水泥工業發展循環經濟論文

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1國外水泥工業發展循環經濟的經驗

為了促進世界水泥產業可持續發展，1999年，在世界可持續發展工商理事會（WorldBusinessCouncilforSustainableDevelop-ment，WBCSD）的贊助下，由當時世界10大跨國水泥生產商自發組織起來，發起設立了世界水泥可持續發展促進會（CementSustainabil-ityInitiative，CSI）。CSI的功能被細化為7個行動小組，包括負責任地使用原燃料、混凝土循環使用、對土地及社區的本地影響、二氧化碳及氣候保護、排放監控與減排、員工安全與健康、報告與交流。從宏觀上看，發達國家自1990年確立水泥工業可持續發展戰略以來，已經把水泥工業發展循環經濟看作是實現水泥工業可持續發展戰略的一條重要途徑。許多國家以立法的方式推進循環經濟發展。這些法律的要義是：首先要減少源頭污染物的產生量，在產品生產和使用階段要盡量避免廢棄物的排放；其次是對在源頭上不能削減但可以利用的廢棄物要回收利用，使它們在生產過程中能得到循環利用；對那些確實沒有利用價值的廢棄物，才最終做無害化處置。日本、德國、美國及歐洲等發達國家對水泥產業廢棄物處理和資源再生利用做出了許多具體的規定。美國早在1976年就頒布實施了“資源保護回收法”，力圖通過一系列與固體廢棄物管理有關的措施，促進對人類健康和環境的保護，并保護有價值的資源和能源。1996年，德國制定了“循環經濟和廢棄物管理法”，該法的目的是徹底改造垃圾處理體系，建立產品責任（延伸）制度，要求在產品的生產和使用過程中盡量減少垃圾的產生，在使用后要安全處置或重新被利用。日本在2000年頒布了“促進建設循環型社會基本法”，以解決廢物問題為起點，旨在改變整個社會經濟的傳統發展模式。其它發達國家針對國內的資源消耗和環境問題，也出臺了相應的循環經濟立法。法國、英國、比利時、澳大利亞、丹麥等國家從20世紀90年代以來也相繼頒布和實施了有關廢棄物減量化、循環利用的立法。從微觀上看，發達國家水泥產業發展循環經濟是從廢棄物資源化開始的。它們利用廢棄物的種類很多，而且利用歷史也比較早，如利用煤矸石、粉煤灰、礦渣、尾礦等作為水泥生產配料或混合材，但過去大多是從滿足水泥生產自身需要、節省成本角度考慮的，并沒有上升到發展循環經濟的高度。20世紀70年代能源危機之后，各個國家經濟的不斷增長，各類廢棄物（包括工業垃圾、市政及生活垃圾、建筑垃圾等）越來越多，占地、污染、處置等方面的困難和矛盾越來越大，發達國家便開始探索在水泥生產過程中如何有效地利用這些廢棄物的熱能或有益成分。這樣做一方面處理了廢棄物，另一方面直接為水泥生產提供了原材料，可以取得一舉幾得的效果。美國、日本、德國、法國等國家在這方面起步比較早、技術先進，而且積累了不少成功經驗。瑞士霍爾西姆公司在處置廢棄物方面有許多成功的做法。霍爾西姆對處置廢棄物制定了指導原則，有目錄、廢物清單，水泥廠可依此操作。霍爾西姆則從收集垃圾開始，并做預處理，再進入水泥生產過程，這樣做的利潤空間大，價值鏈控制在自己手中。霍爾西姆在70多個國家設有水泥企業，在其中36個國家中建有廢棄物處理中心，其中有17個垃圾預處理站，每年可處理500萬t廢棄物。霍爾西姆在比利時使用將生活污泥直接從窯頭打入窯的燃燒技術。燃燒工業濃廢水最節省成本，因為這些工業濃廢水中含有10％有機成份。純低溫余熱發電是利用窯頭窯尾排放廢氣余熱發電，無需消耗燃料，是水泥產業實施循環經濟的又一條重要途徑。在預分解窯系統上加設純低溫余熱發電，能將水泥生產的綜合熱利用率從60％左右提高到90％以上。純低溫余熱發電量現已達到30~40kWh／t熟料水平，使水泥生產線的自供電量達到1／3以上，經濟效益十分可觀；窯頭窯尾的廢氣通過余熱鍋爐溫度進一步降低后再排放出去，使對環境的熱污染程度大大降低。相比于燃煤發電，利用水泥窯純低溫余熱發電，發出1萬KWh的電，可以少排放近8tCO2。目前，許多工業化國家的企業注重采用水泥窯純低溫余熱發電，新建的水泥生產線注意預留余熱發電機組接口，水泥生產工藝流程與余熱發電有機結合。目前，日本70％的水泥企業在新型干法生產線上都設置有余熱發電系統，1995年水泥工業余熱發電量占自身用電量的比例就已經達到43％。美國水泥協會在1995年就提出，在降低水泥綜合電耗的同時要提高余熱利用率，減少對電網供電的需求，爭取到2015年新型干法水泥廠的余熱發電量基本滿足企業自身用電的要求。

