煤矸石制砖余热发电研究

1、煤矸石制砖余热发电研究academicroundtable学术圆桌煤矸石制砖余热发电研究张迪/中国人民大学环境学院刘昕宋玲玲/北京能环科技发展中心丁伟东周炫/西安墙体材料研究设计院丁挺/天津经济技术开发区环境保护局煤矸石是煤炭开采及加工过程中排出的主要固体废弃物,其组成为多种岩石的混合物.煤矸石的生产与煤炭产量分布具有密切联系,中国的煤矸石产生量相当于煤炭产量的1o%15%,2007年中国共生产原煤25.2亿吨,同期煤矸石产量约为5亿吨,煤矸石已经是中国目前排放量最大的工业固体废弃物之一目前煤矸石除部分得到综合利用外,其会大部分自然堆放.煤矸石堆放对环境影响很大:煤矸石山往往占用大量土地,破坏

2、地质地貌景观,据统计,到2007年底,全国已累计堆放煤矸石50多亿吨,占地约6670多公顷;煤矸石中所含有可燃物经氧化积蓄大量热量容易形成自燃,向空气中排放大量粉尘,二氧化硫,氮氧化物,烟尘等污染物,影响当地空气质量;现有的煤矸石山有将近1/发生过自燃,到现在全国还有几百座煤矸石山的内部在缓慢燃烧;长期堆放的煤矸石经过风化作用变为粉尘随风进入空气,成为矿区空气中粉尘及可吸入自”八五”以来,煤矸石综合利用有了较大发展,特别是从”九五”以后,煤矸石综合利用已由”无害化”逐步走向”资源化”,利用途径不断扩大,技术水平不断提高.从1985年到2005年,已累计利用煤矸石15亿多吨,特别是从2000年到

3、2005年”十?五”期间,重点国有煤矿的煤矸石利用率从5.6%提高到67.5%,取得较大进展(表1).表1中国重点国有煤矿煤矸石产量及利用量数据来源:中国环境统计年鉴.颗粒物的重要来源;煤矸石中含有铜,铬,铅等重金属,经雨水冲刷,这些重金属将会进入地表及地下水系,造成水体污染.煤矸石利用现状及余热发电潜力分析煤矸石制砖产业发展煤矸石是一种重要的可利用资源,具有广泛用途和重要的利用价值.根据成分不同,煤矸石可以用于回填,筑路,发电,生产复合肥料等,以及生产水泥,制砖,煤矸砂混凝土,硅酸铝耐火材料,高档玻化砖等新型建材.开展煤矸石资源的综合利用是实施资源节约与环境保护的重要途径,也是煤炭企业发展循

4、环经济,增强竞争力的重要措施.86煤矸石资源在建材工业具有广泛应用前景.其中,部分低位发热量在2.096.27兆焦/千克,含碳量在6%2o%的煤矸石适宜于遗砖,水泥和其他建筑材料.与其他利用方式相比,煤矸石制砖具有资源利用量大,连续生产,无二次污染的优点.目前全国的制砖行业每年消耗近10亿吨粘土和约7000万吨标煤,所排放的二氧化碳和二氧化硫总量约占建材工业的5o%,行业环境贞荷较重.发展煤矸石制砖可利用煤研石自身的热能,做到烧砖不用煤或少用煤,能够节约大量能源,而且有助于解决煤矸石堆存占用良田和污染环境等问题,对提高资源利用效率和改善生态环境具有重要意义.同时,煤矸石空心砖的性能除与粘土砖性

5、能相当外,且重量较轻,保温隔热性能好,有利于脚鹏剧一建筑节能,是一种优质的绿色建材,具有良好发展前景.煤矸石制砖产业近年来呈现快速增长状态.2006年,煤矸石制砖总数达到了历史性的14.22亿块,j年累计增幅达到69o/0.据不完全统计,截止到2006年底,全国共有煤矸石砖企业1200多家,主要分布在四川,山东,河南,北京,辽宁,吉林等地.在市场竞争的压力驱动下,近几年一些规模较大的煤矸石制砖企业纷纷加大了枝术改造力度,以建和在建的煤矸石砖生产线规模都比较大,约在600016000万块之问,这些企业产品多数以承重和非承重空心砖为主,产品性能优良,其市场发展也相对成熟,大部分生产工序都实现了机械

