中国余热发电市场概述

中国余热发电市场概述

我国工业余热资源丰富，特别是在钢铁、有色、化工、水泥、建材、石油与石化、轻工、煤炭等行业，余热资源约占其燃料消耗总量的17%－67%，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60%。目前我国余热资源利用比例低，大型钢铁企业余热利用率约为30%～50%，其他行业则更低，低温余热发电利用的提升潜力大。

（１）钢铁、冶金、化工等行业的余热发电市场容量为1100亿元

钢铁工业是我国重点的耗能大户，钢铁行业能耗约占全国总能耗的15%，其中余热资源约占37%，节能空间大。据统计，05年我国大中型企业吨钢产生的余热总量为8.44GJ，约占吨钢能耗的37%，其中最终产品或中间产品所携带的显热约占余热总量的39%，各种熔渣的显热约占9%，各种废(烟)气占37%，冷却水携带的物理热约占15%，余热资源十分的丰富。钢铁生产工艺流程长，工序多，且主要以高温冶炼、加工为主，生产过程中产生大量余热能源，主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热回收装置等，各种余热资源约占全部生产能耗的68%，说明在目前钢铁生产过程中2/3以上的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗。我国大中型钢铁企业余热资源的利用率大约为30%～50%，如果加上其他中小型钢铁厂，全国平均水平则更低；而国外先进钢铁企业余热余能的回收利用率平均达到了80%，有的在90%以上，如日本新日铁高达92%。在余热发电技术的研发应用方面，与日本、德国等发达国家钢铁工业相比，我国钢铁行业的余热发电技术起步较晚。目前，钢铁工业余热发电主要有以下三种方式，一是利用焦化、烧结工序烟气余热换热产生过热蒸汽发电；二是利用炼钢、轧钢工序烟气余热换热产生饱和蒸汽发电；第三种是利用高炉的冲渣热水发电。

近年来从事水泥窑余热发电技术的设计公司开始向钢铁、冶金、化工、钢铁厂各种余热资源及潜力等行业拓展。目前以水泥窑余热发电技术为基础，在钢铁、化工、玻璃等行业的多家生产厂建设投运了余热电站。钢铁行业各生产工序如焦炭、烧结机、高炉、转炉的余热均可以回收进行余热发电，焦炉的余热利用较好，废热发电仅达到37%，其他工序回收比例更低。预计在“十二五”期间，随着钢铁行业余热利用技术的逐步成熟，国家对节能要求的进一步提高，钢铁行业的余热电站市场空间十分广阔。

国内钢铁业余热利用比例低，余热利用发电将是钢铁业节能主战场。工业余热资源约占其燃料总热量的17%-67%，可回收率达60%。钢铁行业能耗约占全国工业总能的15%，其中余热资源约占37%，节能空间大（如图所示）。目前我国余热资源利用比例低，宝钢等大型钢铁企业余热利用率仅在30%-50%，远低于日本的90%，而其他企业则更低。钢厂余热、余压利用部位仅干熄焦、转炉和烧结余热发电的市场可达到1000亿。在钢铁行业中，余热可回收利用的重点部位有氧气转炉余热发电、烧结余热发电和与干熄焦余热发电。

表8 钢铁厂各工序余热资源及潜力

1.氧气转炉余热发电：根据国家统计局统计数据，2009 年中国粗钢和钢材产量分别为56803.3 万吨和69626.3 万吨，同比分别增长1

2.9%和15.2%。目前国内有1000多家钢铁厂，根据估算氧气转炉余热发电的国内需求量每年约350台/套；按照每套5000万元的价格测算，每年约175亿元，未来5年国内市场容量约875亿。

2.烧结余热发电：工信部计划用3年时间，投资超过50 亿元，在全国37家重点钢铁企业对82台烧结机推广实施烧结余热发电技术，加上其他钢铁企业需求，预计烧结余热发电需求量每年约50台/套，按每套5000万测算，未来5年烧结余热锅炉市场容量约125亿元。

具有较好回报价值的烧结余热是指从烧结机尾部风箱排出的废气及热烧结矿在冷却机前段受空气冷却后产生的热废气，温度一般可达到300-400摄氏度，这两部分热废气所含热量占整个烧结矿热能消耗的23%-28%左右，具有温度高、数量大、运行稳定的特点，是烧结工序节能和回收利用的重点。?

