水利信息化技术论坛将召开 中国电动汽车百人会论坛举行 2017新能源交通国际论坛举办
治污专家

高长明:水泥混凝土工业是全社会循环经济的重要成员

2017年10月23日作者:中国水泥网高级顾问 高长明来源:节能与综合利用司

  研究分析国内外水泥工业发展的历史与经验,笔者认为,循环经济的推广和深入进行,为我国水泥工业提供了“才尽其用、将功补过”的机遇,也是我国水泥工业由重化工型升级提高为绿色环保型的转机。

  一、推行循环经济的重大战略意义

    循环经济是运用生态学规律来指导人类、社会经济活动,以资源和能源的最低消耗、最高效利用和最多的反复循环使用为核心,遵循“减量化、再利用、再循环”原则,旨在实现以尽可能少的资源能源消耗和尽可能小的环境代价录获得尽可能大的社会经济发展效益。循环经济就是要克服传统的线性经济发展模式的弊端,实现可持续发展的循环型经济发展模式,在获得经济不断增长的同时,始终保持人类和自然之间的生态平衡与和谐发展。

    2009年1月1日我国正式实施《循环经济促进法》,中央政府开始强力推进循环经济的全面发展,为把我国建设成一个节约资源能源、环境友好、经济发展的人与自然可持续地和谐发展的社会而努力。

    历史和现实的经验教训是深刻甚至惨痛的,我国在各行各业的经济建设上取得迅猛增长,正在世界上崛起的今天,更要牢记吸收教训。否则,这样的“崛起”就可能难免最终被日积月累的瀚海“废弃物”所埋葬,这并非危言耸听。我们一定要清醒地认识到,只有认真全面地做好循环经济,才是从根本上减轻环境汚染,修复生态平衡的有效途经;才是充分利用资源能源,缓解其紧缺的重要举措;才是开发利用再生资源能源的根本出路; 才是真正提高经济发展实效,提高绿色GDP的正确选择。归根到底,发展循环经济是以人为本,以天然生态为根基,以仿生群落体系(生物链)为榜样,实现可持续发展的最本质诉求。

    二、循环经济给水泥混凝土工业提供了“才尽其用”的契机

    水泥混凝土工业是现代重化工业体系中的一员,因其产品价格较低廉,所创造的经济价值不大,所以在整个重化工业中历来就处于比较次要的位置。相对于世界发达国家,这种情况在我国尤为明显。加之以“土”着称的小立窑畸形地在我国大肆发展了半个多世纪,致使在我国近两三代人的经历和记忆里,很大多数对水泥工业的印象是相当负面的。这主要是水泥工业自身的实际表现造成的,我们应该吸取教训。经过20多年来的努力改进,虽然我国现今水泥工业的总体形象已大为改观,花园型水泥厂林立,但仍难免有不少公众因惯性思维而对水泥混凝土工业持有侧目与不屑之感。对此我们同样更应该深刻反思与理解。

    研究分析国内外水泥工业发展的历史与经验,笔者认为,循环经济的推广和深入进行,为我国水泥工业提供了“才尽其用、将功补过”的机遇,也是我国水泥工业由重化工型升级提高为绿色环保型的转机[1]。

    希望本文能对社会公众和媒体了解当今我国水泥混凝土工业的实情,逐渐扭转过去的不良印象,起到一点有益作用。

    三、水泥混凝土工业的固有特长及其利废功能优势[2]

    1.熟料在窑系统内的煆烧温度高达1500℃, 物料在窑系统中的停留时间长达20多分钟,气体的停留时间10秒左右。任何废弃物中可能含有的无机或有机的毒性物质在上述条件下都将彻底分解或熔融而消除干净,确保环境安全[3]。

    2.废弃物在水泥窑系统中协同处置时,可能产生的二悪英被分解,无机物被烧熔用作替代原料。废弃物中如果有若干重金属元素,它们都将被固化在熟料的晶格中,不会渗析无污染。所以水泥窑协同处置废弃物时无残渣,无毒性飞灰,彻底消纳干净,无二次污染[3]。

