新疆工业硅行业节能潜力分析

张华余 张义昊 萨亚·乌马尔

(新疆维吾尔自治区节能技术服务中心 乌鲁木齐 830000)

开展重点耗能企业能效对标活动，是引导重点耗能企业节能、促进企业在节能降耗中上水平、上台阶的重大举措，对推动企业进一步挖掘节能潜力，不断提高能源利用效率、经济效益和竞争力具有十分重要的意义。

新疆维吾尔自治区节能技术服务中心作为自治区最早成立的节能专业技术服务机构，近年来根据自治区工业节能主管部门统一工作部署安排和节能监察工作的需要，多次承担全区重点行业能效对标组织和技术指导服务工作，为推动全区节能减排工作发挥了积极的作用。为使对标工作成果能在指导行业节能减排工作中发挥更好的作用，本文作者根据其所参与的区内主要工业行业能效对标工作了解掌握的有关行业主要生产能耗指标第一手数据资料，通过与国内外同类能效先进公司进行比对，对工业硅等行业企业能效水平进行了梳理定位，并针对存在的差距和问题做了认真分析，提出了相关行业提高能效水平的对策及方向。限于篇幅，在此，对相关情况分行业进行介绍，以供大家借鉴参考。

1 工业硅行业背景

中国是工业硅最大的生产国，其产能、产量都居世界首位。近年来国内工业硅产业生产格局由云南等省份逐渐转移到具有煤炭、电力、硅石等资源优势的新疆，2015 年新疆成为工业硅产量第一的省区。2018年我国工业硅产能为500万吨，其中新疆（含兵团）产能为168万吨，占国内总产能的33.6%，产量达102万吨，占国内总产量的42.5%。2018年全年新疆地区产量共计102.8 万吨，稳居全国产量榜首位置，产量同比增长33.5%；云南地区产量共计48万吨，产量位居全国第二；四川地区金属硅产量共计34万吨，同比下降5.5%，产量位居全国第三；福建地区产量共计11万吨，同比下降21.4%，全年开工率较2017年下降8%。全国工业硅产量位居前10的企业中，区内企业占5家，占自治区工业硅总产量的80%。作为工业硅产能大区，同时也是耗能大户，降低能耗成为整个行业提高竞争力的主要矛盾和关键环节。

图1 2018年中国主要地区工业硅产量分布情况

2 对标总体情况

2.1 企业设备情况

2019 年全区共计11 家工业硅生产企业列入自治区能效对标核查范围，总产能为125.85万吨/年，约占全区工业硅总产能的80%。涉及矿热炉合计136台（均采用矮烟罩半封闭型），总规模为295.97 万kVA。其中：33000kVA 的49 台，25500kVA 的20 台，15000kVA 的3 台，12600kVA 的32 台，12500kVA 的27台，10000kVA的2台，9000kVA的3台。按地域划分：昌吉州3 家企业，33000kVA 的17 台，12500kVA的12台，10000kVA的2台，9000kVA的3台；伊犁州6家企业，12500kVA 的15 台，15000kVA 的3 台；石河子市1 家企业，12600kVA 的32 台，12500kVA 的20台；吐鲁番1家企业，33000kVA 的32 台。拥有25000kVA 及以上矿热炉的在产工业硅厂3 家，电炉数量共计69 台，产能共计77.05 万吨，占总产能的61.22%。

本次现场核查企业工艺装备均不属于国家《产业结构调整指导目录（2019年本）》中淘汰类，仅1家公司的5 台矿热炉（3 台9000kVA 和2 台10000kVA）属于限制类：“第二类 限制类 六、钢铁19、2×2.5 万千伏安以下普通铁合金矿热电炉(中西部具有独立运行的小水电及矿产资源优势的国家确定的重点贫困地区，矿热电炉容量＜2×1.25万千伏安)”。

图2 2018年新疆主要地区工业硅产量分布情况

图3 2018年工业硅矿热炉容量分布情况

2.2 生产情况

本次对标的工业硅企业2018年产能为125.85万吨，实际产量为94.87万吨，同比增长44.51%，产能利用率为75.39%；实现总产值105.75 亿元，同比增长55.67%；工业增加值33.50 亿元（采用行业增加值率计算），同比增长55.60%。

2.3 能源消费情况

工业硅企业的生产主要用能集中在矿热炉，能源消费品种为电力、洗精煤、石油焦、木片和柴油，加工转换产出能源有蒸汽、电力。2018 年11家企业综合能耗为305.41 万吨标准煤，其中，电力消费量为138.37 亿千瓦时，洗精煤消费量为48.09万吨，石油焦消费量为21.83 万吨，木片消费量为45.03 万吨，柴油消费量为2.56 万吨，加工转换产出蒸汽为918.18 万吨，电力25637.32 万千瓦时。2018 年企业产品总节能量12.17 万吨标准煤，节水22.84 万立方米（采用单位产品能耗、水耗水平计算）。

