窯爐改造:鐵合金電石行業(yè)很渴求
工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)是基于工業(yè)窯爐清潔生產(chǎn)和資源循環(huán)利用的系統(tǒng)解決方案，市場需求迫切。 2006年～2009年，中國工業(yè)窯爐節(jié)能減排工作進(jìn)展順利，環(huán)保工程需求增長較快，帶動工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)的市場規(guī)模穩(wěn)定增長。相關(guān)市場調(diào)查顯示，按照目前鐵合金及電石行業(yè)產(chǎn)能規(guī)模，預(yù)計(jì)鐵合金和電石行業(yè)節(jié)能環(huán)保密閉爐改造需求規(guī)模近200億元。
我國《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》就已經(jīng)將燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐)改造工程、余熱余壓利用工程等確定為十大重點(diǎn)節(jié)能工程。然而，直到現(xiàn)在，我國電石行業(yè)工業(yè)窯爐仍有很大節(jié)能減排空間，在不銹鋼冶煉等行業(yè)，節(jié)能環(huán)保密閉爐的比例甚至更低，大量的可燃副產(chǎn)氣仍然沒有得到有效利用。那么，窯爐改造能帶來什么效益？技術(shù)、市場和政策狀況如何？
開放式內(nèi)燃式爐會淘汰
環(huán)保密閉爐節(jié)能減排效益明顯
目前我國大多數(shù)工業(yè)爐型都是開放式或內(nèi)燃式，由于開放式爐型污染嚴(yán)重、效率低下，國家已經(jīng)制定了相關(guān)行業(yè)準(zhǔn)入條件淘汰開放式礦熱爐，目前礦熱爐的爐型主要為內(nèi)燃式和密閉式，按照相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃，為進(jìn)一步推動節(jié)能減排，我國將積極推廣節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐。
據(jù)調(diào)查，內(nèi)燃式爐是前幾年我國西部的一些電石生產(chǎn)企業(yè)，根據(jù)我國原料資源的具體條件、環(huán)保治理?xiàng)l件和節(jié)能等諸多因素，充分吸收了大量先進(jìn)技術(shù)，在開放式爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種半密閉式電石爐，即在高溫電弧爐上方設(shè)計(jì)一個高溫爐蓋，使電弧爐在冶煉電石的過程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w在爐面完全燃燒，產(chǎn)生的煙氣用抽氣設(shè)備抽出后，集中送入爐氣利用系統(tǒng)和爐氣凈化系統(tǒng)。內(nèi)燃式電石爐爐蓋四周留有操作孔和觀察孔，其產(chǎn)生的一氧化碳和氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳，因此內(nèi)燃爐生產(chǎn)的爐氣主要是二氧化碳和粉塵，節(jié)能效果仍不理想，特別是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余氣還不能得到充分的綜合利用。
而密閉電石爐的電化學(xué)反應(yīng)在密閉容器(包括爐體及爐蓋等)中進(jìn)行，外部空氣不能進(jìn)入反應(yīng)的容器內(nèi)。由于密閉電石爐爐內(nèi)隔絕了空氣，其反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)怏w不會在爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。
與密閉爐相比，內(nèi)燃爐尾氣排放量大。據(jù)電石行業(yè)相關(guān)專家介紹，每生產(chǎn)1噸電石，內(nèi)燃爐排放9000立方米左右含塵煙氣，而密閉爐只產(chǎn)生400～600 立方米。據(jù)測算，每年我國僅電石行業(yè)排放的含塵煙氣就超過600億立方米。另外，密閉爐噸產(chǎn)品電耗在3300千瓦時以下，采用組合式電極把持器、中空電極等技術(shù)的企業(yè)，其噸產(chǎn)品電耗甚至可以控制在3000千瓦時以下，平均比內(nèi)燃爐可節(jié)能170千克標(biāo)煤/噸。
窯爐改造技術(shù)已不是問題
我國業(yè)界已開發(fā)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)
