常生产的前提下，投资约3500万元人民币，配套建设4.5MW装机容量的纯低温余热发电系统，平均发电功率按4000kW计算，年发电量达到3024×104kWh，扣除自用电后年供电量达到2797.2×104kWh，经济效益方面分析，3～4年便可回收全部投资；环境效益方面分析，按2006年全国火电机组的平均供电煤耗为350g/kWh标准煤计算，年节约标准煤近10000t，每年减少CO2排放量25000t。
（2）项目的建设是企业节能降耗、降本增效、增强企业竞争力的需要。
某某水泥有限公司的2×2400t/d水泥熟料生产线，虽然其烧成系统采用了窑外分解系统，与其它方式的水泥烧成系统在热耗电耗方面有较大幅度的降低，但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，对这部分中、低温废气余热，国内外大多数的水泥企业普遍采用的回收方法就是余热发电，并已取得了相当成功的经验和较好的经济效益。
经基本测算，建设配套的低温余热发电系统，年发电量可达到5708.16万kwh，可节省电费开支近2900万元，可以为企业创造较大的经济效益，降低产品成本，提高产品的竞争能力。
综上所述，某某水泥有限公司利用窑头、窑尾废气进行余热发电，将熟料生产线所排出的中、低温废气采用纯低温余热发电技术加以回收利用，不仅可为公司节减大量的电力费用，从而大大降低产品成本，而且还可缓解因供电不足影响生产的矛盾，也为国家节省大量的能源，符合国家关于节能和资源综合利用政策。
1.2.2项目名称、建设地点
项目名称:
某某水泥有限公司2×2400t/d熟料生产线余热发电工程
企业名称：
某某水泥有限公司
项目建设地点：
某某省某某县开栅镇。
1.2.3建设规模
本工程为2×2400t/d熟料干法生产线配套的9MW纯低温余热发电系统，年运转时间按7200h计算，年发电量可达5708.16×104kWh。
1.2.4编制原则和指导思想
尽可能做到余热电站在正常运行时不影响水泥熟料生产线的正常生产，余热电站建设时减少对水泥生产线正常生产的影响，在此前提下余热电站设计遵循“技术先进、生产可靠、节约投资”的原则，具体指导思想如下：
（1）在不影响水泥生产的前提下最大限度地利用余热；
（2）在技术方案上统一考虑回收利用水泥生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器的废气余热，冷却机采用中部抽风，合理设计中部抽风口，最大限度利用余热；
（3）在生产可靠的前提下，提倡技术先进。
要尽可能采用先进的工艺（热力系统）技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入；
（4）以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备，克服同类型、同规模项目中暴露出的问题；
（5）余热电站设备原则上采用国产设备；
（6）余热电站主、辅机的过程控制采用集散型计算机控制系统；
（7）贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。
1.2.5编制依据和建设范围
（1）编制依据
某某水泥有限公司的委托和提供的项目申请所需的基础资料及要求。
（2）建设范围
①本项目建设范围如下：
电站总平面布置；
窑头冷却机废气余热锅炉（AQC炉）；
窑尾预热器废气余热锅炉（SP炉）；
锅炉给水处理系统；
汽轮机及发电机系统；
电站循环冷却水系统；
站用电系统；
电站自动控制系统；
电站室外汽水系统；
电站室外给、排水管网及相关配套的土建、通讯、给排水、照明、环保、劳动安全与卫生、消防、节能等辅助系统。
②本项目申请报告涉及专业包括：
总图、锅炉、汽机、电气、自动化、给排水、暖动、建筑、结构、设备、工程经济、技术经济等。
1.2.6建设条件
1.2.6.1燃料
本项目余热锅炉利用水泥熟料生产线窑头篦冷机和窑尾预热器废气，无需任何燃料。
1.2.6.2建设场地
本余热发电项目建设地点位于某某水泥有限公司厂区内，利用厂区内空余场地，可满足布置余热锅炉、纯低温余热发电站及辅助设施要求，交通利用水泥厂厂区内道路和厂外交通。
1.2.6.3供电