2水泥產業發展循環經濟的主要途徑

改革開放以來，尤其是進入21世紀以后，我國水泥工業走循環經濟道路的步伐不斷加快，正在努力探索一條適合我國國情的水泥工業可持續發展之路。根據水泥產業的特性，水泥產業發展循環經濟主要可以從如下方面著手：（1）工業固體廢棄物的利用。固體廢棄物是指在生產建設、日常生活和其它活動中產生的污染環境的固態、半固態廢棄物質。凡人類一切活動過程中產生的，且對所有者而言已不再具有使用價值而被廢棄的固態、半固態物質，都屬于固體廢棄物。對工業固體廢棄物的處理原則是：一是減量化，是指通過適宜的手段減少固體廢棄物的數量和容積。主要有兩條途徑：一是通過改革工藝、產品設計或改變社會消耗結構和廢物發生機制來減少固體廢物發生量；二是通過固體廢棄物處理如壓縮、焚燒等處理來減少容積。二是無害化，是指固體廢棄物通過工程處理，達到不損害人體健康，不污染周圍自然環境的目的。三是資源化，是指通過各種方法從固體廢棄物中回收其有用組分和能源，以減少資源消耗，加速資源循環利用，保護環境。結合水泥企業生產工藝特點，利用各類廢棄物，如粉煤灰、煤矸石、電石渣、爐渣、糖濾泥、礦渣、尾礦等，特別是利用電石渣制造水泥工藝的興起，有助于推動廢棄物的資源化。工業固體廢棄物處理和資源綜合利用對策。加快固體廢棄物的法制建設，納入法制管理軌道，盡快完善固體廢棄物污染防治的法律、法規和標準；建立固體廢棄物管理體系；運用經濟手段，按照污染者負擔的原則，合理征收工業固體廢棄物排污費；開發適合于我國的工業固體廢棄物處理、處置技術和裝備，推進工業固體廢棄物處理產業化；推行清潔生產，把固體廢棄物盡可能消滅在生產過程中。綜合利用固體廢棄物，常常可以取得良好的經濟效益和環境效益。（2）水泥窯廢氣余熱利用。水泥制造業是一個高耗能高污染的資源型產業，要消耗大量的煤炭等一次性能源，還要消耗大量的電力。雖然隨著水泥煅燒技術的發展，系統效率得到了提高，但仍有大量的中低溫廢氣余熱未能充分利用，造成大量能源浪費，并產生大量的廢棄物。新型干法窯大都采用其燒成系統的窯外分解系統。水泥燒成系統在熱耗電耗方面有較大幅度的降低，但窯外分解系統仍有大量的能源浪費，并產生大量廢氣，而純低溫余熱發電系統則是將熟料生產線所排出的中低溫廢氣采用純低溫余熱發電技術加以回收利用。在窯外分解新型干法水泥生產工藝中，窯尾預熱器和窯頭熟料冷卻機的廢氣除了部分用于烘原料、煤以外，仍然排掉了大量余熱，其熱量占水泥熟料燒成系統總熱耗的30％左右，進一步充分利用這些中低溫品位的余熱是節約減排的關鍵。純低溫余熱發電方面通過利用煙氣廢氣的余熱，變廢為寶，降低企業成本，緩解企業用電緊張狀況，另一方面排煙降塵減輕余熱污染和環境污染。純低溫余熱發電由于不是使用燃料的余熱利用，所以更符合節能環保的要求，也是政府重點鼓勵發展的對象。水泥企業充分利用余熱發電，既可以最大限度地滿足企業自身的用電需求，減少外購電，又能降低水泥成本，提高經濟效益，是世界水泥工業發展的趨勢。我國作為世界最大的水泥生產國和消費國，也是能源緊缺國家，充分利用水泥窯外分解系統余熱發電是實施循環經濟的一條重要渠道。在減少廢氣排放方面，也有許多辦法。