    3.2002年德国科技部、环保局和工业部联合向世界通报,该国水泥工业率先在其整个重化工业系统中进入了绿色工业和环境友好型工业的行列。实际上,这也是水泥工业担当(协助)消纳处置全社会废弃物重任的必要条件。“打铁还须自身硬”嘛。现今许多发达国家的水泥工业都己达到这个条件了。我国前10~20水泥集团的许多大型水泥厂亦然。

    4.根据现今科技发展应用趋势的预测,国内外大多数学者认为,水泥混凝土在今后相当长时期(50~100年)内,仍是一种难以被替代的经济实用的大宗建筑材料。故其“有效服务期”很长久。

    5.粘土质和石灰质的废弃物水泥工业可以利用其中的钙硅铝铁等元素用作生产熟料的替代原料,例如电石渣、赤泥、矿渣、炉渣、粉煤灰等。

    6.水泥工业对各种含有可燃物质的废弃物,用作其替代燃料的适应性很强,几乎含盖所有的可燃废弃物(除核废料、电子类废料外),适用范围很广阔。

    7.单台水泥窑的生产能力很大,例如日产熟料4000吨的窑,相当于每24小时喂入窑内的生料和煤粉共计7500吨左右; 窑内热力强度很高、热容量很大,对额外物料可能引起的物流、气流、温度、压力等各种操作参数波动冲击的承受抵抗能力很强,整个系统很稳定。每天协同处置数百吨一般废弃物对熟料质量性能毫无影响,也无碍窑的正常生产。

    8.矿渣、钢渣、冶炼渣、粉煤灰、烧页岩、……都可以直接用作水泥混合材,经深加工后还能替代部分熟料,潜力可期。

    9.构筑物建设中和折除后所产生的建筑垃圾与渣土,经破碎筛分后能回收得到各种粒级的碎石和砂粒,可用作混凝土的骨料和砂,循环利用。

    10.水泥混凝土的产量和消费量很大,在重化工业中首屈一指。对全社会废弃物的消纳处置循环利用的能力特强,可谓“胃口”很好又很大,什么都“吃”,还“吃”得不少,正符合循环经济之需。

    11.可利用水泥厂现成的生产装备协同处置弃废物,同时照样生产熟料,一举两得;除须要增设若干废弃物预处理设施外,无需象垃圾焚烧(发电)那样新建整个工厂,投资省、占地少、工期短、见效快。更重要的是我国现有垃圾电厂每年产生的数百万吨毒性飞灰和炉渣还必须深埋或再处理,既耗费资金和土地,又难免二次污染之隐患。

    12.因为偶遇水泥原燃料中含有过多的钾钠氯硫等对窑生产操作不利的成份,1990年前后研发并实际生产应用了水泥窑旁路放风技术。实际上这种必须放风的情况很少,即使在水泥窑协同处置大量废弃物的今天,必须采取旁路放风措施也不多,全球估计6%左右,我国还不及1/40。

    虽然,我国水泥厂旁路窑灰的数量只有垃圾电厂飞灰的百分之几(估计约3%),其毒性也远没有飞灰那么严重,但其多少具有若干二次污染之缺陷是存在的,同样须要消除。值得报告的是,德国A TEC公司研发的新型旁路窑灰处置系统[4],在斯洛伐克国原豪瑞(Holcim)水泥集团所属的Rohoznik水泥厂的一台日产熟料2300吨的预分解窑上经过长期生产实践检验,2015年10月发布成果称,已经获得可以推入市场的满意结果。该系统采取并不是很复杂的技术装备可将旁路窑灰全部转化成初级钾肥和化工原料氯化钠,变废物为有用之物,而且没有残渣。最近2017年3月,另一家德国公司一一BHS SONTHOFEN GMBH 宣布[5],其研发的集成式全套小型高效洗滤装置,同样在Rohoznik厂获得生产试验成功,可将所有旁路窑灰洗滤后全部返回窑内用作水泥生料,没有残渣,但每天有约20吨含氯(碱)的滤液须要处置。因一般单窑旁路窑灰量每天约50~70吨,该洗滤装置的产能足以满足现实需求。所以旁路窑灰问题已接近妥善解决,应该是不会成为问题的。这样,对行业外有些人士特别关注的所谓“水泥窑旁路窑灰汚染”问题可以作为一个令人不必担忧的答复吧。