余热发电系统的启动电源由水泥厂降压站通过10kV线路倒送至余热发电系统提供。
1.2.6.4供水
工厂采用河水作为水泥生产线水源，水质水量能满足本工程用水需求。
余热电站用水主要包括锅炉补充水、循环水补充水、生活用水、消防用水等。
1.2.6.5气象条件
工厂所在地区气象资料如下：
某某县属暖温带大陆性半干旱气候，阳光充足、雨水缺乏、气候寒冷、霜期长，年平均气温10℃，最冷气温-20℃，最热气温36℃。
区内年降雨量约450mm。
常规地面气象参数如下：
风向：
历年主导风向：
N/E
温度：
年平均气温：
10℃
极端最高气温：
36℃
极端最低气温：
-20℃
雨量：
年平均降雨量：
450mm
湿度
年平均相对湿度：
40%
风速
年平均风速：
3.9m/s
无霜期：
180天
1.2.6.6地震
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）、及《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），本场址不处于地震高发区带，地震基本烈度值为7度，本工程按7度设防。
1.2.7资金筹措
项目资金由自有资金（资本金）、银行贷款解决，总投资6106.43万元。
（1）自有资金
项目总投资中自有资金2442.57万元，占总投资的40%，自有资金不计利息。
（2）银行贷款
银行贷款3558.18万元，年贷款利率暂计5.94%，建设期利息105.68万元。
1.2.8主要技术经济指标
序号
指标名称
单位
数量
备注
一
熟料生产规模
熟料产量
t/d
2×2400t/d
二
生产工艺方式
新型干法
三
余热发电建设规模
装机容量
kW
9000kW
四
余热发电工艺
纯低温余热发电
五
主要生产设备
1
AQC炉
台
2
2
SP炉
台
2
3
9000kW汽轮发电机组
套
1
六
发电系统指标
按照最大产量2×2800t/d设计计算
1
额定功率
kW
9000
2
计算平均发电功率
kW
7928
3
年运行时间
h
7200
4
年发电量
104kWh/a
5708.16
5
余热发电自用电率
%
7.5
6
年供电量
104kWh/a
5280
7
熟料产量
t/h
233.3
七
劳动定员
人
18
八
投资总额
万元
6106.43
1
建设投资（静态）
万元
6000.75
2
建设期利息
万元
105.68
3
流动资金
万元
0.00
九
财务评价指标
1
全投资财务内部收益率
%
25.05%
2
静态投资回收期
a
4.91
含1年建设期
3
投资利润率
%
26.69%
4
投资利税率
%
33.32%
5
全部贷款偿还期
a
3.84
含1年建设期
1.2.9结论和建议
1.2.9.1结论
（1）本低温余热发电工程的建设，充分利用窑外分解新型干法水泥熟料生产工艺中窑尾预热器、窑头熟料冷却机排掉的废气，开发利用中低品位的余热进行发电，发电用于熟料生产需要。
在能源供应越来越紧张的现实情况下，节能效果和经济效益好，符合国家关于节能和资源综合利用的政策。
（2）本项目为水泥纯低温余热利用项目，属于水泥厂节能降耗工程，作为本项目生产的产品——电能全部用于水泥厂用电，本项目建成后可降低水泥生产成本，提高企业竞争力。
（3）本项目建成后，经济效益好，全投资财务内部收益率达25.05%，全部贷款偿还期为3.84年（含1年建设期）。
1.2.9.2建议
（1）根据本报告业主落实好资金、水资源等项目建设的基本条件；
（2）业主和当地供电部门落实好接入系统，做好余热电站并网的准备；
（3）业主在项目申报、建设的同时申报CDM。
2发展规划、产业政策和行业准入分析
2.1符合发展规划和产业政策
能源、原材料、水、土地等自然资源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的重要的物质保证。
而随着经济的发展，资源约束的矛盾日益凸显。
国务院总理温家宝在第十届全国人民代表大会第三次会议上所作《政府工作报告》中对能源资源节约和合理利用就提出了“注重能源资源节约何合理利用。
缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，显著提高能源资源利用效率。
