行業(yè)梳理|我國(guó)水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的環(huán)保功能及其發(fā)展演變

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:中國(guó)水泥工業(yè)從上世紀(jì)90年代完成引進(jìn)消化吸收新型干法水泥技術(shù)之后，就開始進(jìn)入提升和再創(chuàng)新的階段。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)的新型干法水泥技術(shù)不斷發(fā)展，尤其在節(jié)能減排方面，走在了世界前列，例如中國(guó)自主研發(fā)的萬(wàn)噸級(jí)水泥生產(chǎn)線、水泥窯純低溫余熱發(fā)電、水泥低氮燃燒和煙氣脫除氮氧化物(NOx)、以及水泥節(jié)能粉磨工藝裝備與陶瓷研磨體等系列中國(guó)特色技術(shù)的開發(fā)，都已在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用，極大地提升了中國(guó)水泥工業(yè)節(jié)能減排水平。但是，這些創(chuàng)新發(fā)展都可歸類于水泥工業(yè)在清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、提高資源利用效率方面“潔身自好”的努力。與之不同的是水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的創(chuàng)新，其社會(huì)意義和環(huán)保意義是外在的，解決的是社會(huì)文明和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，而這一點(diǎn)恰恰沒有得到社會(huì)應(yīng)有認(rèn)識(shí)和重視。即將召開的全國(guó)水泥窯協(xié)同處置創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)，是水泥工業(yè)向環(huán)保功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重大宣示，是水泥企業(yè)勇于擔(dān)當(dāng)生態(tài)環(huán)保責(zé)任的宣示，是水泥窯協(xié)同處置技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展成就的展示，當(dāng)然也是協(xié)同處置廢棄物為社會(huì)文明和生態(tài)環(huán)境保護(hù)所做貢獻(xiàn)的展示。值此創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)召開之際，筆者根據(jù)自己十幾年在建材行業(yè)從事相關(guān)科技管理工作的體會(huì)，對(duì)我國(guó)水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的環(huán)保功能及其發(fā)展和演變過(guò)程做一個(gè)簡(jiǎn)要梳理，希望能有助于社會(huì)各界客觀公正了解利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物對(duì)社會(huì)文明、生態(tài)環(huán)保的重要意義，水泥窯協(xié)同處置對(duì)環(huán)境保護(hù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所做出的突出貢獻(xiàn)，關(guān)心和支持中國(guó)水泥工業(yè)向環(huán)保功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

水泥工業(yè)，想說(shuō)愛你不容易

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)水泥工業(yè)被定格為“兩高一資”產(chǎn)業(yè)，即高能耗、高排放、資源型原材料產(chǎn)業(yè)。說(shuō)起水泥，雖然承認(rèn)不可或缺，因?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展和社會(huì)財(cái)富主要都是由水泥混凝土建筑物承載，但是又認(rèn)為水泥是嚴(yán)重污染產(chǎn)業(yè)。其實(shí)，水泥產(chǎn)業(yè)低排放甚至超低排放的水平，隨著工藝和環(huán)保技術(shù)的進(jìn)步、發(fā)展而提升。在很多人印象中污染環(huán)境的立窯、濕法窯等落后水泥工廠早已成過(guò)去時(shí)，不見蹤影?，F(xiàn)在，所有見過(guò)中國(guó)現(xiàn)代化的新型干法水泥工廠的政府領(lǐng)導(dǎo)和社會(huì)人士沒有不感慨和贊嘆的。尤其在晚上，現(xiàn)代化水泥工廠壯觀的100多米高預(yù)熱器塔架和工業(yè)建筑群已成為當(dāng)?shù)氐囊坏懒聋惷谰?。到目前為止，若按行業(yè)，在海外受到國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)視察最多的是中國(guó)設(shè)計(jì)建造的現(xiàn)代化水泥工廠，例如2008年和2010年期間，有三位國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人出訪時(shí)視察了中材國(guó)際在沙特建設(shè)的SCC、RCC水泥工廠和敘利亞巴迪亞水泥廠。這些在國(guó)外建設(shè)的水泥工程，不僅是中國(guó)的驕傲，更是項(xiàng)目所在國(guó)家的驕傲。習(xí)近平總書記2014年9月還親自參加了華新水泥在塔吉克斯坦投資建設(shè)水泥廠的簽字儀式。中國(guó)現(xiàn)代化水泥工程技術(shù)在節(jié)能、減排和環(huán)保方面的水平已得到包括發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)的國(guó)際市場(chǎng)廣泛認(rèn)可，市場(chǎng)占有率達(dá)60%以上。

