中國水泥工業廢棄物利用與可持續發展

摘要:

各位領導、各位專家：

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大家好！劉長發院長從宏觀的角度出發，已經和大家探討了水泥工業應怎么發展的問題，我將從技術——或者說是從微觀的角度來分析下，水泥工業應該做什么？

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一、資源、能源、環境是資源水泥工業可持續發展的關鍵因素

水泥工業是國民經濟的重要基礎原材料工業，在生產過程中會消耗大量的資源和能源，同時產生大量的CO₂。2008年我國水泥總量約14億噸，消耗石灰石約16億噸，標準煤約1.6億噸，占全國能源消耗總量的6.0%，年排放CO₂總量9.3億噸，約占全國排放總量13%。

在水泥生產過程中，可大量利用冶金、化工、煤炭、電力、汽車以及建筑等行業產生的多種工業廢棄物，資源化利用和無害化處置城市生活垃圾、下水道污泥等生活廢棄物，這在循環經濟的產業鏈中占有很重要的地位。因此，國家發改委在已頒布《水泥工業產業發展政策》指出：“國家鼓勵和支持企業發展循環經濟……鼓勵和支持利用在大城市或中心城市附近大型水泥廠的新型干法水泥窯處置工業廢棄物、污泥和生活垃圾，把水泥工廠同時作為處理固體廢物綜合利用的企業。”

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優質資源日益減少、能源價格節節攀升，環境壓力越來越大等是目前制約中國水泥行業可持續發展的關鍵問題，而利用水泥窯協同處置廢棄物，是水泥工業未來實現可持續發展的一個重要發展方向。

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二、利用水泥窯協同處置廢棄物是未來發展方向
1、水泥窯處置廢棄物具有以下優勢特點：
（1）處理溫度高。水泥回轉窯內溫度在1,350～1,650℃（最高的氣流溫度可達1,800℃或更高），對有害物的熱解更加完全，即使是很穩定的有機物也能完全焚燒裂解。

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（2）焚燒空間大，水泥窯不僅可以接受處理大量的廢料，而且可以維持均勻的、穩定的燃燒氣氛，滿足了燃燒空間紊亂度，確保達到完全燃燒。

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（3）焚燒停留時間長。由于水泥回轉窯筒體長，物料在窯中高溫下停留時間長，氣體在窯內停留時間也在8秒以上，是其他窯爐所無法比擬的。

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（4）水泥回轉窯內呈堿性氣氛。一方面能對燃燒后產生的酸性物質（如HCl、SO₂和CO等）起中和作用，使它們變成鹽類固定下來，可減少或避免一般焚燒爐燃燒后產生“二惡英”的現象，另一方面也使有害廢料中可能存在的金屬元素（包括重金屬），固定在氧化物固體中，使焚燒后的殘渣均成為無害鹽類，固定在水泥熟料中而不存在焚燒灰的處理問題。

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（5）水泥回轉窯是負壓狀態運轉，因此，煙氣和粉塵很少外溢。

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（6）從處理費用來看，焚燒設備與部分尾氣處理設備與水泥生產設備共用，比專業焚燒爐節省投資。

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首先，必須擁有合法的許可證，接受當地的環境保護部門的指導監督。

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其次，水泥廠的主要任務是生產水泥，因此在使用廢棄物時，必須保證水泥性能、生產過程和環境等方面不受大的影響。

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第三，水泥工廠在處理有毒有害廢物時，應認真做好在運輸、儲存、投料操作、焚燒等過程中的安全防范工作，完善各項應急措施，避免發生對人員的傷害事故并且必須確保不會對環境產生額外的污染。

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廢棄物當燃料時，主要可在以下三個地方進行處理：首先在窯頭，由于窯頭溫度熱值一般在1700-1800℃，因此廢棄物可處置得很徹底，燃燒肯定也非常完全。但窯頭的處置依然存在局限性，由于窯頭1700℃度要求的是平衡問題，當廢棄物熱量不大或燃料水分比較高時，這時加進的廢棄物是需要降溫的，一旦降溫，水泥窯就處理不了，因此，實際上它是不能處置的。因此，窯頭可處置一些熱值比較高的，分散性能較好的液體或固體小顆粒，比如微量劇毒或少量垃圾等。

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其次，在窯尾的處置，指的是在窯尾口而不是分解爐口上，由于窯尾沒有分散性，廢棄物加進去就隨窯走了，因此，只適合處置少量大塊的比較難以處理的廢棄物。比如經切割后的輪胎或不用切割的小汽車輪胎等，此外還有沾濕物料，比如污泥。

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最后一個是在分解爐處置這一塊，由于分解爐的處置只需要900℃就夠，而煤粉溫度可達1600℃，平衡熱量后還有大量的富于熱量，低熱值的物料加進去后，煤粉還能維持到900℃以上，這部分的處置比在窯內好，由于窯內燃燒必須在2秒內完成，而在分解爐內即使7-8秒內燒不完也沒關系，且爐內燃燒空間比較大，因此，可處置一些低熱值，比較分散的小顆粒物等。

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水泥工業在自身的發展中，正不斷探索和加大利用其他行業的各種工業廢棄物。其中在處置利用工業廢渣方面，主要有以下幾個方面的應用：

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（1）替代原料：電石渣、赤泥、堿渣等作為水泥生產的鈣質原料，硅石廢料、石英砂巖尾礦、鑄造砂等作為硅質替代原料；粉煤灰、煤矸石、河水淤泥、水廠及污水處理廠的污泥等可作鋁質校正原料，鋼渣、硫鐵礦尾礦、赤鐵礦尾礦則是良好的鐵質替代原料。

