中国水泥工业废弃物利用与可持续发展

摘要:

各位领导、各位专家：

 

大家好！刘长发院长从宏观的角度出发，已经和大家探讨了水泥工业应怎么发展的问题，我将从技术——或者说是从微观的角度来分析下，水泥工业应该做什么？

 

一、资源、能源、环境是资源水泥工业可持续发展的关键因素

水泥工业是国民经济的重要基础原材料工业，在生产过程中会消耗大量的资源和能源，同时产生大量的CO₂。2008年我国水泥总量约14亿吨，消耗石灰石约16亿吨，标准煤约1.6亿吨，占全国能源消耗总量的6.0%，年排放CO₂总量9.3亿吨，约占全国排放总量13%。

在水泥生产过程中，可大量利用冶金、化工、煤炭、电力、汽车以及建筑等行业产生的多种工业废弃物，资源化利用和无害化处置城市生活垃圾、下水道污泥等生活废弃物，这在循环经济的产业链中占有很重要的地位。因此，国家发改委在已颁布《水泥工业产业发展政策》指出：“国家鼓励和支持企业发展循环经济……鼓励和支持利用在大城市或中心城市附近大型水泥厂的新型干法水泥窑处置工业废弃物、污泥和生活垃圾，把水泥工厂同时作为处理固体废物综合利用的企业。”

 

优质资源日益减少、能源价格节节攀升，环境压力越来越大等是目前制约中国水泥行业可持续发展的关键问题，而利用水泥窑协同处置废弃物，是水泥工业未来实现可持续发展的一个重要发展方向。

 

二、利用水泥窑协同处置废弃物是未来发展方向
1、水泥窑处置废弃物具有以下优势特点：
（1）处理温度高。水泥回转窑内温度在1,350～1,650℃（最高的气流温度可达1,800℃或更高），对有害物的热解更加完全，即使是很稳定的有机物也能完全焚烧裂解。

 

（2）焚烧空间大，水泥窑不仅可以接受处理大量的废料，而且可以维持均匀的、稳定的燃烧气氛，满足了燃烧空间紊乱度，确保达到完全燃烧。

 

（3）焚烧停留时间长。由于水泥回转窑筒体长，物料在窑中高温下停留时间长，气体在窑内停留时间也在8秒以上，是其他窑炉所无法比拟的。

 

（4）水泥回转窑内呈碱性气氛。一方面能对燃烧后产生的酸性物质（如HCl、SO₂和CO等）起中和作用，使它们变成盐类固定下来，可减少或避免一般焚烧炉燃烧后产生“二恶英”的现象，另一方面也使有害废料中可能存在的金属元素（包括重金属），固定在氧化物固体中，使焚烧后的残渣均成为无害盐类，固定在水泥熟料中而不存在焚烧灰的处理问题。

 

（5）水泥回转窑是负压状态运转，因此，烟气和粉尘很少外溢。

 

（6）从处理费用来看，焚烧设备与部分尾气处理设备与水泥生产设备共用，比专业焚烧炉节省投资。

 

首先，必须拥有合法的许可证，接受当地的环境保护部门的指导监督。

 

其次，水泥厂的主要任务是生产水泥，因此在使用废弃物时，必须保证水泥性能、生产过程和环境等方面不受大的影响。

 

第三，水泥工厂在处理有毒有害废物时，应认真做好在运输、储存、投料操作、焚烧等过程中的安全防范工作，完善各项应急措施，避免发生对人员的伤害事故并且必须确保不会对环境产生额外的污染。

 

废弃物当燃料时，主要可在以下三个地方进行处理：首先在窑头，由于窑头温度热值一般在1700-1800℃，因此废弃物可处置得很彻底，燃烧肯定也非常完全。但窑头的处置依然存在局限性，由于窑头1700℃度要求的是平衡问题，当废弃物热量不大或燃料水分比较高时，这时加进的废弃物是需要降温的，一旦降温，水泥窑就处理不了，因此，实际上它是不能处置的。因此，窑头可处置一些热值比较高的，分散性能较好的液体或固体小颗粒，比如微量剧毒或少量垃圾等。

 

其次，在窑尾的处置，指的是在窑尾口而不是分解炉口上，由于窑尾没有分散性，废弃物加进去就随窑走了，因此，只适合处置少量大块的比较难以处理的废弃物。比如经切割后的轮胎或不用切割的小汽车轮胎等，此外还有沾湿物料，比如污泥。

 

最后一个是在分解炉处置这一块，由于分解炉的处置只需要900℃就够，而煤粉温度可达1600℃，平衡热量后还有大量的富于热量，低热值的物料加进去后，煤粉还能维持到900℃以上，这部分的处置比在窑内好，由于窑内燃烧必须在2秒内完成，而在分解炉内即使7-8秒内烧不完也没关系，且炉内燃烧空间比较大，因此，可处置一些低热值，比较分散的小颗粒物等。

 

水泥工业在自身的发展中，正不断探索和加大利用其他行业的各种工业废弃物。其中在处置利用工业废渣方面，主要有以下几个方面的应用：

 

（1）替代原料：电石渣、赤泥、碱渣等作为水泥生产的钙质原料，硅石废料、石英砂岩尾矿、铸造砂等作为硅质替代原料；粉煤灰、煤矸石、河水淤泥、水厂及污水处理厂的污泥等可作铝质校正原料，钢渣、硫铁矿尾矿、赤铁矿尾矿则是良好的铁质替代原料。

 