    应该强调指出,以上所述内容的每一项都是确凿的亊实。关于水泥窑协同处置城市垃圾时的二恶英排放问题,业内外曾经有过疑虑和研讨,这很正常。现今国内已有近40台水泥窑烧垃圾长期生产的实测数据足以打消这种疑虑。去年国家技术政策已明确支持水泥窑协同处置废弃物这项技术的推广应用,现已进入正常发展的轨道,只是政府有关政策的配套措施尚有待具体落实。

    关于二恶英排放问题,这里有一段不大不小的插曲颇值玩味。2015年5月曾有一位行业外专家在媒体上发表了一串某水泥厂提供的二恶英排放“实测数据”[6]。当时本人立即问询其数据的具体出处何在?所谓的某厂是那一家水泥厂?回答是“须保密现在不能说,以后会公布的”。但至今仍未见其公布出处,我们始终还在等待着!不料这位专家最近又在媒体上“假设推算”这种二恶英数据[7],好象已经忘记了还有“公布其出处”这笔欠账尚未还清的亊。所以,看来本人也不能再继续等待和沉默了。无疑,各种主张和看法完全有权利表述,我们欢迎并尊重不同的或者反对的意见,愿意相互学习探讨,但是都应该以实际事实为依据吧?

  四、水泥混凝土工业是全社会循环经济中的重要成员

    我国水泥混凝土工业在全社会循环经济中的表现如何,做得怎样,发展前景和潜力有多大?笔者搜集整理了2016年水泥混凝土工业利用消纳各种废弃物有六大类,共计10.97亿吨,资源化利用率(消纳率) 18.4%; 矿渣、钢渣的消纳率达67%,粉煤灰74%,脱硫石膏60%,燃煤炉渣28%,对这些废弃物的消纳率都比较高,如果须要都还有提高的潜力;但对建筑垃圾和生活垃圾的消纳率太低,与其处置能力很不相称,亟须政府技术政策的大力引导促进;详见附表。

 

    1.工业固废一一全国产生量共计11.03亿吨。其中矿渣(含少量钢渣)5.86亿吨中的3.9亿吨,大部分被用作水泥混合材,少量用作混凝土掺合料。消纳率67%;其他类1.36亿吨中的铁粉、电石渣、赤泥等0.6亿吨被用作水泥原料,消纳率39%;有色金属冶炼废渣的利用尚在研发中,消纳率几乎为0;工业固废的总消纳率41%。

    2.热电厂粉煤灰一一全国总产出6.08亿吨。其中的4.5亿吨被用作水泥混合材,消纳率74%。以后将粉煤灰深加工后还能替代水泥中的部分熟料,其潜力尚在研发中;同样,矿渣亦然。

    3.燃煤炉渣一一全国总产出量2.96亿吨。其中有0.82亿吨被用作水泥原料,消纳率28%,还有增长潜力。

    4.工业(脱硫)副产石膏一一全国总产出0.85亿吨,其中有0.5亿吨被用作水泥缓凝剂,消纳率60%,还有增加潜力。

    5.建筑垃圾一一全国产出量35.5亿吨,其中15.5亿吨块状废弃物中只有0.62亿吨被破碎筛分后用作混凝土骨料或砂粒,消纳率极低仅4%,与发达家的70~90%相比,差距很大。现今有些企业对建筑垃圾资源化利用的意愿很积极,亟待政府政策促进, 应大力补齐这一短板。另外20亿吨渣土的处置也应提到议事日程,不宜拖延。

    6.城镇生活垃圾一一全国产出量1.86亿吨,其中有近6000万吨(32%)用于焚烧发电。水泥窑用作替代燃料的不到400万吨(小于2%),参考发达国家水泥工业的经验数据,在全国水泥行业按总热量计的燃料替代率达到60~70%时,必须对高中低不同热值的废弃物并举,尽量开拓高中热值废料的采用笵围和比例,过多依赖低热值废弃物对水泥企业本身是不经济的,不可取。笔者预测我国水窑烧这种低热值生活垃圾达到经济平衡高位时为每年2500万吨左右,相当于2016年城镇生活垃圾总量的13%,现今实际上仅为1.8%,所以还有很大的发展空间。对此请垃圾发电行业不必担忧,水泥行业永远不会、也不须要与垃圾发电行业“争抢”垃圾。因为垃圾发电是消纳垃圾的绝对大户,水泥行业只是适当地起一些辅助作用,这是社会资源科学配置和经济合理的行业分工所决定的。