一要坚决实行开发和节约并举、把节约放在首位的方针。
鼓励开发和应用节能降耗的新技术，对高能耗、高物耗设备和产品实行强制淘汰制度。
二要抓紧制定专项规划，明确各行业节能降耗的标准、目标和政策措施。
抓好重点行业的节能节水节材工作。
鼓励发展节能环保型汽车、节能省地型住宅和公共建筑。
三要大力发展循环经济。
从资源开采、生产消耗、废弃物利用和社会消费等环节，加快推进资源综合利用和循环利用。
积极开发新能源和可再生能源。
四要加强矿产资源开发管理。
整顿和规范矿产资源开发秩序。
完善资源开发利用补偿机制和生态环境恢复补偿机制。
五要大力倡导节约能源资源的生产方式和消费方式，在全社会形成节约意识和风气，加快建设节约型社会。
”
2005年7月，国家发改委与科技部为贯彻实施《节能中长期专项规划》，进一步加强节能工作，引导节能技术进步，共同组织起草了《中国节能技术政策大纲》（2005年修订稿）。
该大纲明确支持“大型新型干法水泥窑纯低温余热发电”项目。
2006年4月，国家发改委等八部门联合下发《关于加快水泥工业结构调整的若干意见》的通知，《意见》提出了水泥工业结构调整的指导思想和调整目标，其中要求新型干法水泥吨熟料热耗由130kg下降到110kg标准煤，采用余热发电生产线达40%，水泥单位产品综合能耗下降25％。
粉尘排放量大幅度减少，工业废渣（含粉煤灰、高炉矿渣等）年利用量2.5亿吨以上。
石灰石资源利用率由60%提高到80%。
采用纯低温余热发电技术，将排放的废气余热回收并转换为电能再用于水泥生产，将废气温度大幅降低后排入大气，这对降低水泥生产的综合能耗、减排CO2、削减热污染将是非常有效途径。
综上所述，以水泥生产线窑头、窑尾废气余热建设纯低温余热发电项目，符合当前的国家产业政策。
2.2符合清洁发展机制
清洁发展机制是《京都议定书》第十二条确定的一个基于市场的灵活机制，其核心内容是允许附件一缔约方（即发达国家）与非附件一国家（即发展中国家）合作，在发展中国家实施温室气体减排项目。
清洁发展机制的设立具有双重目的：
促进发展中国家的可持续发展和为实现公约的最终目标做出贡献；协助发达国家缔约方实现其在《京都议定书》第三条之下量化的温室气体减限排承诺。
通过参与清洁发展机制项目，发达国家的政府可以获得项目产生的全部或者部分经核证的减排量，并用于履行其在《京都议定书》下的温室气体减限排义务。
对于发达国家的企业而言，获得的CERs可以用于履行其在国内的温室气体减限排义务，也可以在相关的市场上出售获得经济收益。
由于获得CERs的成本远低于其采取国内减排行动的成本，发达国家政府和企业通过参加清洁发展机制项目可以大幅度降低其实现减排义务的经济成本。
对于发展中国家而言，通过参加清洁发展机制项目合作可以获得额外的资金和（或）先进的环境友好技术，从而可以促进本国的可持续发展。
因此，清洁发展机制是一种“双赢”的机制。
清洁发展机制合作也可以降低全球实现温室气体减排的总体经济成本。
2005年10月12日国家发展改革委、科技部、外交部、财政部联合发布《清洁发展机制项目运行管理办法》，《办法》自2005年10月12日起施行。
文件中明确，温室气体减排量资源归中国政府所有，而由具体清洁发展机制项目产生的温室气体减排量归开发企业所有，因此，清洁发展机制项目因转让温室气体减排量所获得的收益归中国政府和实施项目的企业所有。
水泥行业实施低温余热发电属清洁发展机制项目（CDM），国家已发布有关的管理办法。
现实施CDM项目的各方面条件已经成熟。
实施CDM项目是利国、利民又利企业的多赢项目。
为推动水泥行业CDM项目的有效实施。
中国水泥协会于2006年4月27日在北京召开水泥清洁发展机制项目研讨会。
规划实施低温余热发电项目的水泥企业，应积极进入“清洁发展机制项目”。
我国中央政府对CDM项目意义的认识是比较前瞻的，在国际上一直认真履行《气候变化框架公约》，并积极促进《京都议定书》的生效。
自2000年以来，我国经济的迅猛发展，使我国成为温室气体减排潜力最大的发展中国家之一。
加之具有良好的国际投资环境，开展CDM项目的市场前景广阔，为许多发达国家所看好，买方很感兴趣。
