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1、2021年水泥工业循环经济论文 引言 在2005年第4期的关注循环经济一文中，本人对什么是循环经济、生活垃圾和工业垃圾、节能和冶金、石化行业及系统化技术和自动化技术几点作了初步的分析，回顾了1972年斯德哥尔摩联合国第一次人类环境会议、1987年联合国环境与发展委员会的我们共同的未来长篇报告、1992年里约热内卢联合国环境与发展大会、2005年2月“京都议定书”（控制全球温室效应）等国际活动，指出我国把可持续发展观作为基本国策等，并且对我国近年来的经济发展，特别是对资源的需求进行了分析，列出中国资源消耗占全球总消耗的比重，指出我们要节约资源、节约能源、实现资源再利用的迫切性；并列举了中央历届首
2、长都提到要发展循环经济等等。目前循环经济已列入了“十一五”发展规划。 循环经济是一种新的经济增长方式：以资源的高效利用和循环利用为着力点，逐步遏制环境污染和生态恶化的趋势，实现全面建设小康社会的目标，具体有3R原则：Reduce（减量，资源消耗减量化）,Resure（再使用，资源再利用），Recycle（再循环，资源再生化），另外还提出了Remanufacture（再制造）和EPR（生产者责任延伸制度、排放者责任）等。 在机械制造业、发电厂、冶金、石化行业实行循环经济，“一论”中已指出再制造、发电设备大型化、清洁生产等方向，这可以看出要从工艺着手，系统化技术和自动化技术与之配合，才能使循环经济
3、达到更高水平，才能扭转高消耗、高污染、低产出的状况，才能使循环经济集约化。先进工艺和自动化技术是互相依存的关系，但作为自动化的从业人员，应该树立为工艺生产服务的思想，我们要学习工艺、了解工艺，正如Astrom所说，掌握生产过程特性等工艺知识越多，则设计的控制系统就越好。本文将结合建材工业中主要材质水泥的生产工艺的发展与循环经济的关系进行分析。对于自动化的从业人员来说，就算是一种对工艺的学习了解吧！并从而举一反三，了解循环经济与许多行业的关系。 1水泥工业与循环经济 （1）水泥工业的发展现状 在“一论”中表1“中国的资源消耗占全球总消耗的比重”里指出，这些年发展最快的钢铁占全球总消耗的26.7%
4、，而水泥独占鳌头，占全球总消耗的48.3%，这是2003年的情况。我国2005年水泥产量为10.64亿吨，比2004年增长9.7%，占世界水泥产量50%以上。从1986年起，我国一直是世界第一产水泥大国。我国水泥出口也有较大增长，2005年水泥出口比2004年增长89%，同年水泥熟料出口1078.49万吨，比2004年增长949.66%。水泥生产结构调整得到突破性进展，2005年建成投产110条新型干法水泥生产线，新增能力为10，137万吨，累计新型干法水泥生产线615条，其中4000吨以上生产线104条，整个水泥行业结构调整处于最佳机遇期，2005年新型干法水泥总产量的比重为45%。另外就是
5、产业集中度提高，安徽海螺集团已成为第5位世界水泥企业集团，我国10大水泥企业集团的生产集中度由2000年的4.4%提高到2005年的13.3%；装备水平及装备制造水平已达到国际先进水平，如日产2000吨新型干法水泥生产技术装备已全部国产化，日前10，000吨水泥熟料生产线全球7个中我国占4条。所有这些为我国新型干法水泥生产线的建设和设备出口提供了保证，2005年沙特与我国签订了6条日产5000吨以上水泥生产线总承包合同，其中两条是国际最大规模日产10，000吨水泥生产线，总合同金额达13亿美元，这也证明我国水泥工业正在实施“走出去”的战略。 与电力工业一样，水泥工业也面临以大型化、新工艺取代小