電石行業(yè)相關(guān)專家告訴記者，國內(nèi)現(xiàn)有的密閉電石爐基本上采用的是上世紀(jì)90年代初引進(jìn)的挪威？鲜矫荛]電石爐，容量為25500千伏安，生產(chǎn)效果及產(chǎn)量不甚理想，甚至感到不如開放式電石爐好操作，運(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不盡如人意。歸結(jié)到一點(diǎn)，挪威埃肯電石爐是在鐵合金爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，更適合于鐵合金冶煉，并不適用于電石生產(chǎn)，我國用于電石生產(chǎn)的原料品質(zhì)差距較大，國外引進(jìn)的密閉電石爐不能適應(yīng)爐料比電阻的變化，電氣冶煉參數(shù)不能自動調(diào)整，往往造成裝置無法正常運(yùn)行。如引進(jìn)的5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)(密閉電石爐及其組合把持器、爐氣干法凈化、空心電極、計(jì)算機(jī)控制、氣燒石灰窯)中，只有密閉電石爐及其組合把持器還能基本保持運(yùn)行，其余4項(xiàng)引進(jìn)技術(shù)不適合我國生產(chǎn)實(shí)際，引進(jìn)的9套成套裝置，現(xiàn)已基本被拆除或改造。
我國研究機(jī)構(gòu)和業(yè)界針對？蠣t存在的設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)進(jìn)行了幾十項(xiàng)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。以某企業(yè)環(huán)保密閉礦熱爐技術(shù)為例，目前這個企業(yè)已經(jīng)研發(fā)了包括計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化控制系統(tǒng)、節(jié)能型不結(jié)垢循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、改進(jìn)型組合把持器系統(tǒng)、節(jié)能型短網(wǎng)設(shè)計(jì)及布置、電爐參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、低壓功率因素補(bǔ)償系統(tǒng)、焦炭專用立式烘干窯及高比電阻爐料工藝、粉料壓球利用系統(tǒng)在內(nèi)的各種密閉礦熱爐優(yōu)化系統(tǒng)。經(jīng)過技術(shù)改造后的？厦荛]礦熱爐運(yùn)行較為可靠，環(huán)保和節(jié)能效果較好，同時也便于爐氣綜合利用(見表1、表2)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有多個應(yīng)用案例。
窯爐生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能不足
市場集中度高，行業(yè)企業(yè)產(chǎn)能利用率高，不能滿足增長中的市場需求
據(jù)相關(guān)調(diào)查，2008年，中國節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐設(shè)備市場規(guī)模高達(dá)2.77億元，較2007年增長25.71％。目前國內(nèi)節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐在電石行業(yè)的推廣程度較高，其中，2008年電石行業(yè)密閉礦熱爐市場規(guī)模為2.07億元，較鐵合金行業(yè)密閉礦熱爐市場規(guī)模高出1.37億元。預(yù)計(jì)2009 年～2012年中國節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐設(shè)備年復(fù)合增長率將達(dá)到35.30％(圖2)。
而與此同時，節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐市場、尤其是電石行業(yè)的市場集中度較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年，市場占比較大的前5家企業(yè)加起來約占整個密閉礦熱爐市場規(guī)模的90％左右。其中，前三位占密閉礦熱爐市場的市場份額分別為23.44％、19.50％、17.34％，后兩位市場份額分別為14.01％、 12.07％(圖3)。
據(jù)調(diào)查，2008年節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐企業(yè)的產(chǎn)能利用率普遍較高，甚至出現(xiàn)產(chǎn)能不足情況(圖4)。相關(guān)專家分析認(rèn)為，如果從業(yè)企業(yè)不能迅速擴(kuò)大產(chǎn)能，或沒有更多的企業(yè)進(jìn)入節(jié)能環(huán)保密閉爐市場，將會在一定程度上影響我國電石、鐵合金等行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的速度和效率。但是同時，由于窯爐改造系統(tǒng)復(fù)雜，對技術(shù)要求較高，行業(yè)門檻相對也較高；而目前行業(yè)內(nèi)技術(shù)的“隔膜”較為嚴(yán)重，對先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的推廣和擴(kuò)散缺乏有針對性的優(yōu)惠政策，致使業(yè)內(nèi)企業(yè)無法迅速擴(kuò)張產(chǎn)能。
