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精品长文:我国水泥窑协同处置废弃物工程实践的回顾、反思与展望

2017年12月29日作者:高长明来源:中国环境网

  2008年开始至今,我国水泥窑协同处置垃圾已投产的约有43台,2016年实际垃圾处置量约为300万吨,占当年城市生活垃圾产出总量1.8亿吨的1.7%。此外,我国还有近33台水泥窑协同处置市政汚泥和危险废物等每年约360多万吨。本文旨在对过去10年来我国水泥窑协同处置垃圾的工程实践进行全面反思,总结经验,吸取教训,发挥优势,改进不足,明确发展方向,表达水泥行业的心愿和䜣求,爭取政府和公众的理解与支持,为全社会的循环经济奉献水泥行业应尽的职责。

  根据中国建材联合会2017年7月内部统计资料,以及水泥工业“十三、五”有关规划目标,我国水泥窑协同处置可燃废弃物现状及其近期预测可整理成表1所示。因统计资料不够很完整准确,加之情况变化很快,其中数据难以精准,但具有足够的精确度。

  一、水泥窑协同处置可燃废弃物,用作替代化石燃料(煤、石油、天然气)的独特优势

  1.2002年德国科技部、环保局和工业部联合向世界通报,德国水泥工业在本国重化工行业中首先达到了绿色和环境友好型的标准。

  现今我国前10~20水泥集团的许多先进水泥工厂实际上已基本达到了德国环境友好型水泥工厂的标准要求。

  2.确保环境安全,不产生任何废渣,没有二次污染。在水泥窑系统内长时间高温的工况下,任何有害物质都将被完全消解或熔融,重金属元素全被固化在熟料晶格中,不会发生渗析。

  1990年至今,世界上450多台水泥窑已协同处置了各种各样的可燃废弃物近3.6亿吨,并经过了成千上万次第三方检测的数据与2010年挪威科学院的SINTEF报告相互印证,有力地证明了确保环境安全结论的正确性。

  3.单台水泥窑的产量很大,例如5000t/d的窑,每24小时喂入窑内的生料和煤粉等物料共计近10000吨,窑内温度高,热容量大,热力强度高,对额外物料(可燃废弃物)可能引起的系统内物流、气流、温度场、压力场等各种操作参数波动冲击的承受抵抗力很强,对各种性能废弃物的适应性也很强,足以保障工况稳定生产正常。每天协同处置三、五百吨废弃物,对熟料质量性能毫无不利影响,也无碍窑的正常生产运转。

  4.可利用水泥厂现有的装备,适当增设若干废弃物预处理设施,就能同时生产熟料又处置可燃废弃物,用作替代燃料,一举多得;无需象垃圾燃烧发电那样新建整个工厂。投资省、占地少、工期短、见效快。

  5.水泥窑中的能量转换过程是在密闭简单直接的状态下进行的,能量转换中的损耗少,而垃圾发电厂则需锅炉燃烧生成蒸汽推动汽轮机发电等多道能量转换,能量损失大;水泥窑的热效率比垃圾发电的高,所以对废弃物中全部热能的有效利用率水泥窑可达40%~70%,而垃圾发电的仅及20%左右。

  二、 我国水泥窑协同处置可燃废弃物(生活垃圾)工程实践现状及其与国际先进水平的差距

  我国水泥窑协同处置可燃废弃物的试验与实践,2000年前后,最先始于上海万安水泥公司。2009年广东粤堡水泥厂(现属华润)水泥窑协同处置污泥的项目在2000t/d窑上投产,至今已扩展兼烧危废。本世纪初海螺就“水泥窑烧生活垃圾”项目收购了日本川崎公司的KK(Kawashaki Kiln,气化炉)系统的制造许可权和专利权。2010年我国第一套水泥窑烧垃圾的KK系统在海螺铜陵水泥厂的1台5000t/d级窑上投产成功。然后将其冠以海螺(Conch)的头衔,KK系统更名为CKK系统。至今已有约20套CKK系统投产,在建的有多套,。2012年开始华新水泥集团协同处置长江三峡漂浮物、污泥和垃圾的几个项目也陆续投产。至今华新已拥有约12条协同处置生产线,另有多条线正在建设之中。2013年中材南京院在溧阳水泥厂研发成功了烧垃圾生产线,至今已投产了约8条线,在建的也有多条。2015年华润与丹麦史密斯公司、北京蓝天众成环保公司合作研发的“机械生物预处理+热盘炉(MBH)系统”的水泥窑协同处置垃圾项目,在广西红水河水泥厂投产成功,另有三套MBH系统将于今年底投产。