例如：采用先進的節能技術和生產工藝，提高水泥窯爐的能量利用率，以減少二氧化碳氣體的排放；實施節電技術，采用節電設備，降低生產中的電能消耗，減少與發電相關的二氧化碳氣體排放；大量使用某些可燃廢棄物作為水泥窯爐的二次替代燃料；從生產原料上下功夫，使用磨細的礦渣、粉煤灰、天然火山灰或石灰石細粉來替代部分熟料；提高水泥的品質，延長水泥、混凝土和水泥制品的使用壽命，以減少水泥的使用量，等等。（3）利用處置城市垃圾與有害廢棄物進行燃料替代。一是可燃廢棄物替代水泥燒成燃料。國際上，水泥生產過程中利用可燃廢棄物的研究開始于二十世紀70年代初期。當時由于能源危機，燃料價格上漲，美國、法國、日本等國家開始研究用可燃廢棄物代替燃料用于水泥生產，以降低水泥生產成本。目前世界上有數百家水泥生產企業采用可燃廢棄物代替燃料。這些可燃廢棄物又被稱為“二次燃料”。可燃廢棄物的種類很多，目前利用的主要有廢輪胎、廢塑料、廢紙、木屑、廢皮革、稻米殼、植物稈、廢油、廢溶劑，等等。替代燃料對環境和水泥質量一般無不良影響。水泥工業以可燃廢棄物代替燃料，廢棄物在爐內高溫焚燒，停留時間較長，有機物可以得到分解徹底，焚燒后的殘渣完全進入水泥熟料，可實現廢物的完全處理等。用可燃廢棄物替代水泥燒成燃料，處理廢棄物的品種多、數量大，利用現有生產線運行即可，基本上不增加額外投資。二是利用城市生活垃圾生產水泥。近十幾年來，隨著城市化進程的加快，日益增加、數量龐大的生活垃圾對城市以及城市周邊地區產生嚴重的生態環境污染和破壞，給人民生活和社會經濟發展帶來嚴重的不良影響。無害處理和綜合利用城市生活垃圾成為各國政府迫切需要解決的問題。如何讓水泥工業綜合、高效地處置城市生活垃圾，研究水泥工業處置城市生活垃圾的技術，并保證水泥企業的經濟利益，是環境保護和水泥工業的可持續發展需要研究的一個重要課題。三是發展綠色水泥，使水泥企業由環境污染型企業轉變為環境友好型企業。利用水泥生產技術處理城市生活垃圾與單獨建立垃圾處理廠相比，既能節省投資，又能節省土地，還能提高處理效率。利用現有水泥廠處理城市生活垃圾的投資費用低于衛生填埋、焚燒發電等方式，投資只是垃圾焚燒發電的1／10左右。新建以處理城市生活垃圾為主的水泥廠投資費用與新建垃圾焚燒發電廠差不多，而水泥廠的年產值比垃圾焚燒發電廠高出6．8倍，運行費用遠低于其它處理方式。有意識、有目的地利用水泥工業處理廢物，實現資源的再利用，還需要在政策上、經濟上、技術上的支持，這就需要政府、企業、科研單位和公眾的共同努力，通過建立相關政策與保障措施，形成經濟激勵機制，刺激水泥企業發展循環經濟的積極性。混凝土行業被稱為在地球上留下一個巨大的環境足跡。首先，在全球范圍內，每一年要使用巨多的原材料去生產數10億噸的混凝土；然而，在硅酸鹽水泥生產過程中會排放出大量的CO2氣體，這對大氣造成嚴重污染，并成為全球氣候變暖的一個重要因素；水泥和混泥土生產對能量的需求、對水的大量消費，以及在建筑過程和建筑物拆建中產生的大量廢棄物，這些留給人們一個印象：混泥土與環境特別地不友好，與可持續發展的要求不相匹配。論文總結了改進這種形勢的技術和工藝上的新發展。目前，最重要的是膠凝材料越來越多地得到使用，它可以作為普通硅酸鹽水泥的部分替代品，特別是水泥生產過程中出現的作為副產品的材料如粉煤灰和地面粒化高爐礦渣。目前，在全球范圍內，采用各種可再生材料作為骨料的替代品已經取得了顯著的進展，由此可以減少對采石場原碎石的需求。消費后的玻璃，廢舊輪胎，塑料，造紙等行業的副產品都可以作為最重要的可再生混凝土骨料。