為實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，水泥工業(yè)主動(dòng)實(shí)施余熱發(fā)電、非選擇性催化還原(SNCR)和分級(jí)燃燒脫除氮氧化物(NOx)等節(jié)能減排清潔生產(chǎn)技術(shù)，水泥工業(yè)污染物排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一再提升。盡管如此，由于高溫窯爐存在CO2、NOx和粉塵等污染物的排放，在環(huán)保面前，水泥工業(yè)好像仍是灰頭土臉，抬不起頭來(lái)。目前，國(guó)內(nèi)水泥工業(yè)面臨去產(chǎn)能和減排的雙重壓力，在大氣環(huán)境對(duì)工業(yè)排放敏感時(shí)期，環(huán)保部和工信部要求一些地區(qū)實(shí)施水泥工業(yè)“錯(cuò)峰生產(chǎn)”，以減輕對(duì)霧霾產(chǎn)生的影響。這些問(wèn)題容易導(dǎo)致社會(huì)對(duì)水泥工業(yè)在其他方面對(duì)環(huán)保的各種積極意義和貢獻(xiàn)的忽視或主觀地選擇取舍。

水泥利廢：一個(gè)被輕視的環(huán)保功能

如果只從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度看待國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的意義，在認(rèn)識(shí)上就低估了利廢的意義。這也許是我國(guó)目前只有《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，而不是更有約束力的循環(huán)經(jīng)濟(jì)法的原因。其實(shí)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)更現(xiàn)實(shí)更緊迫更重要的意義是環(huán)保。遺憾的是，我們?cè)S多社會(huì)管理者對(duì)垃圾圍城、垃圾成山、危害環(huán)境的問(wèn)題缺乏緊迫感，非到出了像深圳垃圾堆場(chǎng)滑坡等重大社會(huì)災(zāi)難問(wèn)題才重視。

在另一方面，對(duì)環(huán)保意義的輕視也來(lái)自業(yè)內(nèi)。許多水泥企業(yè)的確存在著以利益驅(qū)動(dòng)為主導(dǎo)的利廢行為，看到的或重視的只是利廢的經(jīng)濟(jì)利益。這些企業(yè)家們的擔(dān)當(dāng)意識(shí)沒有上升到承擔(dān)社會(huì)環(huán)保責(zé)任的高度，也沒有意識(shí)到具有環(huán)保功能的水泥產(chǎn)業(yè)對(duì)于社會(huì)生態(tài)文明和水泥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這恰是水泥工業(yè)對(duì)于社會(huì)最重要的價(jià)值所在。但是，不容置疑的是，盡管企業(yè)存在趨利行為，不管利廢動(dòng)機(jī)如何，水泥工業(yè)處置利用廢物客觀上都實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

水泥工業(yè)綜合利用工業(yè)固體廢物的歷史悠久。有多少工業(yè)產(chǎn)業(yè)的固廢要依賴水泥工業(yè)和水泥制品產(chǎn)業(yè)安全處置和資源化綜合利用呢?實(shí)在太多，筆者無(wú)法作全面統(tǒng)計(jì)，尤其是各種工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢棄物，但是圖1中所列出的相關(guān)產(chǎn)業(yè)已足夠令人有一個(gè)大觀。據(jù)2010年的數(shù)據(jù)，水泥工業(yè)固廢利用已占全國(guó)固廢利用量的30%左右。一些業(yè)內(nèi)外人士認(rèn)為水泥工業(yè)利廢是理所當(dāng)然，其實(shí)不然。水泥生產(chǎn)利用可燃廢物，最初是因?yàn)閲?guó)家能源短缺時(shí)降低水泥產(chǎn)品生產(chǎn)能耗的需要。水泥熟料生產(chǎn)有著嚴(yán)格的生料化學(xué)組分設(shè)計(jì)、成分波動(dòng)范圍和熟料產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，從系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)和質(zhì)量控制上來(lái)說(shuō)，組分變化或波動(dòng)較大、所含微量元素不同和濃度高低、廢物性能差異較大的各種工業(yè)固廢的利用，均會(huì)對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)影響，需要通過(guò)研發(fā)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以協(xié)同和消除影響?？梢哉f(shuō)，每一種廢棄物的利用都必須研發(fā)相應(yīng)的控制技術(shù)，水泥工業(yè)的環(huán)保功能是建立在科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上。

