水泥工业发展循环经济论文

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1国外水泥工业发展循环经济的经验

为了促进世界水泥产业可持续发展，1999年，在世界可持续发展工商理事会（WorldBusinessCouncilforSustainableDevelop-ment，WBCSD）的赞助下，由当时世界10大跨国水泥生产商自发组织起来，发起设立了世界水泥可持续发展促进会（CementSustainabil-ityInitiative，CSI）。CSI的功能被细化为7个行动小组，包括负责任地使用原燃料、混凝土循环使用、对土地及社区的本地影响、二氧化碳及气候保护、排放监控与减排、员工安全与健康、报告与交流。从宏观上看，发达国家自1990年确立水泥工业可持续发展战略以来，已经把水泥工业发展循环经济看作是实现水泥工业可持续发展战略的一条重要途径。许多国家以立法的方式推进循环经济发展。这些法律的要义是：首先要减少源头污染物的产生量，在产品生产和使用阶段要尽量避免废弃物的排放；其次是对在源头上不能削减但可以利用的废弃物要回收利用，使它们在生产过程中能得到循环利用；对那些确实没有利用价值的废弃物，才最终做无害化处置。日本、德国、美国及欧洲等发达国家对水泥产业废弃物处理和资源再生利用做出了许多具体的规定。美国早在1976年就颁布实施了“资源保护回收法”，力图通过一系列与固体废弃物管理有关的措施，促进对人类健康和环境的保护，并保护有价值的资源和能源。1996年，德国制定了“循环经济和废弃物管理法”，该法的目的是彻底改造垃圾处理体系，建立产品责任（延伸）制度，要求在产品的生产和使用过程中尽量减少垃圾的产生，在使用后要安全处置或重新被利用。日本在2000年颁布了“促进建设循环型社会基本法”，以解决废物问题为起点，旨在改变整个社会经济的传统发展模式。其它发达国家针对国内的资源消耗和环境问题，也出台了相应的循环经济立法。法国、英国、比利时、澳大利亚、丹麦等国家从20世纪90年代以来也相继颁布和实施了有关废弃物减量化、循环利用的立法。从微观上看，发达国家水泥产业发展循环经济是从废弃物资源化开始的。它们利用废弃物的种类很多，而且利用历史也比较早，如利用煤矸石、粉煤灰、矿渣、尾矿等作为水泥生产配料或混合材，但过去大多是从满足水泥生产自身需要、节省成本角度考虑的，并没有上升到发展循环经济的高度。20世纪70年代能源危机之后，各个国家经济的不断增长，各类废弃物（包括工业垃圾、市政及生活垃圾、建筑垃圾等）越来越多，占地、污染、处置等方面的困难和矛盾越来越大，发达国家便开始探索在水泥生产过程中如何有效地利用这些废弃物的热能或有益成分。这样做一方面处理了废弃物，另一方面直接为水泥生产提供了原材料，可以取得一举几得的效果。美国、日本、德国、法国等国家在这方面起步比较早、技术先进，而且积累了不少成功经验。瑞士霍尔西姆公司在处置废弃物方面有许多成功的做法。霍尔西姆对处置废弃物制定了指导原则，有目录、废物清单，水泥厂可依此操作。霍尔西姆则从收集垃圾开始，并做预处理，再进入水泥生产过程，这样做的利润空间大，价值链控制在自己手中。霍尔西姆在70多个国家设有水泥企业，在其中36个国家中建有废弃物处理中心，其中有17个垃圾预处理站，每年可处理500万t废弃物。霍尔西姆在比利时使用将生活污泥直接从窑头打入窑的燃烧技术。燃烧工业浓废水最节省成本，因为这些工业浓废水中含有10％有机成份。纯低温余热发电是利用窑头窑尾排放废气余热发电，无需消耗燃料，是水泥产业实施循环经济的又一条重要途径。在预分解窑系统上加设纯低温余热发电，能将水泥生产的综合热利用率从60％左右提高到90％以上。纯低温余热发电量现已达到30~40kWh／t熟料水平，使水泥生产线的自供电量达到1／3以上，经济效益十分可观；窑头窑尾的废气通过余热锅炉温度进一步降低后再排放出去，使对环境的热污染程度大大降低。相比于燃煤发电，利用水泥窑纯低温余热发电，发出1万KWh的电，可以少排放近8tCO2。目前，许多工业化国家的企业注重采用水泥窑纯低温余热发电，新建的水泥生产线注意预留余热发电机组接口，水泥生产工艺流程与余热发电有机结合。目前，日本70％的水泥企业在新型干法生产线上都设置有余热发电系统，1995年水泥工业余热发电量占自身用电量的比例就已经达到43％。美国水泥协会在1995年就提出，在降低水泥综合电耗的同时要提高余热利用率，减少对电网供电的需求，争取到2015年新型干法水泥厂的余热发电量基本满足企业自身用电的要求。

