世界水泥工業替代燃料與協同處置技術的應用與分析

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同處置技術的應用，替代率越來越高;各國因所處環境及相關國環保政策不同，協同處置技術的發展程度差距較大，借鑒國外成功的經驗以期實現我國水泥窯協同處置技術的提升與產業升級。

關鍵詞：水泥窯;廢棄物;替代燃料;協同處置

0.引言

水泥行業中常規燃料主要為煤、天然氣、重油等化石能源，水泥生產過程會產生大量的氣體排放物。為實現節能減排的可持續發展戰略，廢棄物替代燃料的協同處置應用發展迅速。文章就目前替代燃料與協同處置技術的應用與發展做簡要梳理與分析。

1.替代燃料協同處置的必要性

近年來，因二氧化碳排放導致的“溫室效應”日益嚴重，威脅到全球環境及生態條件。隨著我國經濟的飛速發展及城市化的加速，城市垃圾產生量每年以近10%的速度增長，但是無害化處理率非常低，傳統的填埋處置方法造成土地資源的污染及大量浪費。另一方面，我國水泥產能過剩，新型干法水泥生產過程會產生大量的二氧化碳、氮氧化物、硫化物等廢氣;生產一噸水泥約產生一噸二氧化碳，經研究證明，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中燒成系統工作工況提供了處理廢棄物合適的環境，所以如果能有效利用水泥窯協同處置廢棄物作為替代燃料，將是雙贏的結合，

科學化、規范化的方式進行廢棄物處理可以實現減少化石燃料使用、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年北京奧運期間，政府暫停了北京及周邊地區大型工業生產活動，但是北京水泥廠卻從未停窯，因為它承擔著城市生活垃圾的處置工作，所以水泥窯協同處置可以作為一項重要的環保產業規劃。

2.水泥工業中替代燃料種類

水泥工業中可處理多樣類替代燃料，根據廢棄物物理狀態可分為固態、液態及氣態廢棄物;固態廢棄物主要有輪胎、屠宰廢棄物、包裝廢料、果殼等生物質、塑料、干污泥、木料等;液態廢棄物主要包含淤泥、廢油、瀝青漿、廢溶劑、化工廢料等;氣態廢棄物包含裂解氣、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、商業和工業垃圾、建筑和拆解垃圾、生物質來源、醫療垃圾、廢舊輪胎、干污泥沉渣等。

垃圾的種類復雜多樣，水泥窯較強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化、生產過程中復雜的工藝控制等因素給協同處置技術提出了較高的要求，料源供應的穩定性也直接影響著協同處置的推廣。

3.替代燃料與協同處置技術概要

基于水泥回轉窯內氣氛溫度高、燒成系統內停留時間長、回轉窯內氧化氣氛的特點，提供了水泥窯協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、腐蝕性強等特點，會影響熟料的產量、質量及燒成系統設備的壽命，把垃圾引入燒成系統面臨一系列的技術挑戰，要求設備適應性強、工藝操控性高、系統安全性高。

從替代燃料產業鏈角度，從廢棄物到能源的轉變過程需要經過以下環節：廢物來源-廢物制備-廢料儲運-廢料分揀-高溫焚燒-質量控制。

生活垃圾處置由垃圾預處理系統、焚燒系統、臭氣處理系統、滲濾液處理系統構成;預處理環節非常重要，分類是否清晰、均質化效果及穩定性對燒成系統工況的控制有很大影響，需要經過原生態垃圾儲存破碎-發酵-脫水-長距離輸送喂料的處理流程;水泥生產過程中需要大量的熱源分解原料產生大量的氣體，替代燃料復雜的成分會大大影響燒成系統的內部環境、降低產能、影響熟料質量，在實際應用過程中需要針對不同的物料設置最佳的投料點以達到最佳效果，丹麥史密斯公司開發了外加熱盤爐的處理方式也有效加大的燃燒空間，降低了對燒成系統的影響，可有效提高替代率。在協同處置操控中，應該注意盡可能減少系統漏風、優化燃料配置保持合理的燃料比、保證連續給料。

廢舊輪胎由于熱值高、水分低、碳含量高、來源穩定等優勢，作為主要替代燃料之一，設計時可以將整輪胎或輪胎碎片投入燒成系統的分解爐或煙室處適當的喂料點進行處置。

由于廢棄物腐蝕性強，降低耐火材料壽命，因此需用抗腐蝕性、高強耐堿、抗結皮耐火材料。在高要求耐火材料的研發及質量上，中國企業的技術與世界先進水平存在較大的差距，這也會制約中國協同處置技術發展與應用的速度，成本控制壓力較大。

4.世界水泥工業中替代燃料與協同處置應用現狀

從目前的經濟現狀及世界各國對環保要求的發展趨勢看，水泥廠大量使用替代燃料有著積極的社會效益及經濟效益，基于目前的市場需求，世界水泥市場多處于超飽和狀態，水泥需求不足，產能過剩，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貼，從而使市場、社會及工廠產生了良性循環互動，為替代燃料與協同處置技術的大規模應用與發展提供了有利的環境，

歐洲地區：受制于歐盟地區嚴格的環保政策及水泥市場需求不足的雙重導向，歐盟內水泥生產企業已經探究此領域二十余年，荷蘭于05年已經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實現85%以上，并且理論上可實現100%的替代率。

中國水泥行業使用替代燃料技術時間短，燃料種類少，燃料供應不夠持續，近些年中國政府對環保要求提升，產業技術升級加速，協同處置技術投入應用快速增加，但整體來講替代燃料使用還不夠規模，替代率不足40%。協同處置系統所使用的機械裝備，目前中國還不具備強大的國際競爭力，目前還無法提供領先的成套設計及裝備，核心關鍵設備依托于歐洲供貨商支持，投資成本及維護費用都比較高，這也是未來行業需要發展的領域之一。

東南亞、非洲等欠發達地區環保要求低，替代廢棄物收集分揀未成體系，目前使用協同處置技術的案例比較少，但是塞內加爾、摩洛哥、南非等國家已經先行嘗試使用。

我公司在替代燃料的設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現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實現了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、花生殼蘆葦等生物質等多種廢棄物。

5.結語

水泥廠替代燃料使用及協同處置首先是環保項目，承擔著重要的社會責任。該技術的發展需要更多專業的工程技術人員持續不斷的探索，提升處置技術及操作水平，完善產業鏈布局，水泥廠協同處置與專業焚燒站相互補充才能切實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，產業結構及能源結構差異巨大，所以不能照搬同樣的技術及設備，需要因地制宜采取各具特色的多種技術路線;水泥廠協同處置具有無害化、減量化、資源化的特色，具有吃干榨盡的優勢，政府及整個行業都應該積極推廣，建立科學完善的垃圾管理機制才能獲取利用垃圾協同處置帶來的好處，切實為全球環境改善作出貢獻。