    除上述上六大类外,水泥工业同样具有消纳处许多其他废弃物的功能与优势,例如:废轮胎、石油焦、动物骨肉、油墨、化工溶剂、废机油、秸秆、养殖场废物、污染土、过期农药、违规饮食品、废旧服装、皮革边角残渣、林牧渔业废料、废油漆涂料、查没毒品走私品;等等。其中有些可用作高热值的替代燃料,有些可用作低碳的替代原料,或两者兼而有之。这些正是水泥企业应大力拓展的范畴,现今我国业界对此的认识尚须普及,主动搜索、研发的积极性有待提高。

    对于需要临时性、批量处理消纳的各种废弃物,水泥厂的应变能力很强,利用已有的生产装备系统,只要添加少量的简单装置即可进行处置,特别在设有热盘炉烧废的水泥厂更便捷,几乎无需添加设备就可马上开干,很快就可完成任务,而且还能适应处理各种反复多变的废弃物之需。这也是一些欧洲国家的水泥企业值得我国同行向他们学习之处。

    金隅集团的北京昌平水泥厂已获得焚烧20多种危废的许可证。虽然以后烧危废的水泥厂不会象烧垃圾的那么普遍,但是昌平厂所开拓并长期生产实践积累的经验是很宝贵,是对水泥工业利废功能的重要补缺,十分必要的,为今后利废范畴的进一步拓展奠定了基础,做出了贡献。

    综上所述可以看出,水泥混凝土工业在全社会循环经济体系中、在保障生态环境安全和经济合理的前提下,可以有效地资源化利用大量的各种废弃物。消纳率除建筑垃圾和生活垃圾亟待大幅提高外,其他的都较高(~30%)或很高(~70%),而且在数量和种类上都还颇具发展潜力。这是其他重化工产业所莫及的,成效显着,不愧是循环经济的得力干将、重要成员。

    必须指出,在全社会循环经济、各行业相互协作系统中,必须强调和坚持“谁产出废弃物,谁负责清除”的原则。有人认为,水泥混凝土工业“本亊”很大,理应接收我的废弃物,发挥你的利用功能。亊实上绝非如此,水泥混凝土工业根本就没有这么没大“本事”,也不是其他行业的“垃圾桶”,更没有这样的社会责任和义务。还有人抱怨,洽谈处置垃圾焚烧飞灰时水泥厂漫天要价,是乘机“拿一手”,攫取暴利。殊不知,琉璃河水泥厂处置飞灰,北京市政府的利废补贴是吨飞灰1500元。因为飞灰必须先经过反复洗涤过滤,清除其中毒性成分后才能用作替代原料,进入水泥窑系统;而这套洗滤装置水泥厂是没有的,须增建整个洗滤车间及其储运设施,投资不少,占地不小,成本很高。如果垃圾焚烧企业和水泥企业这样一对一的处置飞灰是很不经济的,双输,不可行的。建议几家垃圾焚烧企业联合在适当地上共建一个飞灰洗涤站,将除毒洗净的飞灰送到水泥厂就可直接用作替代原料,大家都能降低成本,多赢。

    水泥混凝土工业虽然在循环经济系统中发挥了较大功能,取得较明显成效,今后更要再接再厉,开拓进取,与各行业密切协作,为全社会循环经济的发展与提升做出应有的更大贡献。

    参考文献

    1.高长明:水泥工业“四零一负”战略对循环经济的奉献.水泥工程 2006 No.4 p.1~4

    2.高长明:水泥窑处理废物有八大优势.中国环境报 2009.06.25 第6版

    3.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 No.2 p.13~14

    4.Ernst-Micheal Sipple: The ReduDust-process ZKG Nov. 2015 p.28~43

    5.BHS SONTHOFEN GMBH: Treatment of bypass dust in cement manufacturing ZKG March 2017.P.26~29

    6.徐海云:协同处置的两点疑虑.中国环境报 2015.05.19 第12版

    7.徐卫星:垃圾焚烧行业如何扩市场提技术?.中国环境报 2017.04.25第6版


编辑:治废专家01