產(chǎn)能不足的某節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐企業(yè)董事長在接受記者采訪時表示，希望國家相關(guān)部門能夠?qū)δ壳暗捻?xiàng)目進(jìn)行實(shí)地考察，并通過現(xiàn)場推廣會等方式，向行業(yè)介紹先進(jìn)技術(shù)，打破行業(yè)技術(shù)隔膜；同時，出臺針對節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)企業(yè)、工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)行業(yè)企業(yè)的鼓勵政策，在資金、稅收等方面給予支持，推動工業(yè)窯爐升級換代，更大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)是基于工業(yè)窯爐清潔生產(chǎn)和資源循環(huán)利用的系統(tǒng)解決方案，市場需求迫切。2006年～2009年，中國工業(yè)窯爐節(jié)能減排工作進(jìn)展順利，環(huán)保工程需求增長較快，帶動工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)的市場規(guī)模穩(wěn)定增長。相關(guān)市場調(diào)查顯示，按照目前鐵合金及電石行業(yè)產(chǎn)能規(guī)模，預(yù)計(jì)鐵合金和電石行業(yè)節(jié)能環(huán)保密閉爐改造需求規(guī)模近200億元。我國《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》就已經(jīng)將燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐)改造工程、余熱余壓利用工程等確定為十大重點(diǎn)節(jié)能工程。然而，直到現(xiàn)在，我國電石行業(yè)工業(yè)窯爐仍有很大節(jié)能減排空間，在不銹鋼冶煉等行業(yè)，節(jié)能環(huán)保密閉爐的比例甚至更低，大量的可燃副產(chǎn)氣仍然沒有得到有效利用。那么，窯爐改造能帶來什么效益？技術(shù)、市場和政策狀況如何？目前我國大多數(shù)工業(yè)爐型都是開放式或內(nèi)燃式，由于開放式爐型污染嚴(yán)重、效率低下，國家已經(jīng)制定了相關(guān)行業(yè)準(zhǔn)入條件淘汰開放式礦熱爐，目前礦熱爐的爐型主要為內(nèi)燃式和密閉式，按照相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃，為進(jìn)一步推動節(jié)能減排，我國將積極推廣節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐。據(jù)調(diào)查，內(nèi)燃式爐是前幾年我國西部的一些電石生產(chǎn)企業(yè)，根據(jù)我國原料資源的具體條件、環(huán)保治理?xiàng)l件和節(jié)能等諸多因素，充分吸收了大量先進(jìn)技術(shù)，在開放式爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種半密閉式電石爐，即在高溫電弧爐上方設(shè)計(jì)一個高溫爐蓋，使電弧爐在冶煉電石的過程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w在爐面完全燃燒，產(chǎn)生的煙氣用抽氣設(shè)備抽出后，集中送入爐氣利用系統(tǒng)和爐氣凈化系統(tǒng)。內(nèi)燃式電石爐爐蓋四周留有操作孔和觀察孔，其產(chǎn)生的一氧化碳和氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳，因此內(nèi)燃爐生產(chǎn)的爐氣主要是二氧化碳和粉塵，節(jié)能效果仍不理想，特別是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余氣還不能得到充分的綜合利用。而密閉電石爐的電化學(xué)反應(yīng)在密閉容器(包括爐體及爐蓋等)中進(jìn)行，外部空氣不能進(jìn)入反應(yīng)的容器內(nèi)。由于密閉電石爐爐內(nèi)隔絕了空氣，其反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)怏w不會在爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。與密閉爐相比，內(nèi)燃爐尾氣排放量大。據(jù)電石行業(yè)相關(guān)專家介紹，每生產(chǎn)1噸電石，內(nèi)燃爐排放9000立方米左右含塵煙氣，而密閉爐只產(chǎn)生400～600立方米。據(jù)測算，每年我國僅電石行業(yè)排放的含塵煙氣就超過600億立方米。另外，密閉爐噸產(chǎn)品電耗在3300千瓦時以下，采用組合式電極把持器、中空電極等技術(shù)的企業(yè)，其噸產(chǎn)品電耗甚至可以控制在3000千瓦時以下，平均比內(nèi)燃爐可節(jié)能170千克標(biāo)煤/ 噸。 電石行業(yè)相關(guān)專家告訴記者，國內(nèi)現(xiàn)有的密閉電石爐基本上采用的是上世紀(jì)90年代初引進(jìn)的挪威埃肯式密閉電石爐，容量為25500千伏安，生產(chǎn)效果及產(chǎn)量不甚理想，甚至感到不如開放式電石爐好操作，運(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不盡如人意。歸結(jié)到一點(diǎn)，挪威？