图4 2018年能源消耗结构

3 能效水平情况分析

此次能效对标过程中，对标指标的选取和对比分析依据国家《工业硅单位产品能源消耗限额》（GB 31338-2014）进行，结合工业硅企业生产特点和我区工业硅行业整体状况，对标指标选定为工业硅单位产品能耗、单位产品电耗、单位产品冶炼电耗、单位产品水耗四项指标。

经对各项指标核算并与国家限额值相比，2017年平均工业硅单位产品能耗为3404.59 千克标准煤/吨；平均工业硅单位产品电耗15228.76千瓦时/吨；平均工业硅单位产品冶炼电耗13542.65 千瓦时/吨；平均工业硅单位产品水耗4.31立方米/吨。单个企业指标情况通过与国家限额值进行对比分析，指标排名前两名的企业指标值分别为3300.08、3358.93千克标准煤/吨；有四家企业2017年工业硅单位产品综合能耗未能达到国家限定值，企业的指标值分别为3521.34、3547.78、3584.91、3755.72千克标准煤/吨。

2018 年平均工业硅单位产品能耗为3219.18 千克标准煤/吨，同比下降5.45%；平均工业硅单位产品电耗14584.7 千瓦时/吨，同比下降4.23%；平均工业硅单位产品冶炼电耗13055.96 千瓦时/吨，同比下降3.59%；平均工业硅单位产品水耗4.05立方米/吨，同比下降6.01%。单个企业指标情况通过与国家限额值进行对比分析，工业硅单位产品能耗指标全部达到国家限定值，指标排名前两名的企业指标值分别为2839.99、3273.61千克标准煤/吨，比行业先进值分别高339.99、773.61千克标准煤/吨；排名最后的两家企业指标值分别为3489.07、3495.95千克标准煤/吨；此外有两家新建企业，由于生产线处在调试阶段及未满负荷生产等原因，工业硅单位产品能耗指标未能达到国家准入值。

从行业总体情况来看，2018 年工业硅企业整体对标指标呈同比下降趋势，但工业硅单位产品综合能耗平均指标比国内先进值高719.18 千克标准煤/吨，对标指标与国内先进水平存在较大差距。通过对行业整体工艺装备水平、余热利用及生产过程管理现状等环节进行分析，存在较大差距的主要原因如下：一是余热资源未能充分利用。本次对标企业中仅两家企业回收矿热炉烟气余热用于发电，其余9家工业硅企业虽有部分企业余热用于冬季采暖和供应热水，但回收利用量远低于余热资源量，达不到充分利用余热资源的目的。二是重点企业产能利用不足。有三家企业占本次对标企业总产能的60%，因受设备调试、原料供应不足、采用长炉龄生产工艺和操作等影响，三家企业产能利用率仅为39%～67%。三是企业能源管理制度不健全。企业在产品能耗定额考核方面未能分工序细化，且对能源消耗指标的制定因缺少细化的计量和统计而略显粗放。四是专业管理人才、技术型人才缺失。工业硅企业生产管理的特点是要求员工具备很高的生产设备操作技能。设备维护和保养、工艺设备检修、生产操作技术、设备操作等人员的水平高低对生产过程中科学计算入炉料比，依据炉体、电气等参数准确判断和及时精准优化炉况从而显著减少能耗、延长炉龄、提高产品产量和设备的全年有效生产率起着重要的作用。我区工业硅企业普遍存在人员流动大、技术型人才缺失等问题。

虽然目前我区工业硅行业的整体能耗水平与国内先进水平有较大差距，但也为企业挖潜节能改造提供了空间，近年来一些企业通过实施回收矿热炉烟气余热发电等节能项目单位产品综合能耗水平有了较大提高和改善，取得了较好的节能效果，经验做法值得总结和推广。

4 存在的主要问题

通过此次工业硅行业对标现场核查发现，企业能效对标工作从实施效果和企业工作推进力度上还存在不同程度的问题，主要表现在：

（1）个别企业对开展能效对标活动的重要性认识不足，在组织推进对标挖潜活动时，主观努力不够，强调客观因素过多，对这项活动的开展存有畏难情绪和不思进取的思想意识，对于对标挖潜工作缺乏系统的思考与组织，使该项工作没有得到持续深入和有效的开展。

（2）节能管理意识淡薄。企业对节能减排与经济发展的关系认识不到位，仍然存在重发展、轻节能的思想，没有把主要精力转到加强自主创新、促进传统产业技术改造优化升级上来。能源管理各项制度与实际工作运行两张皮，在产品能耗定额考核方面未能分工序细化考核，对能源消耗指标的制定因缺少细化的计量和统计而略显粗放，不利于严格考核和充分调动职工积极性。