3水泥工業實施循環經濟的成功案例

丹麥卡倫堡生態工業園區是目前世界上工業生態系統運行最為典型的代表。卡倫堡工業園區模式可稱之為企業之間的循環經濟，其方式是把不同的工廠聯結起來，形成共享資源和互換副產品的產業共生組合，使得一家工廠的廢氣、廢熱、廢水、廢渣等成為另一家工廠的原料和能源。丹麥卡倫堡生態工業園區的主體企業是電廠、煉油廠、制藥廠和石膏板生產廠，這四類企業通過將對方生產過程中產生的廢棄物或副產品用作為自己生產中的原料，這不僅減少了廢棄物產生量及其處理費用，還給企業帶來了良好的經濟效益，形成經濟發展和環境保護的良性循環。其中，燃煤電廠位于這個工業生態系統的中心，對熱能進行了多級使用，對副產品和廢物進行了綜合利用。電廠向煉油廠和制藥廠供應發電過程中產生的蒸汽，使煉油廠和制藥廠獲得了生產所需的熱能；通過地下管道向卡倫堡全鎮居民供熱，由此關閉了鎮上3500座燃燒油渣的爐子，減少了大量的煙塵排放；將除塵脫硫的副產品工業石膏，全部供應附近的一家石膏板生產廠作原料。同時，還將粉煤灰出售供修筑道路和生產水泥之用。煉油廠和制藥廠也進行了廢棄物綜合利用。煉油廠產生的火焰氣通過管道供石膏廠用于石膏板生產的干燥，減少了火焰氣的排放。一座車間進行酸氣脫硫生產的稀硫酸供給附近的一家硫酸廠；煉油廠的脫硫氣則供給電廠燃燒。卡倫堡生態工業園還進行了水資源的循環使用。煉油廠的廢水經過生物凈化處理，通過管道向電廠輸送，每年輸送電廠70萬m3的冷卻水。北京水泥廠從1999年開始處理工業廢棄物，之后也開始處理電子廢棄物。1999年北京水泥廠處理工業固體廢棄物1萬t，但仍然不能滿足廢棄物處理的需要。北京水泥廠目標廢棄物的處理量能達到替代燃料50％，替代原料50％，在熟料中占重量5％。北京市提出二大塊垃圾處理，即污水處理后淤泥和生活垃圾處理；北京水泥廠回避了生活垃圾進水泥廠，主要是氣味太重，需要為生活垃圾建立專門的預處理場所。可以說，北京金隅公司已具備除了處理生活垃圾外的處置廢棄物的基礎條件。2009年，我國要求各省市建立危險廢棄物處理中心。北京市的危險廢棄物處理工作由北京金隅集團有限責任公司承擔，以北京工業大學的相關科研成果為基礎，北京市科技局給予資助。北京金隅公司下決心把利用水泥窯處理廢棄物作為一個產業來做，自籌資金2億多元，在2009年上半年完成了第二條固體廢棄物處置線建設，2009年處理了近17000t危險廢棄物，處理能力為10萬t，而北京市每年約產生8．5萬t固體廢棄物，完全可以承擔全市固體廢棄物的處理，尤其是還可以對醫療、放射性垃圾進行處理。國內外的實踐已經證明，利用水泥窯協同處置廢棄物是無害化、減量化和資源化處置危險廢物和城市生活垃圾的重要技術途徑，也是低成本化大規模處置上述廢物的重要措施。

作者:都秀梅單位:新疆米東天山水泥有限公司