烧结工序能耗占比高，回收利用可节约能耗10kg 标煤/吨烧结矿。在钢铁企业烧结工序能耗仅次于高炉炼铁工序，占总能耗的9%-12%。热烧结矿出炉温度约700-800℃，采用烧结余热发电可以回收烧结矿显热约24kg 标煤/吨，扣除设备运行能耗，可以降低烧结工序能耗约10kg 标煤/吨。目前国内烧结余热回收利用率不足4%，应用比例低。目前我国已建成约10 套烧结余热发电机组共涉及19 台烧结机，烧结机面积4849 平米，发电机组总装机容量13.7 万千瓦，但烧结余热发电技术推广比例不及4%，未来提升空间大。工信部推出了《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》大力推广烧结余热发电。2009 年12 月29 日工信部推出了《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》，方案计划用3 年时间2010-2012 年，投资超过50 亿元，在全国37 家重点钢铁企业，对82 台烧结机推广实施烧结余热发电技术，以降低行业能耗水平。在2010 年首批推广该技术的将有首钢、承钢、安钢、本钢、鞍钢、济钢、莱钢等7 家公司的18 台烧结机，预计可形成大约40 万吨标准煤节能能力。目前烧结余热中温发电技术在国内应用已经成熟，全套设备都可国产化，具备全面推广条件，预计将获得大面积推广。

国内钢铁企业大多将烧结余热用于助燃空气、预热混合料或利用余热回收装置产生蒸汽，回收利用效率不高。特别是现阶段伴随着烧结机的大型化，传统的余热利用途径已无法充分利用余热资源，达到效益的最大化。因此，从实现能源

梯级利用的高效性和经济性角度分析，利用低温余热发电是现今最为有效的余热利用途径。烧结余热发电是指将烧结机生产过程中产生的高温废烟气，经余热锅炉产生中低压过热蒸汽作为热源，驱动低温汽轮发电机组发电。?

技术原理：在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，仅 150～450℃，加上以前余热回收技术的局限，余热回收项目往往被忽略。烧结冷却机余热的回收，是通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气加热来回收低品味余热能源，结合低温余热发电技术，用余热做功发电（图13）。

图13 烧结余热发电技术原理示意图

社会经济效益：原来生产线 24%左右的热能随废气排放到大气中，不仅造成能源的浪费，同时产生温室效应。建设余热发电项目后，不仅节约能源而且减少排放。以360m2烧结机余热电站为例，总投资为1.7亿元，每年可发电1.4亿kWh，产生净经济效益 7000万元，投资回收期为 2.5 年。

3.干熄焦余热发电：根据国家统计局对2009 年全国规模以上企业累计共生产焦炭34502 万吨，同比增长10.5%，约占全球焦炭总量的60％。全国焦化企业数

量在1000 家左右，截止2009 年6 月，我国干熄焦装置已投产71 套，在建约52 套，目前干熄焦锅炉配置比例约20%，未来提升空间大；预计未来5 年我国干熄焦余热发电的总需求量约为200 台，按照5000万元/台的价格测算，未来5 年市场容量约100亿元。

炼焦生产中，高温红焦冷却有两种熄焦工艺：一种是传统的采用水熄灭炽热红焦的工艺，简称湿熄焦，另一种是采用循环惰性气体与红焦进行热交换冷却焦炭，简称干熄焦。?干熄焦余热发电技术是指利用与红焦热交换产生的高温烟气驱动汽轮发电机组进行发电，其主要工艺流程为：焦炉生产出来的约1000摄氏度赤热焦炭运送入干熄炉，在冷却室内与循环风机鼓入的冷惰性气体进行热交换。惰性气体吸收红焦的显热，温度上升至800摄氏度左右，经余热锅炉生产中高压过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电（图14）。?