想娛癄t是在鐵合金爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，更適合于鐵合金冶煉，并不適用于電石生產(chǎn)，我國用于電石生產(chǎn)的原料品質(zhì)差距較大，國外引進(jìn)的密閉電石爐不能適應(yīng)爐料比電阻的變化，電氣冶煉參數(shù)不能自動調(diào)整，往往造成裝置無法正常運(yùn)行。如引進(jìn)的5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)(密閉電石爐及其組合把持器、爐氣干法凈化、空心電極、計(jì)算機(jī)控制、氣燒石灰窯)中，只有密閉電石爐及其組合把持器還能基本保持運(yùn)行，其余4項(xiàng)引進(jìn)技術(shù)不適合我國生產(chǎn)實(shí)際，引進(jìn)的9套成套裝置，現(xiàn)已基本被拆除或改造。我國研究機(jī)構(gòu)和業(yè)界針對埃肯爐存在的設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)進(jìn)行了幾十項(xiàng)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。以某企業(yè)環(huán)保密閉礦熱爐技術(shù)為例，目前這個企業(yè)已經(jīng)研發(fā)了包括計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化控制系統(tǒng)、節(jié)能型不結(jié)垢循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、改進(jìn)型組合把持器系統(tǒng)、節(jié)能型短網(wǎng)設(shè)計(jì)及布置、電爐參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、低壓功率因素補(bǔ)償系統(tǒng)、焦炭專用立式烘干窯及高比電阻爐料工藝、粉料壓球利用系統(tǒng)在內(nèi)的各種密閉礦熱爐優(yōu)化系統(tǒng)。經(jīng)過技術(shù)改造后的埃肯密閉礦熱爐運(yùn)行較為可靠，環(huán)保和節(jié)能效果較好，同時也便于爐氣綜合利用(見表1、表2)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有多個應(yīng)用案例。
據(jù)相關(guān)調(diào)查，2008年，中國節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐設(shè)備市場規(guī)模高達(dá)2.77億元，較 2007年增長25.71％。目前國內(nèi)節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐在電石行業(yè)的推廣程度較高，其中，2008年電石行業(yè)密閉礦熱爐市場規(guī)模為2.07億元，較鐵合金行業(yè)密閉礦熱爐市場規(guī)模高出1.37億元。預(yù)計(jì)2009年～2012年中國節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐設(shè)備年復(fù)合增長率將達(dá)到35.30％(圖2)。而與此同時，節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐市場、尤其是電石行業(yè)的市場集中度較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年，市場占比較大的前5家企業(yè)加起來約占整個密閉礦熱爐市場規(guī)模的 90％左右。其中，前三位占密閉礦熱爐市場的市場份額分別為23.44％、19.50％、17.34％，后兩位市場份額分別為14.01％、12.07％ (圖3)。據(jù)調(diào)查，2008年節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐企業(yè)的產(chǎn)能利用率普遍較高，甚至出現(xiàn)產(chǎn)能不足情況(圖4)。相關(guān)專家分析認(rèn)為，如果從業(yè)企業(yè)不能迅速擴(kuò)大產(chǎn)能，或沒有更多的企業(yè)進(jìn)入節(jié)能環(huán)保密閉爐市場，將會在一定程度上影響我國電石、鐵合金等行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的速度和效率。但是同時，由于窯爐改造系統(tǒng)復(fù)雜，對技術(shù)要求較高，行業(yè)門檻相對也較高；而目前行業(yè)內(nèi)技術(shù)的“隔膜”較為嚴(yán)重，對先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的推廣和擴(kuò)散缺乏有針對性的優(yōu)惠政策，致使業(yè)內(nèi)企業(yè)無法迅速擴(kuò)張產(chǎn)能。產(chǎn)能不足的某節(jié)能環(huán)保密閉礦熱爐企業(yè)董事長在接受記者采訪時表示，希望國家相關(guān)部門能夠?qū)δ壳暗捻?xiàng)目進(jìn)行實(shí)地考察，并通過現(xiàn)場推廣會等方式，向行業(yè)介紹先進(jìn)技術(shù)，打破行業(yè)技術(shù)隔膜；同時，出臺針對節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)企業(yè)、工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)行業(yè)企業(yè)的鼓勵政策，在資金、稅收等方面給予支持，推動工業(yè)窯爐升級換代，更大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