2水泥产业发展循环经济的主要途径

改革开放以来，尤其是进入21世纪以后，我国水泥工业走循环经济道路的步伐不断加快，正在努力探索一条适合我国国情的水泥工业可持续发展之路。根据水泥产业的特性，水泥产业发展循环经济主要可以从如下方面着手：（1）工业固体废弃物的利用。固体废弃物是指在生产建设、日常生活和其它活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。凡人类一切活动过程中产生的，且对所有者而言已不再具有使用价值而被废弃的固态、半固态物质，都属于固体废弃物。对工业固体废弃物的处理原则是：一是减量化，是指通过适宜的手段减少固体废弃物的数量和容积。主要有两条途径：一是通过改革工艺、产品设计或改变社会消耗结构和废物发生机制来减少固体废物发生量；二是通过固体废弃物处理如压缩、焚烧等处理来减少容积。二是无害化，是指固体废弃物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境的目的。三是资源化，是指通过各种方法从固体废弃物中回收其有用组分和能源，以减少资源消耗，加速资源循环利用，保护环境。结合水泥企业生产工艺特点，利用各类废弃物，如粉煤灰、煤矸石、电石渣、炉渣、糖滤泥、矿渣、尾矿等，特别是利用电石渣制造水泥工艺的兴起，有助于推动废弃物的资源化。工业固体废弃物处理和资源综合利用对策。加快固体废弃物的法制建设，纳入法制管理轨道，尽快完善固体废弃物污染防治的法律、法规和标准；建立固体废弃物管理体系；运用经济手段，按照污染者负担的原则，合理征收工业固体废弃物排污费；开发适合于我国的工业固体废弃物处理、处置技术和装备，推进工业固体废弃物处理产业化；推行清洁生产，把固体废弃物尽可能消灭在生产过程中。综合利用固体废弃物，常常可以取得良好的经济效益和环境效益。（2）水泥窑废气余热利用。水泥制造业是一个高耗能高污染的资源型产业，要消耗大量的煤炭等一次性能源，还要消耗大量的电力。虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统效率得到了提高，但仍有大量的中低温废气余热未能充分利用，造成大量能源浪费，并产生大量的废弃物。新型干法窑大都采用其烧成系统的窑外分解系统。水泥烧成系统在热耗电耗方面有较大幅度的降低，但窑外分解系统仍有大量的能源浪费，并产生大量废气，而纯低温余热发电系统则是将熟料生产线所排出的中低温废气采用纯低温余热发电技术加以回收利用。在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘原料、煤以外，仍然排掉了大量余热，其热量占水泥熟料烧成系统总热耗的30％左右，进一步充分利用这些中低温品位的余热是节约减排的关键。纯低温余热发电方面通过利用烟气废气的余热，变废为宝，降低企业成本，缓解企业用电紧张状况，另一方面排烟降尘减轻余热污染和环境污染。纯低温余热发电由于不是使用燃料的余热利用，所以更符合节能环保的要求，也是政府重点鼓励发展的对象。水泥企业充分利用余热发电，既可以最大限度地满足企业自身的用电需求，减少外购电，又能降低水泥成本，提高经济效益，是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产国和消费国，也是能源紧缺国家，充分利用水泥窑外分解系统余热发电是实施循环经济的一条重要渠道。在减少废气排放方面，也有许多办法。