世界水泥工業(yè)替代燃料與協(xié)同處置技術(shù)的應(yīng)用與分析

吳爽

摘 要：近些年越來越多的水泥工程項目涉及到替代燃料與水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的應(yīng)用，替代率越來越高;各國因所處環(huán)境及相關(guān)國環(huán)保政策不同，協(xié)同處置技術(shù)的發(fā)展程度差距較大，借鑒國外成功的經(jīng)驗以期實(shí)現(xiàn)我國水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的提升與產(chǎn)業(yè)升級。

關(guān)鍵詞：水泥窯;廢棄物;替代燃料;協(xié)同處置

0.引言

水泥行業(yè)中常規(guī)燃料主要為煤、天然氣、重油等化石能源，水泥生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的氣體排放物。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，廢棄物替代燃料的協(xié)同處置應(yīng)用發(fā)展迅速。文章就目前替代燃料與協(xié)同處置技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展做簡要梳理與分析。

1.替代燃料協(xié)同處置的必要性

近年來，因二氧化碳排放導(dǎo)致的“溫室效應(yīng)”日益嚴(yán)重，威脅到全球環(huán)境及生態(tài)條件。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及城市化的加速，城市垃圾產(chǎn)生量每年以近10%的速度增長，但是無害化處理率非常低，傳統(tǒng)的填埋處置方法造成土地資源的污染及大量浪費(fèi)。另一方面，我國水泥產(chǎn)能過剩，新型干法水泥生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的二氧化碳、氮氧化物、硫化物等廢氣;生產(chǎn)一噸水泥約產(chǎn)生一噸二氧化碳，經(jīng)研究證明，如果采用垃圾作為燃料，可減少10%的排放量。加之干法水泥工藝生產(chǎn)中燒成系統(tǒng)工作工況提供了處理廢棄物合適的環(huán)境，所以如果能有效利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物作為替代燃料，將是雙贏的結(jié)合，

科學(xué)化、規(guī)范化的方式進(jìn)行廢棄物處理可以實(shí)現(xiàn)減少化石燃料使用、降低燃料總成本、處置廢棄物獲得可觀補(bǔ)貼、減少過程中的氮氧化物排放、減少二氧化碳排放量等諸多收益。在2008年北京奧運(yùn)期間，政府暫停了北京及周邊地區(qū)大型工業(yè)生產(chǎn)活動，但是北京水泥廠卻從未停窯，因為它承擔(dān)著城市生活垃圾的處置工作，所以水泥窯協(xié)同處置可以作為一項重要的環(huán)保產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。

2.水泥工業(yè)中替代燃料種類

水泥工業(yè)中可處理多樣類替代燃料，根據(jù)廢棄物物理狀態(tài)可分為固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)廢棄物;固態(tài)廢棄物主要有輪胎、屠宰廢棄物、包裝廢料、果殼等生物質(zhì)、塑料、干污泥、木料等;液態(tài)廢棄物主要包含淤泥、廢油、瀝青漿、廢溶劑、化工廢料等;氣態(tài)廢棄物包含裂解氣、垃圾分解廢氣等。

按照廢棄物來源途徑不同主要分為：生活垃圾、商業(yè)和工業(yè)垃圾、建筑和拆解垃圾、生物質(zhì)來源、醫(yī)療垃圾、廢舊輪胎、干污泥沉渣等。

垃圾的種類復(fù)雜多樣，水泥窯較強(qiáng)的兼容性使其能處理多種廢棄物，但替代燃料物料較差的均質(zhì)化、生產(chǎn)過程中復(fù)雜的工藝控制等因素給協(xié)同處置技術(shù)提出了較高的要求，料源供應(yīng)的穩(wěn)定性也直接影響著協(xié)同處置的推廣。

3.替代燃料與協(xié)同處置技術(shù)概要

基于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣氛溫度高、燒成系統(tǒng)內(nèi)停留時間長、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氧化氣氛的特點(diǎn)，提供了水泥窯協(xié)同處置廢棄物垃圾作作為替代燃料的可能性。大部分替代燃料的熱值低，水分大、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，會影響熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量及燒成系統(tǒng)設(shè)備的壽命，把垃圾引入燒成系統(tǒng)面臨一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)，要求設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)、工藝操控性高、系統(tǒng)安全性高。

從替代燃料產(chǎn)業(yè)鏈角度，從廢棄物到能源的轉(zhuǎn)變過程需要經(jīng)過以下環(huán)節(jié)：廢物來源-廢物制備-廢料儲運(yùn)-廢料分揀-高溫焚燒-質(zhì)量控制。