協(xié)同處置廢物，為什么非你莫屬

國(guó)內(nèi)水泥工業(yè)處置廢物開始時(shí)，中文用的是“共處置”一詞，與其它產(chǎn)業(yè)用的“共處置”一樣來(lái)自同一英文詞co-processing的翻譯。筆者覺得這樣簡(jiǎn)單的直譯或轉(zhuǎn)用不能反映利用新型干法水泥窯爐處置廢物的特點(diǎn)，因此一開始就建議用“協(xié)同處置”而不是“共處置”，現(xiàn)已被廣泛認(rèn)可。理由很簡(jiǎn)單，因?yàn)楸仨氃谒喔G系統(tǒng)安全正常穩(wěn)定生產(chǎn)出合格產(chǎn)品和滿足各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)控制要求的條件下，才能有效協(xié)同處置各類廢棄物(包括可處理的危險(xiǎn)廢棄物)，沒有水泥生產(chǎn)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境安全控制的要求，也就沒有水泥窯協(xié)同處置各類廢棄物之說(shuō)，這也是水泥窯爐協(xié)同處置各類廢棄物不同于其它高溫焚燒爐的特點(diǎn)。事實(shí)上，利用水泥窯爐處理各類廢棄物，在工藝上是一個(gè)協(xié)同的概念，并不意味著什么廢棄物都可接納協(xié)同處理，來(lái)者不拒;只有做到如下幾個(gè)方面的控制，滿足水泥正常生產(chǎn)工藝才能處置：

(1)高溫焚燒后各種廢棄物灰燼化學(xué)組分，包括微量元素和干擾元素(鉀、鈉、硫、氯、磷)及其波動(dòng)范圍得到控制，以滿足水泥熟料產(chǎn)品質(zhì)量要求;

(2)廢棄物所含對(duì)金屬和耐火材料具有較強(qiáng)腐蝕性的元素(如鹵族元素(氟、氯、溴、碘)、重金屬(鋅、鉛、鉻)等)必須得到控制，以確保生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行;

(3)處置過(guò)程中，必須滿足各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)控制要求，以確保不會(huì)生成影響環(huán)境的污染物。

需要指出的是，水泥窯協(xié)同處置必須也只能依靠新型干法水泥生產(chǎn)工藝。為什么?這要從新型干法工藝技術(shù)的特點(diǎn)說(shuō)起。

現(xiàn)代新型干法水泥工藝的一大特點(diǎn)是高濃度堿性物料的預(yù)熱、預(yù)分解。在高達(dá)100米左右的塔架上，數(shù)噸水泥生料粉體自上而下，從一至五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器到達(dá)分解爐，在預(yù)熱器中與來(lái)自旋窯自下而上的熱煙氣進(jìn)行熱交換，物料溫度逐漸升高，并被分解和活化。在這個(gè)過(guò)程中，生料粉體從常溫逐漸被加熱到850℃左右，因此，這個(gè)過(guò)程不僅是物理的氣固兩相傳熱過(guò)程，也是化學(xué)的反應(yīng)傳質(zhì)過(guò)程。生料中主要組分碳酸鈣(石灰石)粉體在700℃左右開始分解為氧化鈣(CaO)和二氧化碳(CO2)，這種新生態(tài)納米級(jí)的氧化鈣活性非常高，對(duì)煙氣中所含氯離子、硫酸根等酸性離子的化學(xué)吸附性很強(qiáng)。如果煙氣中氯離子濃度過(guò)高，還可以采用旁路放風(fēng)(在1000℃~1200℃條件下引出部分熱煙氣，并驟冷至180℃以下)的技術(shù)措施，降低煙氣中氯離子濃度。這種化學(xué)反應(yīng)吸附中和了煙氣中的酸性組分，消除了二噁英生成的前驅(qū)體。新型干法水泥窯爐這些技術(shù)特點(diǎn)是垃圾焚燒爐或其它工業(yè)高溫窯爐所沒有的。