6、水泥及落后工艺的加快产业升级的局面，日产2000吨（欠发达地区）及4000吨新型干法水泥生产将会较快发展。我国水泥工业与国际先进水平相比，差距仍很大，节能、环保、发展循环经济都是当务之急。 我国水泥工业经历了模仿、自主开发研究、创新提升三个阶段，除普通水泥外，还研制了8大类6个体系的特种水泥（包括重交通路面水泥）、绿色高性能生态水泥等，而且以节能、环保、高性能、提高劳动生产率为中心，继续前进。 （2）水泥工业与节能 水泥工业的能耗量约占全国能源产量的7%8%，又仅就新型干法生产来说，国内一般水平的水泥企业能耗较国际先进水平企业能耗仍有很大差距，约多耗能3成，而国内其它生产工艺则能耗更大，也就是
7、说节能潜力很大，所以我国“十五”中提出的节能十项重点工程中第一项“燃煤工业锅炉（窑炉）工程”即包括水窑。如以窑外分解窑热耗折算系数为1，则湿法窑为1.82，中空窑为2.46，机立窑为1.3，普立窑为1.69，由此可知，湿法窑比窑外分解窑多耗能将近1倍，其余类推，所以工艺设备改造是节能的主要方法。 水泥生产的能耗由三部分组成，即生产水泥中所用熟料在其煅烧（烧成）时所消耗的热能、水泥生产过程所消耗的电能、水泥生产中所用的原料、燃料及矿渣等混合材烘干时需消耗的热能。水泥节能的途径，除上面已说到的加快产业结构调整、促进新型干法生产快速发展以外，尚有如下几点：回收废热进行发电、利用各种工业废渣废料、以质
8、代量、技术装备的改进、水泥窑焚烧垃圾等，我们要按照1998年1月1日起实施的“节约能源法”等，特别是“十一五”规划中节能20%的目标抓紧工作。 关于回收废热进行发电，这是一个非常现实的节能途径。目前国内即使先进的生产线工艺，仍有大量350以下的余热不能被利用，浪费热量约占系统总热量的30%。目前正推广利用水泥生产中的废气作为热源的纯低温余热发电（不是补燃型），同时也减少“热污染”，改善了环境，目前新的国产的干法生产线纯低温余热发电设备已接近或达到国际水平，而且投资成本降低，一般投资回收期为34年，详见表1（注：5005000t/d生产规模），天津水泥设计院还自主开发了DCS系统，用于SP余热锅
9、炉或AQC余热锅炉的控制。 表1新型干法生产线（纯低温余热发电）主要技术经济指标比较 名称国产技术和装备国外技术和装备 吨熟料发电量（kw/h）24262838 自用电率（%） 年运行时间（h）7，5007，500 供电成本（元/kwh）约0.5约0.2 单位千瓦投资（元）约7，000约8，000 劳动定员（人）1616 因为节能的各种途径与循环经济或环境保护关系很密切，所以将在以下各小节中阐述。 （3）工业废渣、废料的利用在“一论”中说到我国每年约有8亿吨工业垃圾（或称工业废弃物），实际这是2000年的产生量，2004年的产生量已为12吨亿，其中综合利用量为6.8亿吨，工业危险废弃物产生量9
10、63万吨。工业危险废弃物的处置方法以焚烧为主，但缺口很大。我们知道水泥行业是严重的资源依赖型行业，主要原料以天燃原料为主，但对无机固体废弃物具有很好的消纳能力。生产1公斤的水泥制品，大约需要0.750.9公斤熟料矿物和0.10.25公斤混合材料及其它辅助材料，在磨制水泥过程中已经大量使用矿渣、粉煤灰。生产1公斤熟料，大约需要1.3公斤的石灰石、0.3公斤的黏土质原料、0.15公斤的煤炭，替代原料和替代燃料的工作一直是主要的研究课题。虽然水泥工业自身不能形成主要原材料的循环，但是却可以消纳其它行业形成的废弃物，这就是所谓的大循环或中循环。废旧轮胎、废机油等可燃物质可作为替代燃料，作为替代原料，除
11、去上面所说的矿渣、粉煤灰外，还有高炉废渣、冶炼尾矿、赤泥、电石渣、铸造砂等，平均1吨硅酸、盐水泥可以消纳300千克工业废渣，这样充分利用其中的硅、铝、铁、钙等有用成分，可配成合格的水泥生料，又可节约原料资源。特别是经过煅烧的废渣，可以降低熟料烧成热耗，所以说也节约了能源。为此，水泥窑外，要增加些预处理的设备，特别是作为替代燃料，要对应建设预分解窑或对粉状、液体废料设计出相应的燃烧器或喷射装置、投入装置。 关于工业废弃物中重金属问题将在第5小节中阐述。 （4）在水泥生产过程中的协同处理城市生活垃圾 在“一论”中说到我国每年约有1.4亿吨城市生活垃圾，每年增长量约810%，实际历年堆存量有70多亿