（3）资源利用效率低。在工业硅矿热炉生产过程中排放的烟气温度约为550～750℃，烟气带走的热量约占输入总热量的40%～50%，由此可见，烟气余热回收节能潜力很大，但多数企业矿热炉烟道高温烟气的热能没有得到合理的利用造成热能的浪费。另外，工业硅企业生产过程中产生的废弃碎料及硅渣一般外销作为水泥和砖厂的廉价原料，硅渣中含有15%以上的单质硅没有被回收，造成资源的浪费。

（4）企业对燃料热值分析化验重视程度不够，也未将热值等能效核算依据列入原材料购入的选材条件。能源折标依据的缺失使得能效指标核算不能准确反映企业真实用能水平，对制定能耗定额等相关考核指标带来一定困难。

（5）技术型人才欠缺。企业对技术人员培训力度不够，加之人员流动性较大，难以长期留用技术人才。生产人员普遍对工业硅冶炼技术掌握不熟练，导致炉况长期处于波动状态，影响企业用能水平的提升。

5 对策建议

5.1 企业层面

（1）加强节能基础管理，完善企业能源管理和计量体系。主管部门要督促企业完善原始资料的管理，完善独立、可核查的能源计量和统计台账，保留原始记录及凭证，确保能耗数据真实有效。鼓励有条件的企业建立能源管理体系和能源管理中心，提升能源管理水平。企业要加强对洗精煤、石油焦热值化验管理制度的建立和落实，按照《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB17167）要求，配备必要的能源（水）计量器具。

（2）优选原料和碳质还原剂，科学优化配料。一是原料的优选。原料硅石的热稳定性、抗爆性和硅石入炉粒度对工业硅生产电耗有重要影响。建议企业依据电炉炉体参数，在粒度、纯度、抗爆性、热稳定性、还原性等方面对硅石进行优选。二是碳质还原剂的优选。还原剂的反应性、灰份含量、比电阻均与冶炼电耗指标密切相关。建议企业严格控制还原剂粒度，科学检测其与SiO气体的反应活性及碳素材料中的煤素质，依据炉体参数、电气参数对碳质还原剂进行优选。三是炉况的优化调节。建议企业科学计算入炉料比，选择准确、合理的电气参数，严格遵循原物料热化学反应原理进行精准操作。

（3）切实提高技术装备水平。通过政策杠杆引导和鼓励企业积极运用先进适用技术实施升级改造。要着力推广先进节能环保技术，生产原料的贮存应采用封闭料场，加工处理采用高效节能的预处理系统，配料和上料采用自动化控制操作系统；矿热炉采用机械化加料或加料捣炉机操作系统；鼓励研发和推广应用精料入炉技术，原料处理、除尘系统计算机智能自动化操作和控制系统；重点突破“废弃碎料及硅渣综合利用”、“工业硅冶炼新型替代还原剂”等关键技术难题；加快实施烟气余热回收利用、电机和变压器能效提升改造项目。

（4）加强用水和节水管理。健全企业节约用水目标责任和考核评价制度，强化用水计量统计，全面实行用水定额管理，开展水平衡测试。推进企业节水技术进步，降低用水消耗。

5.2 节能管理部门层面

（1）强化组织领导，加大行业对标工作的指导力度。主管部门应进一步建立和完善工业硅行业能效对标体系，指导企业将发展目标细化落实到各项管理工作中，形成切实有效的行业对标管理机制，把对标工作作为节能管理的重要手段纳入企业绩效考核之中。

（2）做好日常监督管理。建立工业硅单位产品电炉电耗或单位产品综合能耗考核体系，对指标连续两年超过国家限定值且通过整改仍不达标的企业，依法依规采取停产整改、节能监察、惩罚性高电价、不得参与市场电量交易等措施，倒逼企业升级改造或有序退出。

（3）树立先进典型，推广先进经验。积极搭建企业间相互交流平台，组织开展相关培训，及时总结和推广能效对标先进企业的经验和做法，引导企业树立标杆，寻找差距，借鉴先进企业经验做法，制定和落实节能措施，力促能效水平上台阶。

（4）延伸硅下游产业链，推动产业高端化发展。依托我区工业硅产业基础，加快延伸产业链，优化产品结构，提升产品就地转化率和资源能源利用率。重点打造准东和鄯善两个硅基新材料产业基地，创新激发市场有效需求，逐渐实现工业硅产业结构由高消耗向高效率，由粗加工向精加工转变。

我区工业硅企业现共拥有年生产能力125.85万吨，而电炉总容量达到296万kVA。如果全区工业硅单位产品综合能耗达到先进值2500kgce/t 测算，每吨工业硅可节能720kgce/t，以总产能80%计算，每年可以节约72.49 万吨标煤，减排188.47 万吨二氧化碳、1.74 万吨二氧化硫、0.51 万吨氮氧化物。如此巨大的节能潜力，对其工业硅企业进行节能技术改造和有效的能源管理制度具有积极的经济和环境效益。