我国应该抓住这个CDM的机遇，充分利用好，使其成为我国吸引技术含量高、结构更合理的外商直接投资的新渠道，在实现我国温室气体的大幅度减排过程中，促进我国的可持续发展。
为了协调和领导全球气候变化问题的国家立场和政策，1998年我国就成立了国家气候变化对策协调小组，由当时的国家计委牵头，中央政府的15个部委院局共同组成，建制了专门办公室。
2003年10月经国务院批准，新一届国家气候变化对策协调小组正式成立。
国家发改委主任马凯担任组长；国家CDM办公室设在发改委地区经济司，仍由15个中央部委院局共同组成，负责研究、制定、协调和指导全国开展CDM方面的各项工作。
关于把握CDM的时机，我们必须意识到，2012年以后我国很可能也要承担一定的温室气体减排义务。
那时国家政策或有相应地调整，可供出售的减排额度可能会减少。
另外随着其他发展中国家以及我国许多企业逐渐熟悉CDM项目的运行操作，万一出现争相抛售的情况，势必引起国际行情波动。
从卖方市场转变成买方市场。
各种正负因素的综合作用，届时国际碳价将有诸多不确定性，最终经济效益难以预料。
所以说CDM项目或碳交易的收益是有一定时期局限的，对我国则更是这样，一定要尽早抓住这个机遇。
“十五”期间我国水泥工业取得长足的发展，2008年全国规模以上水泥企业总产量13.99亿吨，其中PC窑水泥占61%。
预计“十一五”期间，到2010年水泥总产量约为15亿吨，我国水泥工业的结构将趋于可持续发展状态。
我国水泥工业结构调整将取得决定性胜利的时期（2006-2010年）正好与《公约》附件一所列的39个工业发达国家的第一承诺期（2008-2012年）相重合，恰是CDM项目国际碳排交易市场上买家需求最多的时期。
随着我国大量新建PC窑的陆续投产，新型干法水泥生产线纯低温余热发电CDM项目的范围明确，技术成熟，建设期短，项目概念文件编制较简单，基准线研究和减排量预测交易，监测计量核实准确，项目谈判容易达成协议，因而项目可以较快获得审定批准，正式启动快，实际收益回收也较快；这对交易双方，中介机构以及CDM执行理事会等各方面都非常有利。
与其他的发展中国家或其他的重化工行业相比，我国水泥工业独具这种优势，应充分利用之。
粗略估算，到2010年我国水泥工业有一半的4000t/d以上的PC窑采用纯低温余热发电的话，则届时可供CDM国际销售的CO2减排额度将达每年1000万吨之多。
这的确是一个引进先进技术和资金的良好途径。
2.3符合行业发展需求
据统计资料，2008年底中国境内建成并已投入运行的新型干法水泥生产线约920条左右，在建水泥熟料生产线约420条，预计到2010年新型干法水泥生产线的数量将达到1340条左右。
根据国家现行产业政策和“八部委”文件要求，截止2010年国内新型干法水泥生产线配套建设纯低温余热电站的比例将达到40％，即到2010年底以前还将有约536座纯低温余热电站建成并投入运行。
2.4市场预测
本项目为水泥纯低温余热利用项目，属于水泥厂节能降耗工程，作为本项目生产的产品——电能全部用于水泥厂用电，本项目建成后可降低水泥生产成本，提高企业竞争力，由于本项目发电全部供水泥厂自用，故本项目不存在销售问题，本项目的生存年限与水泥厂相同。
3.资源开发及综合利用分析
节约能源是我国发展国民经济的长期基本国策，作为单位产品能源消耗较大的水泥制造业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源——电力，虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，2500t/d、4500t/d新型干法水泥生产线的熟料热耗已经分别达到3140kJ/kg（750kcal/kg）、2970kJ/kg（710kcal/kg），但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20％。
进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。
树立科学发展观，建立循环经济运行体系是我国的一项长期的重大技术政策，合理地综合利用现有的宝贵资源将是我国确保经济可持续发展的关键。