例如垃圾焚燒爐，為了控制垃圾焚燒爐煙氣二噁英排放不超標(biāo)，我國(guó)垃圾焚燒爐技術(shù)規(guī)程也要求采用堿性物質(zhì)(例如氫氧化鈣粉)中和酸性煙氣組分，而不能只依靠干性活性炭粉的物理吸附。可以粗略比較一下，目前承擔(dān)北京高安屯和魯家山兩大垃圾焚燒發(fā)電廠的飛灰無(wú)害化處置的琉璃河水泥廠年處理的飛灰量不過(guò)7萬(wàn)噸左右，相當(dāng)于這兩家工廠平均每天用200噸左右的氫氧化鈣中和酸性煙氣。根據(jù)有關(guān)資料，魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠日處理生活垃圾3000噸，高安屯垃圾焚燒發(fā)電廠1800噸，這兩大垃圾焚燒廠日處理煙氣所用氫氧化鈣量與焚燒的生活垃圾量比例約為1:24，即1噸堿性物質(zhì)要中和24噸垃圾焚燒產(chǎn)生的酸性煙氣。一條日產(chǎn)3000噸的熟料生產(chǎn)線，一般一天可處置500噸生活垃圾，中和酸性物質(zhì)的粉體堿性物(氧化鈣占比按65%計(jì)算)與處置的生活垃圾比例為1:0.25。這種比較雖然粗略，但可以看到水泥生料預(yù)分解產(chǎn)生的如此大量堿性粉體對(duì)煙氣中酸性組分強(qiáng)大的化學(xué)吸附與中和能力，和垃圾焚燒爐工藝相比，處理煙氣酸性組分如同“殺雞用牛刀”。

現(xiàn)代新型干法水泥的第二大優(yōu)勢(shì)是擁有溫度高達(dá)900℃左右的預(yù)分解爐和與之相連、長(zhǎng)達(dá)60-90米長(zhǎng)的水泥旋窯，窯內(nèi)固相物料的溫度從窯尾900℃逐漸上升到熟料燒成帶1450℃,氣相溫度從窯頭燒成帶的1850℃~2200℃(火炬的溫度)，到窯尾降至1100℃~1200℃，這遠(yuǎn)比垃圾焚燒爐850℃左右的溫度要高，煙氣和物料在窯內(nèi)高溫下滯留的時(shí)間相比在垃圾焚燒爐內(nèi)長(zhǎng)數(shù)倍。這種高溫下的長(zhǎng)流程確保了各種廢棄(含部分危廢)物的徹底分解。這是目前環(huán)保部門確認(rèn)多達(dá)37種危廢物(危廢種類多達(dá)50大類之多，37種僅是危廢中的一小部分)可被水泥窯協(xié)同處置的科學(xué)依據(jù)(見表一)，也是垃圾焚燒爐所不具備的特殊能力。

除此以外，水泥窯系統(tǒng)還有許多垃圾焚燒爐不具備的特點(diǎn)。特別突出的是，水泥窯協(xié)同處置是一站式終處置和資源綜合利用，不像垃圾焚燒爐二次產(chǎn)生飛灰這樣的危廢物以及需要二次處理的爐底渣。在協(xié)同處置中，可根據(jù)垃圾和廢物的物化特性(例如固態(tài)、液態(tài)、顆粒尺寸等)在窯頭、分解爐等部位或生料粉磨等過(guò)程中投入，水泥熟料燒成過(guò)程中對(duì)垃圾廢物中的無(wú)機(jī)組分，可吸收，可固溶，這也是包括垃圾焚燒爐在內(nèi)的其它高溫窯爐所不具備的。在科學(xué)意義上，單位水泥熟料中能吸收和固溶多少危廢固相組分都有依據(jù)可計(jì)算。根據(jù)垃圾的化學(xué)組成可測(cè)算出一定產(chǎn)能的水泥窯系統(tǒng)每天能安全處置的危廢和生活垃圾數(shù)量上限。例如，日產(chǎn)5000噸熟料的窯爐系統(tǒng)，采用比較經(jīng)濟(jì)的處理辦法，每天可處理的生活垃圾500-800噸，如果對(duì)垃圾進(jìn)一步深化處理，將其水分進(jìn)行有效控制，處置量還可以進(jìn)一步提高。從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，水泥窯系統(tǒng)處置廢物能力雖有較高的上限，但是不在乎量小，也不在垃圾熱值高低上“挑食”，在處理廢物種類和數(shù)量方面具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。這與垃圾焚燒爐不僅對(duì)生活垃圾熱值品質(zhì)要求較高，還需要生活垃圾供給量達(dá)到較大規(guī)模(例如每天300噸以上)才比較經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)不同。從道德風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，由于協(xié)同處置必須在水泥正常工藝條件下進(jìn)行，不能主觀改變，客觀上排除了一些垃圾焚燒爐企業(yè)曾出現(xiàn)的為降低成本“偷工減料”，造成二噁英等污染物超標(biāo)排放的問(wèn)題。