（2）替代混合材：矿渣、粉煤灰、钢渣大量作为水泥混合材。此类无机废物的利用技术目前发展已经很成熟，基本实现了市场化运行，产废工业部门与水泥生产企业通过废物向水泥生产原料转化的物料流向，形成初步的产业协作，并在此基础上形成部分产业伴生或者协作的联盟。

 

据统计，中国水泥工业利用工业废弃物作为混合材利用已经达到约250 kg废渣/t水泥，利用工业废弃物的原料替代达到70~80kg废渣/t水泥。吨水泥的废弃物替代量约320kg。

 

（3）替代燃料：在发达国家替代燃料的利用率接近50％。部分水泥厂甚至可以100％使用替代燃料。和原料替代及混合材利用的大规模普及相比，我国水泥工业在废物替代燃料利用方面发展相对较滞后。

 

在利用其他工业产生的可燃废弃物作为水泥工业替代燃料利用上，目前国内较为典型的案例：天津水泥工业设计研究院有限公司开发设计的广州市越堡水泥有限公司利用水泥窑废热干化600t/d市政污泥并利用干化市政污泥替代燃料。珠江水泥厂利用皮革工业废物作为替代燃料上海万安集团利用废机油、废溶剂、生活垃圾分选物作为替代燃料。

 

天津水泥院在从事水泥窑协同处置废弃物的技术研究与装备开发已有十多年的历史，目前已有成熟的技术投入工程应用。其中北京水泥厂有限责任公司处置10万吨城市有毒有害危险废物示范工程年处理废物是天津水泥院2004年承接的开发设计工程。该示范工程依托北京水泥厂有限责任公司日产3000tpd水泥熟料生产线，依据工业废物的不同特点分别作为替代原料、替代燃料、处置等不同模式实现处理。

 

 

该工程建设有废弃物的预处理中心和焚烧系统，其中预处理中心的主要任务有：

1）破碎粒度过大的废弃物达到废弃物处置粒度的要求；

2）对不同的物料完成混合调质均化达到稳定成分的要求；

3）通过物料搭配调整水分含量和良好的可塑性等三方面的要求。

固体、半固体废弃物处理流程

 

    示范线焚烧系统依据废弃物特性及处置的要求，确定不同废弃物进入水泥窑系统的不同部位和不同方式，充分利用窑的热负荷强度进行废弃物的最高效、安全处理，具有以下优点：

 

1）可使带热值的废弃物或特危废弃物从水泥窑窑头喷射入窑内高温区域，焚烧处置。

 

2）考虑到某些难燃的或者大块的物料的处理，废弃物也可以自动化地从窑尾烟室投入。3）该示范线另一特色是把水泥生产分解炉和废弃物处置炉合二为一，进行废弃物处置。

 

2、天津水泥院利用水泥窑处置污泥的技术

环境问题是污泥处置在目前主要面临的难题，因为污泥的水分高、气味重、重金属高，且目前污泥大部分的处理方式为堆肥、填埋。但由于污泥中重金属富集，长期采用此种方式将使土壤严重贫化，同时大量土地被占用而浪费。

 

污泥焚烧处置不仅是一种有效降低污泥体积的方法，焚烧的技术优势在于其处理的彻底性——减量率可达到95%左右，有机物被完全氧化，重金属(除汞外)几乎全被截留在灰渣中。因此，焚烧处置污泥是解决日益增长的污泥量的有效方法。但污泥的水分、热值、灰分特性与水泥生产及余热利用的协调问及污泥中氯、硫、重金属等有害组分，对水泥生产的影响及控制是利用水泥窑处置需解决的关键问题。

 

2008年天津水泥院开发设计了国内最大规模利用水泥窑处置湿污泥工程——广州市越堡水泥有限公司利用水泥窑处置工业污泥工程：该项目新建一座日处理含水分80％污泥600吨的干化处置中心，干化后含水小于30%的半干污泥通过新建的接口设备在6000t/d水泥熟料生产线烧成系统中焚烧处理。年处理污泥18.9万吨，约相当于广州市2006年污泥总产量的50%。该示范工程已于2009年3月投入运行。

 

污泥干化采用的热源来自现有的熟料生产线预热器出口废热烟气，通过风机鼓入干燥机干燥室进口。需要干化的湿污泥由专用的输送装置送至污泥储料小仓，然后送到干燥机干燥塔气固两相进行对流型干燥。完成热交换后的污泥和烟气一起进入袋收尘器，收尘后的干泥污泥颗粒送入成品污泥储仓；尾气经处理后排放；流程简单，处置彻底。

 

该项目若处置干基热值3000×4.1816kcal/kg的污泥,可使水泥生产每年节省1.5万吨标煤。

 

利用水泥工业新型干法窑技术处理城市废弃物，是发展循环经济的具体表现，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益，是实现水泥工业和废弃物处理产业“双赢”的有效途径。

 

尽管利用水泥窑协同处置工业废弃物在中国属于起步阶段，但北京水泥厂有限责任公司、广州越堡水泥有限公司、上海万安集团等水泥企业在这方面已取得了比较成功，目前已经形成了区域内的标杆，对水泥行业开展可燃性废物的协同处置利用提供了很好的借鉴。

 

水泥工业要实现可持续化发展，必须走资源、能源节约型、环境友好型的发展道路。与此同时，按照政府推动、企业主导、公众参与的思路，积极而稳妥地大力推进利用水泥回转窑处置和利用废弃物技术的应用推广。不仅推动水泥产业自身的发展，同时，也将为我国节约资源、能源和环境保护事业做出应有的贡献。