在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外仍然排掉了大量的低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30%左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。
纯低温余热发电项目的实施，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解水泥制造厂生产用电的紧张形势；另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻热污染和环境污染。
本工程为利用公司2×2400t/d熟料生产线窑头、窑尾废气余热建设的一座9000kW纯低温余热发电站，就工程本身而言，不消耗能源，是一个具有利废（充分利用废气余热）、环保（大量减排CO2）、节能（进一步降低水泥生产电耗）三重效果的项目。
2×2400t/d熟料线废气余热条件为：
（1）在窑头设置AQC余热锅炉回收窑头冷却机105000Nm3/h（标况），380℃废气余热，过热器生产1.57MPa-360℃过热蒸汽9.9t/h，同时产生0.34MPa-178℃低压蒸汽2.64t/h，经过锅炉后的废气温度降至约97℃。
可以利用的废热资源有4045.2×104kJ/h。
（2）窑尾设置SP余热锅炉回收窑尾预热器175000Nm3/h（标况），300℃废气余热，生产1.57MPa-280℃过热蒸汽9.56t/h，废气温度由300℃降至约210℃。
可以利用的废热资源有2457.5×104kJ/h。
以上回收热量经发电系统转换的平均电量为7928kW。
4技术方案
4.1水泥工业余热发电的技术发展
4.1.1水泥工业余热发电技术的发展历程
我国水泥窑余热发电大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉中低温余热发电、预热器及预分解窑纯低温余热发电三个发展阶段。
第一阶段：
在20世纪20～30年代由于电力紧张，我国建设了一批干法中空窑余热发电水泥厂，其中水泥窑废气温度为800℃～900℃、熟料热耗为6700kJ～8400kJ/kg，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料100kWh～130kWh，尽管该技术落后，但满足了当时水泥生产用电的需要。
20世纪50～70年代由于我国国民经济对水泥需求量的增加和电力供应紧张，为我国水泥窑余热发电的发展创造了条件，使我国水泥窑余热发电技术经历了第一个发展时期，70年代末80年代初完成了对日伪时期建设的余热发电窑的技术改造，并新建了若干条余热发电窑。
在解决了余热锅炉所存在的许多重大技术问题和难题后，吨熟料余热发电量大于170kWh，标志着我国中空窑余热发电技术达到了一个新的水平。
第二阶段：
20世纪90年代，我国水泥工业以发展新型干法工艺为主，随着新型干法水泥熟料煅烧技术的发展，水泥生产过程中的废气余热温度已降至450℃以下，同时由于电力供应紧张局面一时难于缓解，余热发电窑仍然有生存及发展的条件，使我国水泥窑余热发电技术经历了第二个发展时期。
该阶段余热发电的主要技术特征是利用150℃至450℃的废气余热建设带补燃锅炉的中低温余热发电技术，同时将以煤粉为燃料的补燃锅炉升级为以煤矸石等劣质燃料为燃料的流化床补燃锅炉，燃用发热量小于3000kcal/kg以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，流化床补燃锅炉所产生灰渣全部回用于水泥生产，使我国水泥窑余热利用上了一个新水平。
第三阶段：
随着人们节能和环保意识的提高，在新型干法水泥生产过程中的废气余热温度已降至350℃以下、熟料热耗为2900kJ～3300kJ/Kg的条件下，不需要增加补燃锅炉从而不增加粉尘、废渣、烟气及二氧化硫的排放的单纯以余热利用为目的的纯低温余热发电技术有了较大发展。
该技术从上世纪60年代末开始研制，70年代中期进入实用阶段，80年代初期达到高潮，尤其是日本应用最为广泛。
1995年8月17日国家计委、原国家建材局与日
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