  除了上述海螺(CKK)、华新(多点协同)、金隅(分质处理)、中材(溧阳)、华润(MBH)这五家主要的水泥集团外,加上一些其他的水泥企业,据不完全统计,2017年6月我国已投产的水泥窑协同处置垃圾的生产线有约43条(在建的约20条)。2016年对全国熟料煤耗的替代率约1.8%。与美国的13%、日本的22%、德国的68%、挪威的90%相比,差距甚大。其主要原因是发达国家水泥窑协同处置可燃废弃物的种类很广,各种高中低热值的废弃物比例较均衡,而我国的则集中于最难处置的热值很低的生活垃圾和污泥等所造成的。

  三、水泥行业内部需要达成共识,对外推荐内容要全面、准确

  任何事物都具有正反两面,十全十美的事情是没有的。可能是因为我国水泥行业在公众心目中的形象历来就很不如人意,于是有些水泥集团意欲借水泥窑协同处置垃圾的项目来挽回或扭转水泥行业在公众中的不良形象,突出一些水泥行业利废和环保功能。因而在向政府部门和社会公众推介水泥窑烧垃圾的成效方面有失偏颇,容易引起误导,结果反而产生一些意外的负面效应。我们应该从中总结经验教训。

  首先,对水泥窑烧垃圾的推介不要“报喜不报忧”,净说其优点不谈其不足之处,固然水泥窑烧垃圾,尤其是烧原生垃圾对我国的利废和环保方面的贡献是很大的,应该宣传。但是其在经济上对水泥企业是入不敷出的,对此我们在推介时不应避而不谈。

  其次,对所谓的“喜”要表述准确清晰,更不要夸大。例如水泥窑烧垃圾后余热发电量稍有增加,但是它与熟料单位热耗和单位电耗的增加,以及熟料减产的损失相比极其微小,完全可以忽略不谈。然而我们有些水泥企业在向外界推介时都过分强调了这一点,使人容易产生“水泥窑烧垃圾既节省了煤,还能多发电”的错觉。甚至有人借此机会有意或无意的把水泥窑原本就有的余热发电的效益,一股脑的都算在烧垃圾的功劳簿上,变成了“水泥窑烧垃圾一年节省10000多吨煤(600~800万元),发电5000度万度(2000

  ~3000万元),一本万利,还想要政府补贴,太贪婪了!” 。

  显然这种“一本万利”的说法是很大的误解,也可能是故意的“恶解”,其部分的由头就源于我们自己的推介有失偏颇,不够准确清晰,轻重不分,不全面,报喜不报忧。

  所以,对于水泥窑协同处置垃圾的工程实践,水泥行业内部应该形成一个实事求是的共识,对外的推介应该有一个基本统一的科学全面准确的表述,以利于水泥窑协同处置可燃废弃物事业的发展。希望2015年7月新成立的水泥窑协同处置生活垃圾产业联盟做好这方面的交流、商讨与协调工作,这对整个水泥行业的转型升级是很需要的,有益的。

  四、澄清外界对水泥窑协同处置垃圾的疑虑或不实非议

  我国水泥窑协同处置垃圾的项目,自从1998年开始向政府呼吁呈请关注以来已有20年了,期间经历了许多不屑、反对、阻挠、责问和疑虑,最初起步时几乎是到处碰壁,诉求也无人理睬。但在一些有识之士和大型水泥集团的坚持努力下,终于艰难地逐渐打开了局面。2014年开始国家认同并决定推行水泥窑协同处置城市垃圾项目(发改环资【2014】884号文),工信部、住建部、发改委、科技部、财政部、环保部六部委决定联合开展对该项目的试点及评估工作,能获得今天这样的初步成效实属不易。针对至今猶存的几种最主要的反方说法,我们有必要在这里再次重申四项重要事实,澄清两个责难和非议,表明一个态度,以正视听。

  1.  2010年至今我国水泥窑累计协同处置生活垃圾、汚泥和危废约5000万吨,各种污染物的排放均达到有关国标的要求,第三方的环境指标检测数据和挪威科学院SINTEF报告结论一致,没有出现过超标情况,足以确保环境安全。我国已经实施的有关国标共有14项:

  ⑴ GB50634-2014 《水泥窑协同处置固体废物设计规范》

  ⑵ GB30485-2013 《水泥窑协同处置固体废物污染物控制标准》

  ⑶ GB662-2013 《水泥窑协同处置垃圾工程设计规范》

  ⑷ GB50594《水泥窑协同处置垃圾工程设计规范》

  ⑸ GB30760 《水泥窑协同处置固体废物技术规范》

  ⑹ GB50757-2012《水泥窑协同处置污泥工程设计规范》

  ⑺ GB18599 《一般工业固体废物贮存场所污染控制标准》

  ⑻ GB18597 《危险废物贮存污染控制标准》

  ⑼ GB14554-93 《恶臭污染物排放标准》

  ⑽ GB4915-2013 《水泥工业大气污染物排放标准》

  ⑾ GB50558-2010 《水泥工厂环境保护设计规范》

  ⑿ GB50295 《水泥工厂设计规范》

  ⒀ GB8978 《污水综合排放标准》

  ⒁ GB18484-2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》当垃圾入水泥窑数量超过物料总质量30%时执行此标准。

  以上规范和标准覆盖了水泥窑协同处置固体废弃物有关环境安全、排放标准、设计技术规范等各个方面,内容齐全完善,技术水平较高,指导性强,利于实施和监管。但至今仍还有些反方人士认为,水泥窑烧垃圾尚无足夠国标可遵循,那么这些国标应该足夠了吧。

  2.  2010年至今我国烧垃圾的水泥窑累计生产熟料约1亿多吨,生产水泥约2亿吨全部符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥标准》的各项规定,对水泥质量和性能没有任何不利影响,实际使用中从未发生一起质量问题。这个事实足以令人信服,水泥消费方面大可放心。

  3.  为了确保正常生产,水泥窑协同处置垃圾时大都配有旁路放风系统,但因采取了“放风排氯不排灰”的技术措施,加之绝大多数放风都是间歇操作,所以旁路窑灰量很少,大概只有其熟料产量的0.5%。如果将来我国有250台水泥窑兼烧各种废弃物(含垃圾)的话,每年产生的旁路窑灰也只有150~200万吨而已(目前约为40万吨)。更何况所有的旁路窑灰水泥厂可以全部自行消纳干净,没有外排。旁路排风的设计和污染物控制完全符合GB50295和GB30485的标准。旁路放风中的二噁英含量一般介于0.032~0.065 ng-TEQ/Nm3。可以说,所谓旁路排风及其窑灰,现在根本就不存在什么“问题”,请不必因此再为水泥行业“操心”了。

  4.  工信部等六部委2017年3月在一次全国废弃物处置研讨会议上,对我国水泥窑协同处置废弃物的总体评估是:总体来看,我国水泥窑协同处置废弃物,在技术、装备、标准、污染控制水平等方面已基本成熟和完善,具备推广应用条件。如何通过有效的激励政策,建立起长效运行机制,相关部门协同推进的管理协调机制有待健全完善。我们完全同意这个评估,希望社会各界各部门理解支持水泥行业做好协同处置废弃物的工作。

  5.  有一位垃圾发电方面的专家在2015年5月19日的《中国环境报》12版发表了某水泥厂提供给他的该厂焚烧生活垃圾时二噁英排放的对比数据(见下图)。

 

  本人见报后立即提出问询,所谓某水泥厂是哪一家厂?回答竟是“需保密,现在不能说,以后会公布的”。时隔两年多,这位专家还在继续“假设推算”水泥窑烧垃圾旁路放风中释放大量二噁英,云云。好像已经忘记了还有“公布某水泥厂真姓实名”这笔欠账尚未还清之事。老实说,图中的数据和附注中的破绽不少,既违背事实,又不符合逻辑。他以为全国有2000多家水泥厂,说一个某厂别人就无从核查了。岂知那时(2015年5月)全国烧垃圾的水泥厂就只有那么几家,如果真有其亊的话,问清楚并不难。再说,水泥工程师都知道,旁路放风中不可能释放大量二恶英。这样的附注颇有外行人士画蛇添足,弄巧成拙之嫌。使人不得不怀疑,该信息和数据来源的真实性?我们十分重视和尊重反方的意见,但应是真诚的商讨,诚实为本。