生活垃圾處置由垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、臭氣處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)構(gòu)成;預(yù)處理環(huán)節(jié)非常重要，分類是否清晰、均質(zhì)化效果及穩(wěn)定性對燒成系統(tǒng)工況的控制有很大影響，需要經(jīng)過原生態(tài)垃圾儲存破碎-發(fā)酵-脫水-長距離輸送喂料的處理流程;水泥生產(chǎn)過程中需要大量的熱源分解原料產(chǎn)生大量的氣體，替代燃料復(fù)雜的成分會大大影響燒成系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境、降低產(chǎn)能、影響熟料質(zhì)量，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要針對不同的物料設(shè)置最佳的投料點(diǎn)以達(dá)到最佳效果，丹麥?zhǔn)访芩构鹃_發(fā)了外加熱盤爐的處理方式也有效加大的燃燒空間，降低了對燒成系統(tǒng)的影響，可有效提高替代率。在協(xié)同處置操控中，應(yīng)該注意盡可能減少系統(tǒng)漏風(fēng)、優(yōu)化燃料配置保持合理的燃料比、保證連續(xù)給料。

廢舊輪胎由于熱值高、水分低、碳含量高、來源穩(wěn)定等優(yōu)勢，作為主要替代燃料之一，設(shè)計時可以將整輪胎或輪胎碎片投入燒成系統(tǒng)的分解爐或煙室處適當(dāng)?shù)奈沽宵c(diǎn)進(jìn)行處置。

由于廢棄物腐蝕性強(qiáng)，降低耐火材料壽命，因此需用抗腐蝕性、高強(qiáng)耐堿、抗結(jié)皮耐火材料。在高要求耐火材料的研發(fā)及質(zhì)量上，中國企業(yè)的技術(shù)與世界先進(jìn)水平存在較大的差距，這也會制約中國協(xié)同處置技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的速度，成本控制壓力較大。

4.世界水泥工業(yè)中替代燃料與協(xié)同處置應(yīng)用現(xiàn)狀

從目前的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀及世界各國對環(huán)保要求的發(fā)展趨勢看，水泥廠大量使用替代燃料有著積極的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益，基于目前的市場需求，世界水泥市場多處于超飽和狀態(tài)，水泥需求不足，產(chǎn)能過剩，而生活垃圾等廢棄物越來越成為困擾世界的難題，所以各國政府為垃圾處置給予大量補(bǔ)貼，從而使市場、社會及工廠產(chǎn)生了良性循環(huán)互動，為替代燃料與協(xié)同處置技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用與發(fā)展提供了有利的環(huán)境，

歐洲地區(qū)：受制于歐盟地區(qū)嚴(yán)格的環(huán)保政策及水泥市場需求不足的雙重導(dǎo)向，歐盟內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)探究此領(lǐng)域二十余年，荷蘭于05年已經(jīng)將可燃廢物替代率提高到80%以上，目前法國的水泥廠也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)85%以上，并且理論上可實(shí)現(xiàn)100%的替代率。

中國水泥行業(yè)使用替代燃料技術(shù)時間短，燃料種類少，燃料供應(yīng)不夠持續(xù)，近些年中國政府對環(huán)保要求提升，產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級加速，協(xié)同處置技術(shù)投入應(yīng)用快速增加，但整體來講替代燃料使用還不夠規(guī)模，替代率不足40%。協(xié)同處置系統(tǒng)所使用的機(jī)械裝備，目前中國還不具備強(qiáng)大的國際競爭力，目前還無法提供領(lǐng)先的成套設(shè)計及裝備，核心關(guān)鍵設(shè)備依托于歐洲供貨商支持，投資成本及維護(hù)費(fèi)用都比較高，這也是未來行業(yè)需要發(fā)展的領(lǐng)域之一。

東南亞、非洲等欠發(fā)達(dá)地區(qū)環(huán)保要求低，替代廢棄物收集分揀未成體系，目前使用協(xié)同處置技術(shù)的案例比較少，但是塞內(nèi)加爾、摩洛哥、南非等國家已經(jīng)先行嘗試使用。

我公司在替代燃料的設(shè)計與使用上取得了重大突破， 2008年在塞浦路斯項目、摩洛哥FES項目中替代燃料只能使用破碎輪胎;2012年保加利亞項目中實(shí)現(xiàn)了替代率的大幅提升并且能處理更多種類的替代燃料;到2019年在法國圖盧茲項目上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了85%的替代率，能夠處理木屑、低熱值污泥、紙張污泥、輪胎、棉毛廢物、花生殼蘆葦?shù)壬镔|(zhì)等多種廢棄物。

5.結(jié)語

水泥廠替代燃料使用及協(xié)同處置首先是環(huán)保項目，承擔(dān)著重要的社會責(zé)任。該技術(shù)的發(fā)展需要更多專業(yè)的工程技術(shù)人員持續(xù)不斷的探索，提升處置技術(shù)及操作水平，完善產(chǎn)業(yè)鏈布局，水泥廠協(xié)同處置與專業(yè)焚燒站相互補(bǔ)充才能切實(shí)降低巨大的生活垃圾量對社會帶來的壓力。因各國國情不同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)差異巨大，所以不能照搬同樣的技術(shù)及設(shè)備，需要因地制宜采取各具特色的多種技術(shù)路線;水泥廠協(xié)同處置具有無害化、減量化、資源化的特色，具有吃干榨盡的優(yōu)勢，政府及整個行業(yè)都應(yīng)該積極推廣，建立科學(xué)完善的垃圾管理機(jī)制才能獲取利用垃圾協(xié)同處置帶來的好處，切實(shí)為全球環(huán)境改善作出貢獻(xiàn)。