例如：采用先进的节能技术和生产工艺，提高水泥窑炉的能量利用率，以减少二氧化碳气体的排放；实施节电技术，采用节电设备，降低生产中的电能消耗，减少与发电相关的二氧化碳气体排放；大量使用某些可燃废弃物作为水泥窑炉的二次替代燃料；从生产原料上下功夫，使用磨细的矿渣、粉煤灰、天然火山灰或石灰石细粉来替代部分熟料；提高水泥的品质，延长水泥、混凝土和水泥制品的使用寿命，以减少水泥的使用量，等等。（3）利用处置城市垃圾与有害废弃物进行燃料替代。一是可燃废弃物替代水泥烧成燃料。国际上，水泥生产过程中利用可燃废弃物的研究开始于二十世纪70年代初期。当时由于能源危机，燃料价格上涨，美国、法国、日本等国家开始研究用可燃废弃物代替燃料用于水泥生产，以降低水泥生产成本。目前世界上有数百家水泥生产企业采用可燃废弃物代替燃料。这些可燃废弃物又被称为“二次燃料”。可燃废弃物的种类很多，目前利用的主要有废轮胎、废塑料、废纸、木屑、废皮革、稻米壳、植物秆、废油、废溶剂，等等。替代燃料对环境和水泥质量一般无不良影响。水泥工业以可燃废弃物代替燃料，废弃物在炉内高温焚烧，停留时间较长，有机物可以得到分解彻底，焚烧后的残渣完全进入水泥熟料，可实现废物的完全处理等。用可燃废弃物替代水泥烧成燃料，处理废弃物的品种多、数量大，利用现有生产线运行即可，基本上不增加额外投资。二是利用城市生活垃圾生产水泥。近十几年来，随着城市化进程的加快，日益增加、数量庞大的生活垃圾对城市以及城市周边地区产生严重的生态环境污染和破坏，给人民生活和社会经济发展带来严重的不良影响。无害处理和综合利用城市生活垃圾成为各国政府迫切需要解决的问题。如何让水泥工业综合、高效地处置城市生活垃圾，研究水泥工业处置城市生活垃圾的技术，并保证水泥企业的经济利益，是环境保护和水泥工业的可持续发展需要研究的一个重要课题。三是发展绿色水泥，使水泥企业由环境污染型企业转变为环境友好型企业。利用水泥生产技术处理城市生活垃圾与单独建立垃圾处理厂相比，既能节省投资，又能节省土地，还能提高处理效率。利用现有水泥厂处理城市生活垃圾的投资费用低于卫生填埋、焚烧发电等方式，投资只是垃圾焚烧发电的1／10左右。新建以处理城市生活垃圾为主的水泥厂投资费用与新建垃圾焚烧发电厂差不多，而水泥厂的年产值比垃圾焚烧发电厂高出6．8倍，运行费用远低于其它处理方式。有意识、有目的地利用水泥工业处理废物，实现资源的再利用，还需要在政策上、经济上、技术上的支持，这就需要政府、企业、科研单位和公众的共同努力，通过建立相关政策与保障措施，形成经济激励机制，刺激水泥企业发展循环经济的积极性。混凝土行业被称为在地球上留下一个巨大的环境足迹。首先，在全球范围内，每一年要使用巨多的原材料去生产数10亿吨的混凝土；然而，在硅酸盐水泥生产过程中会排放出大量的CO2气体，这对大气造成严重污染，并成为全球气候变暖的一个重要因素；水泥和混泥土生产对能量的需求、对水的大量消费，以及在建筑过程和建筑物拆建中产生的大量废弃物，这些留给人们一个印象：混泥土与环境特别地不友好，与可持续发展的要求不相匹配。论文总结了改进这种形势的技术和工艺上的新发展。目前，最重要的是胶凝材料越来越多地得到使用，它可以作为普通硅酸盐水泥的部分替代品，特别是水泥生产过程中出现的作为副产品的材料如粉煤灰和地面粒化高炉矿渣。目前，在全球范围内，采用各种可再生材料作为骨料的替代品已经取得了显著的进展，由此可以减少对采石场原碎石的需求。消费后的玻璃，废旧轮胎，塑料，造纸等行业的副产品都可以作为最重要的可再生混凝土骨料。