  6.  有些反方人士主张要防止那些濒于淘汰的水泥企业借此“漂绿”,捞取救命稻草,一哄而起。他们把少数不计较近期经济利益,具有高度社会责任感和环保意识強的龙头水泥企业视为“漂绿”之辈,未免有失对辩论对方起码的尊重。之所以会这样贬低一些优秀水泥企业,其根源就是唯恐水泥行业触动了他们历来就专享的“蛋糕”,打扰了他们企图长期独吞垃圾的利益链。其实大家都心知肚明,如果水泥行业真能就此一哄而起的话,那么何以磨蹭了近10年,怎么始终没有出现哄起的迹象呢?因为这里根本就丝毫没有哄起的条件与可能,只是给水泥行业扣上几顶“大帽子”的说辞而已。然而水泥窑协同处置废弃物(包括生活垃圾在内)是科技发展的大方向所决定的,岂能被几顶“大帽子”所阻挡!

  7.  其实垃圾发电行业大可不必如此紧张,担心水泥行业抢了他们的“蛋糕”,因为无论从全社会资源的科学高效配置,还是从水泥行业协同处置可燃废弃物的经济效益等多方面考量,根据欧盟诸国的经验,水泥窑协同处置生活垃圾数量约占垃圾总量的10%左右为宜;垃圾发电是消纳生活垃圾的最主要技术途径。更何况水泥窑协同处置可燃废弃物的种类和范围很大,适应性很强,完全无需也不应局限在垃圾上,所以请垃圾发电行业尽管放心,好自为之的发展空间是很大的。

  五、对政府的恳请与诉求

  众所周知,我国“垃圾围城”的情况十分严峻,每年近两亿吨垃圾不能及时无害化处置,还有大量的陈化垃圾,逐年累月地不断积累,占用大量土地,污染环境,危害和隐患很大。我们水泥行业意在充分利用水泥窑的独特利废优势,愿意主动为社会分担一部分无害化处置垃圾的任务,为环保奉献一份心意,即使在水泥窑协同处置垃圾时,经济上将有所亏损的情况下,一些优秀的水泥企业仍然在所不辞,甘愿为全社会的环保付出一定的代价。我国很多精英级水泥企业家都认为,环保不只是成本,更是一份责任。所以打拼出来了今天水泥窑烧垃圾这样的局面。我们真诚的希望政府和社会各界理解水泥行业这些优秀企业之所以愿意烧垃圾的一片衷心,这里的确没有“眼红垃圾发电行业的政府补贴和变相厚利,企图从中分得一杯羹的任何私心“。所幸”日久知人心“,长期坚持实践的结果令人欣慰,社会主流和政府现今已经理解和认同了我们的初心,正在开展推进水泥窑协同处理垃圾工程项目的试点与评估工作,我们十分感谢社会各界的理解与支持。

  然而,按照市场经济原则,水泥窑烧垃圾单凭企业家的环保意识是难以持久的,是不可持续的。所以我们认为有必要无愧的恳请中央政府对水泥窑协同处置垃圾予以适当补贴。按当前全国平均值估算,每处置一吨原生垃圾补贴60~70元,大致可以使水泥企业的盈亏基本持平。今后随着水泥行业垃圾处置技术的提高,处置成本的下降,中央政府的补贴还可以相应调低。我们水泥企业从来就没有指望借此赚钱,只要不亏损即可。至于中央政府补贴的方式可以多样化,例如减免税或融资优惠等等,但是希望同时出台相应的可操作的配套措施,以利真正落实到位。

  另外,我们建议政府对全国的垃圾市场供给侧进行必要的整理改革,因历史原因掌控城市垃圾的城市环境卫生局,所需的专业技术水平要求不太高,领导部门对它的监管不多,历来就是一个近似“三不管”的独立性行政体制。近十多年来,因为垃圾发电行业的兴起及其变相厚利的驱使,垃圾的“含金量”随之抬升,甚至出现一面垃圾“缺货”,待价而沽,另一面垃圾却在违法倾倒的怪象,垃圾市场滋生了某些不良倾向,垃圾”资源“掌控机构的机制体制似应与时俱进的进行整顿和革新。