其實(shí)，和其它高溫窯爐一樣，水泥窯協(xié)同處置的二噁英等污染物排放問(wèn)題也是社會(huì)和環(huán)保部門高度關(guān)注和嚴(yán)格控制的問(wèn)題。為從理論和實(shí)際上證明水泥窯協(xié)同處置的上述特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，華新水泥、海螺水泥、中材國(guó)際(南京)等單位投入大量資金，與大學(xué)和第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)合作，開展了實(shí)證性和理論研究，其中，僅對(duì)最受懷疑的二噁英排放濃度測(cè)定就投入數(shù)百萬(wàn)人民幣。社會(huì)大眾有所不知的是，所有高溫窯爐二噁英排放濃度目前還不能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，取樣檢測(cè)一次非常昂貴，要花數(shù)萬(wàn)元人民幣。廣州越堡水泥、溧陽(yáng)天山水泥和華新水泥等企業(yè)的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在預(yù)分解爐內(nèi)處置污泥和生活垃圾還可以形成還原氣氛，顯著降低氮氧化物排放濃度。這些研究和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)證工作所取得的一系列理論成果和大量實(shí)際數(shù)據(jù)，確證了水泥窯協(xié)同處置的二噁英排放濃度比歐洲和我國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)低數(shù)倍甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)，氮氧化物排放濃度也顯著降低，為水泥窯協(xié)同處置危廢物、工業(yè)污染土、城市污泥和生活垃圾等固體廢物提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

由此可見，水泥窯協(xié)同處置既不是萬(wàn)能的，也不是隨便就能實(shí)現(xiàn)的功能，在技術(shù)上是非常有難度的。一旦通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新滿足上述多方面的控制要求，其優(yōu)勢(shì)也是其它高溫窯爐處理廢棄物工藝無(wú)法比擬的。技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)踐已經(jīng)證明，利用水泥窯協(xié)同處理各類工業(yè)固廢、城市垃圾、污泥、污染土和部分危險(xiǎn)廢棄物，無(wú)論在生產(chǎn)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行和水泥熟料產(chǎn)品質(zhì)量上，還是在資源利用和環(huán)境控制指標(biāo)方面，均是可行的、安全的、可靠的，環(huán)保的，也是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

處置工業(yè)危廢物，舍我其誰(shuí)

由于前已述及的水泥預(yù)熱、預(yù)分解和高溫旋窯系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，以及實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，在溫度高達(dá)1600℃以上的長(zhǎng)旋窯中開展安全無(wú)害化處置工業(yè)危廢物得到工業(yè)、環(huán)保等部門的積極支持和規(guī)范管理，2016年環(huán)保部發(fā)布了《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》(2016年72號(hào))。由于不同地區(qū)不同產(chǎn)業(yè)的危廢物特點(diǎn)不同，協(xié)同處置不同危廢物的技術(shù)具有個(gè)性化特點(diǎn)，不同企業(yè)的處置技術(shù)開發(fā)和通過(guò)環(huán)保認(rèn)定許可的可處置的危廢物種類也有所不同。在國(guó)家公布的50類工業(yè)危廢物品中，筆者歸納的金隅水泥、華新水泥、海螺水泥三大企業(yè)已通過(guò)環(huán)保認(rèn)定許可的可協(xié)同處置危廢物品已達(dá)37類。這是水泥工業(yè)對(duì)社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)。試想一下之前媒體報(bào)道的那些因城市工業(yè)污染土造成的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題，如果這些危廢物不能被安全無(wú)害化最終處置，將會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生多大的危害!由于金隅股份、華新水泥、海螺水泥、中材環(huán)保等企業(yè)在處置危廢物方面的技術(shù)與工程示范，水泥窯協(xié)同處置工業(yè)危廢物已成為北京、廣州、武漢、南京等特大型城市和許多工業(yè)城市不可或缺的環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施和相關(guān)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的支撐。

表一已獲證水泥窯協(xié)同處置危廢物種類

注：按2008年版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》歸類。A：金隅集團(tuán)，B：華新水泥，C：海螺水泥