图14 干熄焦余热发电系统示意图

随着干熄焦技术所产生的社会和节能环保效益得到普遍认可，干熄焦余热发电技术也得到了国内钢铁企业越来越广泛的应用。该项发电技术已十分成熟，目前的发展趋势集中在进一步提高余热的回收利用效率上，正逐步由传统的小型中压参数系统向系列化、大型化、高参数发展。干熄焦余热回收系统可回收红焦显热83％左右，使炼焦过程的热效率提高10%以上。

4.热水发电?：高炉炼铁过程中，产生的炉渣温度大约为1000摄氏度，炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，这一过程中能够产生大量温度在80-95摄氏度的低温热水，热水量达到几千吨/小时，长期排放既浪费了能源，又造成环境污染和水资源流失。?由于高炉冲渣水具有温度低、流量大的特点，应用较为困难，现阶段除北方少数钢铁企业用于冬季采暖外，大部分企业均未利用。针对这种情况，目前认为比较可行的应用措施是利用有机工质低温发电技术，吸收排放的废热水的热能，将有机工质加热成汽相，直接进入汽轮机，驱动发电机进行发电。?从技术角度分析，高炉冲渣水发电已完全可行，国内也有多家钢铁企业对此项目进行了前期论证，目前尚未有实际应用实例，但随着企业对节能减排工作的日益重视以及低温有机工质发电技术的开发及应用，其热量的实际应用将只是一个时间的问题。

5.除上述余热资源外，钢铁企业生产过程中炼钢、轧钢等工序尚产生大量低压饱和蒸汽，按产生制度分为间断蒸汽及相对连续蒸汽，其相比焦化、烧结工序余热资源，其温度相对较低。?间断蒸汽，这部分主要是指炼钢工序产生的余热蒸汽。转炉在吹炼过程中，产生大量1200摄氏度以上高温烟气，为降低烟气温度、回收高温烟气中的余热同时为转炉烟气除尘机煤气回收创造条件。目前大多数转炉均配套设置了烟道式汽化冷却装置，电炉炼钢烟道也在向汽化冷却的方向发展，但由于炼钢生产的间断性，决定由该装置产生的蒸汽具有饱和不连续性。?钢铁企业饱和蒸汽产生量大，但利用效率低，特别是在南方大部分冬季不采暖地区的钢铁厂。因此，可以预计该项目低温发电技术未来的发展潜力将很大。

（a）我国钢铁工业余热余能资源量高达455.1 kg （标准煤）/（t 钢），目前回收利用率仅为45.6%，回收潜力很大

（b）未来应用孟宁博士开发的低温发电技术，加强技术普及率，可将我国钢铁工业的余热余能回收利用率提高到90%

（c）我国钢铁工业目前还有200 kg（标准煤）/（t 钢）的余热余能回收潜力，是进一步节能的努力方向（如表9所示）

表9我国钢铁工业余热余能资源及回收利用（kg 标准煤）/（t 钢）（2）国内水泥行业的余热发电市场容量450亿

根据中国水泥协会主办的数字水泥网统计，2009 年全年投运的新型干法熟料生产线为150 条左右，投产的生产线达到1, 086条。另外，根据数字水泥网统计，预计2010 年我国新投产的新型干法熟料生产线约为150 条。预计到2015 年，国内水泥行业余热电站工程的需求将达到900 多条。保守估计，按每条生产线规模2500t/d 计算，余热电站投资额以5, 000万元计算，未来国内水泥窑余热电站总投资额约450亿元。目前，水泥行业是我国主要的能源资源消耗和污染物排放行业之一。

数据显示，2009年全国水泥总产量16.5亿吨，能源消耗总量约占全国能耗总量的5%，颗粒物排放量约占工业排放总量的30%左右。

图 15 水泥企业生产过程中排出的余热

水泥熟料煅烧过程需要消耗大量的煤炭，每生产一吨水泥熟料约消耗120 公斤标煤，消耗电力80 千瓦时。在整个水泥生产成本中电费接近总成本的1/3。除了能源消耗外，水泥在生产过程中也会造成较严重的环境污染。水泥行业粉尘排放量占我国工业行业粉尘排放总量的30%，CO2 的排放量占我国CO2 排放总量的20%，SO2 排放占全国的2.6%。水泥生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排掉的350℃以下废气，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30%以上，而充分利用这部分低温废气进行余热发电改造，已经成为目前国内水泥工业节能降耗的有效途径之一。利用水泥生产过程中产生的余热进行发电既可以有效降低能耗，节约生产成本，还可以大量减少粉尘污染和废气排放，改善生态环境。其发电综合成本约为0.15 元/每千瓦时，仅是电网电价的25%左右。整个发电过程既不增加任何新的燃料消耗，还有效减少了废气排放，并大大降低了生产成本。