6、化和自动化,初步实现产业升级和规模化经营.利用煤矸石制砖具有较好的经济及社会环境综合效益.经测算,建设一座年产1亿块烧结煤矸石空心砖生产线,投资约3000万元,每年可利用煤矸石约2o万吨,减少煤矸石堆放占地2万平方米(堆高25米),节约制砖粘土用地2_2万平方米,综合节约土地4.2万平方米,节约烧砖用原煤约6000吨,可减少二氧化碳排放约1.1448万吨;另外可以安置约12o15o人就业,实现年利润约800万元人民币.同时,在应对全球气候变化的背景下,”低威经济”,“低碳技术”日益受到世界各国的关注.中国作为发展中国家,可根据京都议定书等国际协议,将节能减排所替代的二氧化碳排放量向欧盟等国际市

7、场出售(即cdm机制).根据目前1o欧元/吨的国内二氧化碳交易价格,这一项目若能够在国家发改委及联合国成功注册,每年还可得到约100万元人民币的”额外”收益.目前国内煤矿历年堆存了约50亿吨煤矸石,其中至少有j0多亿吨可用于制砖,能够生产煤矸石砖12000亿块,节约土地100万亩,节约标煤1.2亿吨,相当于56个大型矿区的产量.煤矸石制砖佘热发电技术目前我国煤矸石制砖企业能源利用效率普遍不高,余热余能利用潜力巨大.在砖坯煅烧过程中,有大量会热余能随风机排出窑外,主要是烟气余热和产品冷却余热.经测算,这些余热约占其燃料消耗总量的5o%60%,其中40%左右可回收利用.一个年产标砖5000万块的隧

8、道窑每小时产生约600万立方米废气,其高温段烟气温度达400.c,平均温度为200.c左右这部分热量目前除掺入部分冷风降温到125c左右用来烘干砖坯外,基本上未得到有效利用.这些热风直接排空不仅造成巨大的能源浪费,同时也污染大气环境.目前对此类热能回收利用的有效途径是采用纯低温余热发电技术vo1.4220095b强睨杯耵纯低温余热发电是利用;350.c左右的烟气余热产生低压过热蒸汽,以椎动蒸汽轮机做功发电.该系统的特点是结构简单,便于管理,已实现完全利用余热,无需外加热源发电.经过十几年发展,中国的低温余热发电技术已成熟可靠,以水泥窑余热发电技术为代表,除汽轮机本体效率比日本略低外,总体技术水

9、平已经赶上国际先进水平.目前已在国内的石油化工,建材,水泥,制糖等行业中普遍推广,具有较为成熟可靠的技术工艺方案,并有一批成功的企业案例.建议在煤矸石及其他制砖企业采用烧结砖废气余热发电枝术回收这些烟气余热余能,选配500kw1000kw的余热发电系统.一个年产标砖5000万块的制砖企业全年可发电600万度电,实现增收;300万400万元(含cdm额外收益).相关政策分析煤矸石综合利用,煤矸石制砖及低温余热发电是国家重点支持的节能及资源利用措施.国家在一系列政策法规中明文规定企业应综合利用煤矸石资源,并规定了相应责任.循环经济促进法第三十条规定:”企业应当按照国家规定,对生产过程中产生的粉煤灰

10、,煤矸石,尾矿,废石,废料,废气等工业废物进行综合利用”;在关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定,国务院批转国家经贸委等部门关于进一步开展资源综合利用的意见,煤矸石综合利用枝术政策要点,关于促进煤炭工业健康发展的若干意见以及煤炭产业政策等政策法规也都要求或积极鼓励企业利用煤矸石资源.国家还在”十一五”资源综合利用指导意见和煤炭工业发展”十一五”规划等中长期规划中明确要求,到2o10年,煤矸石综合利用量5.9亿吨以上,利用率达到7o%以上,其中煤矸石制砖利用达到0.9亿吨.为推动煤矸石等资源综合利用,国家给予项目,技术,资金及税收等多项优惠措施.国家资源综合利用优秀实用技术(第一批)目录就包括