3水泥工业实施循环经济的成功案例

丹麦卡伦堡生态工业园区是目前世界上工业生态系统运行最为典型的代表。卡伦堡工业园区模式可称之为企业之间的循环经济，其方式是把不同的工厂联结起来，形成共享资源和互换副产品的产业共生组合，使得一家工厂的废气、废热、废水、废渣等成为另一家工厂的原料和能源。丹麦卡伦堡生态工业园区的主体企业是电厂、炼油厂、制药厂和石膏板生产厂，这四类企业通过将对方生产过程中产生的废弃物或副产品用作为自己生产中的原料，这不仅减少了废弃物产生量及其处理费用，还给企业带来了良好的经济效益，形成经济发展和环境保护的良性循环。其中，燃煤电厂位于这个工业生态系统的中心，对热能进行了多级使用，对副产品和废物进行了综合利用。电厂向炼油厂和制药厂供应发电过程中产生的蒸汽，使炼油厂和制药厂获得了生产所需的热能；通过地下管道向卡伦堡全镇居民供热，由此关闭了镇上3500座燃烧油渣的炉子，减少了大量的烟尘排放；将除尘脱硫的副产品工业石膏，全部供应附近的一家石膏板生产厂作原料。同时，还将粉煤灰出售供修筑道路和生产水泥之用。炼油厂和制药厂也进行了废弃物综合利用。炼油厂产生的火焰气通过管道供石膏厂用于石膏板生产的干燥，减少了火焰气的排放。一座车间进行酸气脱硫生产的稀硫酸供给附近的一家硫酸厂；炼油厂的脱硫气则供给电厂燃烧。卡伦堡生态工业园还进行了水资源的循环使用。炼油厂的废水经过生物净化处理，通过管道向电厂输送，每年输送电厂70万m3的冷却水。北京水泥厂从1999年开始处理工业废弃物，之后也开始处理电子废弃物。1999年北京水泥厂处理工业固体废弃物1万t，但仍然不能满足废弃物处理的需要。北京水泥厂目标废弃物的处理量能达到替代燃料50％，替代原料50％，在熟料中占重量5％。北京市提出二大块垃圾处理，即污水处理后淤泥和生活垃圾处理；北京水泥厂回避了生活垃圾进水泥厂，主要是气味太重，需要为生活垃圾建立专门的预处理场所。可以说，北京金隅公司已具备除了处理生活垃圾外的处置废弃物的基础条件。2009年，我国要求各省市建立危险废弃物处理中心。北京市的危险废弃物处理工作由北京金隅集团有限责任公司承担，以北京工业大学的相关科研成果为基础，北京市科技局给予资助。北京金隅公司下决心把利用水泥窑处理废弃物作为一个产业来做，自筹资金2亿多元，在2009年上半年完成了第二条固体废弃物处置线建设，2009年处理了近17000t危险废弃物，处理能力为10万t，而北京市每年约产生8．5万t固体废弃物，完全可以承担全市固体废弃物的处理，尤其是还可以对医疗、放射性垃圾进行处理。国内外的实践已经证明，利用水泥窑协同处置废弃物是无害化、减量化和资源化处置危险废物和城市生活垃圾的重要技术途径，也是低成本化大规模处置上述废物的重要措施。

作者:都秀梅单位:新疆米东天山水泥有限公司