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（2）替代混合材：礦渣、粉煤灰、鋼渣大量作為水泥混合材。此類無機廢物的利用技術目前發展已經很成熟，基本實現了市場化運行，產廢工業部門與水泥生產企業通過廢物向水泥生產原料轉化的物料流向，形成初步的產業協作，并在此基礎上形成部分產業伴生或者協作的聯盟。

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據統計，中國水泥工業利用工業廢棄物作為混合材利用已經達到約250 kg廢渣/t水泥，利用工業廢棄物的原料替代達到70~80kg廢渣/t水泥。噸水泥的廢棄物替代量約320kg。

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（3）替代燃料：在發達國家替代燃料的利用率接近50％。部分水泥廠甚至可以100％使用替代燃料。和原料替代及混合材利用的大規模普及相比，我國水泥工業在廢物替代燃料利用方面發展相對較滯后。

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在利用其他工業產生的可燃廢棄物作為水泥工業替代燃料利用上，目前國內較為典型的案例：天津水泥工業設計研究院有限公司開發設計的廣州市越堡水泥有限公司利用水泥窯廢熱干化600t/d市政污泥并利用干化市政污泥替代燃料。珠江水泥廠利用皮革工業廢物作為替代燃料上海萬安集團利用廢機油、廢溶劑、生活垃圾分選物作為替代燃料。

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天津水泥院在從事水泥窯協同處置廢棄物的技術研究與裝備開發已有十多年的歷史，目前已有成熟的技術投入工程應用。其中北京水泥廠有限責任公司處置10萬噸城市有毒有害危險廢物示范工程年處理廢物是天津水泥院2004年承接的開發設計工程。該示范工程依托北京水泥廠有限責任公司日產3000tpd水泥熟料生產線，依據工業廢物的不同特點分別作為替代原料、替代燃料、處置等不同模式實現處理。

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該工程建設有廢棄物的預處理中心和焚燒系統，其中預處理中心的主要任務有：

1）破碎粒度過大的廢棄物達到廢棄物處置粒度的要求；

2）對不同的物料完成混合調質均化達到穩定成分的要求；

3）通過物料搭配調整水分含量和良好的可塑性等三方面的要求。

固體、半固體廢棄物處理流程

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?? ?示范線焚燒系統依據廢棄物特性及處置的要求，確定不同廢棄物進入水泥窯系統的不同部位和不同方式，充分利用窯的熱負荷強度進行廢棄物的最高效、安全處理，具有以下優點：

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1）可使帶熱值的廢棄物或特危廢棄物從水泥窯窯頭噴射入窯內高溫區域，焚燒處置。

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2）考慮到某些難燃的或者大塊的物料的處理，廢棄物也可以自動化地從窯尾煙室投入。3）該示范線另一特色是把水泥生產分解爐和廢棄物處置爐合二為一，進行廢棄物處置。

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2、天津水泥院利用水泥窯處置污泥的技術

環境問題是污泥處置在目前主要面臨的難題，因為污泥的水分高、氣味重、重金屬高，且目前污泥大部分的處理方式為堆肥、填埋。但由于污泥中重金屬富集，長期采用此種方式將使土壤嚴重貧化，同時大量土地被占用而浪費。

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污泥焚燒處置不僅是一種有效降低污泥體積的方法，焚燒的技術優勢在于其處理的徹底性——減量率可達到95%左右，有機物被完全氧化，重金屬(除汞外)幾乎全被截留在灰渣中。因此，焚燒處置污泥是解決日益增長的污泥量的有效方法。但污泥的水分、熱值、灰分特性與水泥生產及余熱利用的協調問及污泥中氯、硫、重金屬等有害組分，對水泥生產的影響及控制是利用水泥窯處置需解決的關鍵問題。

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2008年天津水泥院開發設計了國內最大規模利用水泥窯處置濕污泥工程——廣州市越堡水泥有限公司利用水泥窯處置工業污泥工程：該項目新建一座日處理含水分80％污泥600噸的干化處置中心，干化后含水小于30%的半干污泥通過新建的接口設備在6000t/d水泥熟料生產線燒成系統中焚燒處理。年處理污泥18.9萬噸，約相當于廣州市2006年污泥總產量的50%。該示范工程已于2009年3月投入運行。

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污泥干化采用的熱源來自現有的熟料生產線預熱器出口廢熱煙氣，通過風機鼓入干燥機干燥室進口。需要干化的濕污泥由專用的輸送裝置送至污泥儲料小倉，然后送到干燥機干燥塔氣固兩相進行對流型干燥。完成熱交換后的污泥和煙氣一起進入袋收塵器，收塵后的干泥污泥顆粒送入成品污泥儲倉；尾氣經處理后排放；流程簡單，處置徹底。

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該項目若處置干基熱值3000×4.1816kcal/kg的污泥,可使水泥生產每年節省1.5萬噸標煤。

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利用水泥工業新型干法窯技術處理城市廢棄物，是發展循環經濟的具體表現，具有良好的環境效益、經濟效益和社會效益，是實現水泥工業和廢棄物處理產業“雙贏”的有效途徑。

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盡管利用水泥窯協同處置工業廢棄物在中國屬于起步階段，但北京水泥廠有限責任公司、廣州越堡水泥有限公司、上海萬安集團等水泥企業在這方面已取得了比較成功，目前已經形成了區域內的標桿，對水泥行業開展可燃性廢物的協同處置利用提供了很好的借鑒。

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水泥工業要實現可持續化發展，必須走資源、能源節約型、環境友好型的發展道路。與此同時，按照政府推動、企業主導、公眾參與的思路，積極而穩妥地大力推進利用水泥回轉窯處置和利用廢棄物技術的應用推廣。不僅推動水泥產業自身的發展，同時，也將為我國節約資源、能源和環境保護事業做出應有的貢獻。