12、吨，垃圾堆存侵占的工地面积达5亿平方米，2/3的大中城市陷入垃圾包围中。我国处置生活垃圾主要有填埋法、焚烧法、物理化学法三种。目前焚烧法有纯焚烧炉和垃圾焚烧发电两种。焚烧法的缺点是投资大、成本高，另外就是其技术上的缺陷，即只有当垃圾发热值较高时才合适，另外，就是仍有二恶英和重金属排放等二次污染的难题。 又污水处理中（包括工业污水处理），全国已形成超过1亿吨的年污泥总量，目前污泥处置水平很低。 我国北京水泥厂从90年代以来开始了利用水泥厂回转窑处理城市生活垃圾的研究和实践，取得了良好的效果；近年南京水泥工业设计研究院利用新型干法水泥窑系统处置城市垃圾取得可喜成果； 2005年瑞士豪西盟（Holc
13、im）集团与德国技术合作公司制定了“水泥生产过程协同处理废物指南”，足以证明这是一条保护自然资源、改善环境和实行循环经济的可行之路。由于认识到焚烧炉对人类环境和健康存在着严重的威胁，从1985年起美国就已有超过137座焚烧炉兴建计划被取消，1996年五大湖区52个焚烧炉结束运作，日本于1998年末开始永久或短暂关闭了2000多座工业废物焚烧炉，到2000年7月，全日本已有4600座垃圾焚烧设施被停止使用；欧洲也相继颁布“焚烧炉禁建令”后，所以我国对这方面的技术动向应密切关注。 经研究表明，无论二恶英的产生是哪种机理，其产生过程都具有以下特点：HclO2前体物的存在；生成温度不高，一般情况下在2
14、50600之间；特定的金属离子（Cu2+、Fe2+）对其形成过程的催化作用；燃烧过程不完全，有一氧化碳存在；烟气的含水量较高，燃烧过程产生蒸汽。而一般生活垃圾焚烧过程具备生成二恶英的条件，因此出烟口气体中的二恶英含量较高。为此，提出“3T+E”控制要求，即燃烧温度（Temperate）、烟气停留时间（Time）、搅动现象（Turbulance）、空气供给量（ExcessAir），另外就是要求在焚烧过程中添加吸收剂或碱性抑制剂，以及从源头上控制进入的垃圾的氯含量。一般情况下要求温度大于800、烟气在高温区停留时间在12秒以上，垃圾与空气充分混合，保证过剩空气比为1.52.0，还要求尽量缩短燃烧烟
15、气在处理和排放过程中处于250600（尤其是300400）之间的时间，而且对焚烧后的灰渣和焚烧过程中的飞灰要进行二次焚烧或水泥固化，防止灰渣中的二恶英的二次污染。如果说上述是对焚烧炉的工艺要求，还不如说水泥窑炉具有诸多优点，可以做到在水泥生产的同时进行生活垃圾的焚烧，替代传统的垃圾焚烧炉。 新型干法水泥回转窑的优越性总结为如下几点：1、窑内温度高，物料温度约1450，气体温度约1750；2、物料和气体在窑内通过时间长，在大于100的通过时间为4秒；3、窑内高温气体湍流强烈，可使废弃物完全燃烧；4、水泥窑全系统在负压下运行，有毒有害气体不会漏出；5、水泥窑内的碱性物质可以中和吸收废弃物中的氯、硫、氟等，变成无毒的化合物；6、焚烧废物的残渣最终又进入水泥熟料，对水泥质量并无不良影响，这也防止了二次污染；7、可燃废弃物可替代部分燃料，可减少水泥工业对燃料的需要量，节约一次能源，同时也可减少CO2等废气的排放；8、最后就是水泥窑可以将废料中的绝大部分重金属固定在熟料中，避免了重金属的再次扩散。 当然对垃圾分拣、除铁、破碎和喂料系统那是必要的，这可以通过技术改造实现，当然也可以单独建立垃圾处理工厂。 （5）重金属的渗滤性上两节末说到的重金属，一般是指比重大于4 或5的金属，约45种。铅、铬、镉、汞等均属于对人体危害较大的重金属，而砷有时也