(3) 玻璃行业的余热发电市场容量85亿

目前国内浮法玻璃生产线有210 条，170 余条正常运行，多数为两条及以上生产线安装一台机组，已经有40 余条生产线实施了中温余热发电，但仅占其总量的24%左右，单台机组投资额约5,000 万元，余热电站投资额以5, 000万元计算，未来国内玻璃生产线余热电站总投资额约85亿元，未来市场空间较大。

中国玻璃工业属于资源、能源依赖型的原材料高耗能产业，但近年来随着国民经济的高速运行，依然以15%以上的年均产量增速发展，截止到2009年底，平板玻璃的年产量已高达5.82亿重量箱，毫无争议地继续位居世界第一。?

统计资料显示，我国已经建成并投产的210多条浮法玻璃生产线中，多以重油、天然气、煤气等燃料和电力作为能源。平均计算，能耗费用支出比例一般占到生产总成本的40%～45%之间，约30%以上的热能则以废气的形式外排。?利用玻璃生产过程中产生的废气余热资源，通过建设余热发电站进行热能回收，进而将其转变为清洁电能，可提高燃料总利用率20%～25%。同时，余热发电设备还对废弃烟气有一定的降尘作用。自从2007年9月国内玻璃行业首条玻璃熔窑烟气余热发电工程项目在江苏华而润集团成功并网发电后至今，全国玻璃行业已建和在建的余热发电工程项目约30多个，装机容量从4.5MW到15MW不等，具有较大影响力的工程项目有江苏华尔润、成都南玻、虎门信义、三峡新材等。同时，还造就出中国新型建筑材料工业杭州设计研究院、中国建材国际工程集团有限公司、秦皇岛玻璃工业研究设计院、成都四通新能源技术有限公司等多家业界知名

科研机构。虽然如此，与我国玻璃行业整体规模相比，余热发电技术普及工作还有许多工作要做，可谓是任重道远。

（4）有色冶金余热发电市场容量150亿

2007 年我国铜、铅产量分别为344 万吨、272 万吨，预计未来5 年有色金属冶炼炉改造仅铜、铅两项对低温余热发电的需求将达到2700 蒸吨，约300 台/套，平均每年60 台/套，按照每台5000 万的价格测算，未来5 年国内铜铅有色冶金余热锅炉的市场容量约150 亿元。

（5）化工行业余热发电市场容量60亿：化工行业的余热资源大约占整个行业燃料消耗量的15%，余热资源丰富，余热发电的应用前景广阔。目前需求量最大的为小化肥余热锅炉和硫磺制酸余热锅炉，2008 年的产量分别为1907 蒸吨和521 蒸吨，合计近2500蒸吨。预计整个化工行业余热发电的市场容量在60 亿元。

（6）造纸行业余热发电市场容量60亿：造纸工艺过程中会产生大量的造纸黑液，造纸黑液直接排放将严重污染水资源。将造纸黑液经蒸发浓缩后，喷入碱回收余热锅炉进行燃烧，既可回收其中的碱，又可利用燃烧产生的蒸气发电。目前，全国造纸企业约有6000 多家，预计碱回收余热发电的市场容量约为60亿元。

（7）低温余热发电的应用广泛，凡是有大量余热的地方，都可以余热发电回收利用，预计其他行业未来5 年余热发电市场规模约达35 亿元。

（8）国际余热发电市场容量：余热发电产业属于技术和劳动密集型产业，随着国际产业的分工转移，预计有更多国外企业将余热发电的生产转移到中国或直接在中国采购，不远的将来国内产家将进入国际市场，余热发电产品出口到加拿大，美国、德国、奥地利、印度、尼日利亚、非洲等国家和地区。估计国际市场余热发电的市场约是国内市场的1.5倍左右，未来5 年国际余热发电市场容量大约3000 亿元，国内国际市场合计约5000亿元，余热发电市场前景非常广阔。所以说，低温热发电的发展空间十分巨大。