市場需求量大
下游行業(yè)落后現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢決定了窯爐改造需求強(qiáng)勁
工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)行業(yè)與下游電石、鐵合金、鋼鐵冶金行業(yè)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。電石行業(yè)相關(guān)專家分析說，以電石行業(yè)為例，我國是世界電石生產(chǎn)第一大國，產(chǎn)量超過世界其他國家產(chǎn)量總和。我國電石主要用于生產(chǎn)PVC聚氯乙烯，約占消費(fèi)量的60％左右，生產(chǎn)金屬切割用的乙炔類產(chǎn)品約占10％，其余用于生產(chǎn)氯丁橡膠、聚乙烯醇(PVA)、石灰氮及衍生物等產(chǎn)品。近幾年來，隨著下游PVC聚氯乙烯行業(yè)的大力發(fā)展，我國電石行業(yè)進(jìn)入了一個黃金增長階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年～2007年，我國電石產(chǎn)量由340萬噸/年(產(chǎn)能480萬噸/年，開工率70.8％)提高到1481.9萬噸/年(產(chǎn)能2000萬噸 /年，開工率74.1％)。近兩年，電石行業(yè)發(fā)展更快，目前，我國共有電石生產(chǎn)企業(yè)300多家，最大廠家的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到100萬噸/年。
電石是高耗能行業(yè)，生產(chǎn)1噸電石的電爐用電約為3400千瓦時，而2007年時的綜合能耗約為1.3噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2007年，我國電石產(chǎn)量為1481萬噸，這意味著當(dāng)年整個電石行業(yè)大約消耗了1950萬噸左右的標(biāo)準(zhǔn)煤。另據(jù)上文所述，電石生產(chǎn)過程中含塵煙氣排放量巨大。
我國電石行業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)裝備上均落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國家。2007年，電石產(chǎn)量在5萬噸以下的企業(yè)占國內(nèi)電石企業(yè)總數(shù)的80％以上。從技術(shù)裝備看，工藝技術(shù)較為先進(jìn)、有效控制排放、資源綜合利用比較充分的密閉式電石爐只占總能力的10％左右，而內(nèi)燃式電石爐約占90％。
另外，我國電石生產(chǎn)主要集中在華北、西北和西南等地區(qū)。內(nèi)蒙古和山西電石產(chǎn)量曾經(jīng)超過全國電石總產(chǎn)量的40％以上。這兩個區(qū)域，一度分布著數(shù)量眾多的產(chǎn)能在2萬噸/年～5萬噸/年的小企業(yè)，其中多數(shù)不符合環(huán)保要求，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境構(gòu)成了很大的威脅。
對鐵合金行業(yè)來說，存在的問題主要是資源匱乏，配置不合理；布局分散，企業(yè)規(guī)模小，低水平重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重；技術(shù)裝備水平低，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)營體制不適應(yīng)市場需要，成本高，經(jīng)濟(jì)效益水平低。2007年，年生產(chǎn)能力1萬噸以下的企業(yè)數(shù)量和總生產(chǎn)能力分別占總量的50.1％和18.3％，企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小的問題非常突出。另外，全行業(yè)污染問題仍比較嚴(yán)重，僅有1/3的企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)。
近年來，國家把節(jié)能減排作為重要宏觀調(diào)控內(nèi)容，綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)和法律手段，控制“兩高”行業(yè)盲目發(fā)展，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，電石、鐵合金、鋼鐵冶金等行業(yè)的技術(shù)改造、環(huán)保治理項(xiàng)目顯著增加，這為工業(yè)窯爐節(jié)能環(huán)保服務(wù)行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展前景。
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