11、煤矸石混合燃烧发电,煤矸石发电联产空心砖,水泥和煤矸石烧结砖等技术,并支持这些项目优先立项;原国家环保总局曾会同财政部联合发文,对于企业综合利用煤矸石,炉渣,粉煤灰等资源再生项目,规定在所得税及增值税分别给予免征,减半等优惠,并减免1o%技术转让所得税.为推动煤矸石制砖等绿色建材发展,国务院关于进一步加快墙体材料革新和推广建筑节能的意见及发改环资关于公布第二批限时禁止使用实心粘土砖城市名单的通知拓宽了87academicroundtable学术圆桌煤矸石制砖等绿色建材产业的发展空间.在低温余热发电利用方面,国家先后在节能中长期专项规划,促进产业结构调整暂行规定,关于加快水泥工业结构调整的若干意

12、见,水泥工业产业发展政策等一系列政策中,以及2006年底的国务院发展循环经济电视电话会议,都要求在水泥等相关行业大力推广低温余热发电.这些政策连同国家节能减排,促进产业技术升级的相关政策,共同构成煤矸石制砖余热发电的有利政策环境.这些政策的全面贯彻实施,将有力推动此枝术的推广.煤矸石制砖余热发电存在的障碍虽然煤矸石余热发电具有良好的社会及经济效益,但也存在许多现实障碍.在技术方面,同常规发电相比,由于余热发电项目装机容量较小,其技术难点在于余热能源的回收与转换,关键设备是余热锅炉;此外,饱和蒸汽发电对汽轮机也有特殊要求;同时,因余热温度低需要增加换热面积,而高浓度含尘废气会降低传热性能,加快设

13、备磨损,致使设备维护周期较短;此外,利用余热发电还应兼顾用热风干燥砖坯的基本生产需求,须做到废气余热的合理利用.这些都需要设计单位给与特别重视,需要选择富有经验的有知名设计单位来承担工程设计任务.在财务方面,一个年产6000万块砖的煤矸石制砖厂,建设投资约为5000万元,但配套的余热利用发电工程建设投资约1000万元,这对于相对规模较小的煤矸石制砖企业是个不小的经济负担同时,其固定投资成本略高于一般发电企业,由于规模较小,煤矸石余热发电的单位工程造价均在6000元人民币/度以上,而传统火力发电项目的造价则均在5000元人民币/度以下.但运行成本要低于常规发电企业,如果自发自用,效益将更加明显国

14、家以及地方如果能给予优惠或支持,余热发电项目投资回收期预期可控制在4年之内.并且随着技术的完善和设备的逐渐成熟,其投资费用预期可在先期的基础之上有所下降.在经营管理方面,与传统余热发电工艺相比,煤矸石余热发电在工艺系统,设备都有特殊要求,对装备的运行管理要求较高,增加企业管理的难度.此外,由于煤矸石制砖厂的窑炉为连续产生,全天余热发电量相对平稳,而制砖企业的制砖机,破碎机等主要耗能设备则为间断运行,而且大多数集中在白天生产,造成电能利用量白天多晚上少,需要开发晚上电能利用途径,或者实行发电上网.在市场结构方面,煤矸石制砖余热发电依存于其制砖主业,煤矸石制砖的市场环.直接决定其余热发电的发展空间

15、.由于监管不严,一些地方还存在黑砖窑现象,造成粘土砖的泛滥,严重侵蚀煤矸石制砖等新型环保建材企业的利润空间,影响到企业的基本生存与发展.若企业将多余的电力上网销售,由于煤矸石制砖企业发电规模过小,难以竞价到优惠上网电价,若再扣除上网,管理及回购费用,企业发电上网将很难获利.虽然国家有各种优惠政策,但在实际执行中能否落实到位,还有赖于当地政府的支持,以及区域电网公司的配合.在现有的”发电一上网一购电一自用”运行模式下,煤矸石制砖余热发电企业与大型电网公司的博弈话语权非常有限,企业的生存还需要更多的外部力量支持.对策与建议目前煤矸石制砖余热发电尚处于前期开发阶段,其市场潜力虽然巨大,但仍有大量问题需要解决,需要各方面给与重视和支持.在技术方面,应加强对此技术的攻关,集中解决其技术难题,稳定生产工艺,提高自控水平,并为此技术的推广与示范提供信息支持.项目示范,由于缺乏现实的示范或样板企业可供借鉴,企业投资顾虑较多.建议有关部门加强与投资方,特别是大型煤炭企业开展联合,利用大型煤炭企业用电量大,运行稳定的特点降低项目的实施风险,争取在unid0等国际机构支持下,建立12个示范项目,为后续的大规模推广积累经验.加强行业管理,充分发挥行业协会,政府主管部门的服务职能,提供信息