  六、今后的发展方向与目标

  我国水泥窑协同处置可燃废弃物用作替代燃料项目,今后发展的方向主要是开拓扩大处置各种废弃物的品种和范围。现今我国已利用的城市垃圾、市政污泥和危废均属低热值废物。对水泥企业而言,处置这类废物其环保效益、社会效益远远大于经济效益。例如2016年我国近76台水泥窑协同处理原生垃圾约300多万吨,污泥和危废等约 360万吨,结果是其用作替代燃料对全国熟料总热耗的贡献率(即对熟料煤耗的替代率)为1.8%。距离我国2020年协同处置的水泥窑达到10%~15%(约200台),对熟料煤耗的替代率达20%以上的目标相差很大。所以我们必须努力开拓高热值废弃物的利用,例如废轮胎、石油焦、油田污染土、废机油、废油墨等。10年前人们普遍认为水泥烧轮胎太浪费,发达国家可以,在我国则行不通。然而,据统计,2015年全国废轮胎为3.5亿条,重1360万吨,除了一部分翻新和用于蔬菜大棚取暖燃料等以外,约有50%的废轮胎乱堆乱放。2016年全国机动车使用量已超过2亿辆,2017年上半年机动车新增5000万辆,废轮胎“成灾“的景象或许为期不远了,我们是否应该早做准备?废轮胎对水泥窑的热耗贡献率比煤还高,1吨废轮胎相当于1.14吨标煤,是原生垃圾的10~12倍,其它的油田污染土和废机油等亦然,大致可达5~6倍,而且它们的前处理工序比垃圾简单得多,成本低。对水泥企业来说,利用高热值废弃物作为替代燃料,在发挥基本相同的环保效益和社会效益的情况下,可以较显著地提升其经济效益。

  另一项需要认真改进的工作是,水泥企业对其兼烧废弃物工程项目的投资与运行成本和污染物排放等信息应该透明,要向全社会如实定期发布。反思外界之所以对水泥窑烧垃圾有诸多非议和微词,其中固然有我国水泥行业历史上公众口碑不佳的因素,但现今仍旧信息不透明、不准确、不统一,相互矛盾,变化无常,往往容易使人们缺乏信任感,这是一个更主要的因素。希望水泥窑协同处置生活垃圾产业联盟做好这方面的组织协调工作,革除陋习,要向社会公众提交有实质内容的年度环境报告和社会责任报告,接受舆论监督。这也是我国所有水泥企业应该努力弥补的主要短板。

  总之,水泥窑协同处置可燃废弃物用作替代燃料,实现熟料生产的化石燃料“零消耗”是我们的大方向大目标,现今德国已经达到了68%。我国虽然差距还很大,但是我们已经研发成功了海螺(CKK)、华新(多点协同)、金隅(分质处理)、中材(溧阳)、华润(MBH)五种型式协同处置生活垃圾的成熟可靠的示范性技术与配套装备43条生产线,和协同处置汚泥、危废等33条生产线,加上水泥生产已有的各种技术装备,可以有把握地说,在技术装备和环保等方面,我国已具备应对处置不同形态(絮状、粒状、块状、浆状……)和不同性能 (干湿、软硬、粘结、缠绕、磨蚀、腐蚀、危险……)各种各样可燃废弃物的能力和实力,拥有坚实的物质和人力资源基础,满怀信心,砥砺奋进,有望在不太久的将来基本实现大目标,前景光明可期。

 

参考文献

  1.  高长明:“四零一负” 论水泥工业可持续发展战略 《水泥技术 》1997 第1期 1~6页

  2.  高长明:水泥工业“四零一负”理念的前世今生与未来一一回眸“四零一负”提出20年

  《新世纪水泥导报》 2016 第4期 1-6页

  3.  高长明:水泥窑协同处置垃圾热点释疑  中国建材报 2914.12.05 第3版

  4.  高长明:水泥窑协同处置垃圾问题再释疑  《水泥 》2015 第6期 6-8页

  5.  高长明:水泥窑协同处置城市垃圾与垃圾发电16年发展历程回顾

  中国建材报 2014.07.07

  6.  高长明:再论水泥窑协同焚烧废弃物的环境安全问题

  《中国水泥》 2010 第2期 13-14页

  7.  高长明:水泥窑协同处置生话垃圾旁路废气二恶英会否超标?

  中国环境报 2015.06.30 第12版

  8.  Ernst-Micheal Sipple: The ReduDust process=production of salt in the cement plant

            ZKG Nov.2015 p.28-34

  9.  BHS SONTHOFEN GMBH: Treatment of bypass dust in cement manufacturing

              ZKG March p.26-29

  10.高长明: 水泥混凝土工业是全社会循环经济的重要成员 中国建材报 2017.06.14 第3版


编辑:姚伊乐