水泥工业循环经济论文

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1、水泥工业循环经济论文水泥工业循环经济论文 摘要：本文分析了水泥工业循环经济、系统化技术、自动化技术，并加深对循环经济的认识。关键词：水泥工业；协同处理；废弃物重组化；系统化技术引言在 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”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

2、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,Resure，Recycle，另外还提出了 Remanufacture 和EPR 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

3、术和自动化技术与之配合，才能使循环经济达到更高水平，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

4、最快的钢铁占全球总消耗的%，而水泥独占鳌头，占全球总消耗的%，这是 2003 年的情况。我国 2005 年水泥产量为亿吨，比 2004 年增长%，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%，同年水泥熟料出口万吨，比 2004 年增长%。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

5、的比重为 45%。另外就是产业集中度提高，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%提高到 2005 年的%；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

6、。与电力工业一样，水泥工业也面临以大型化、新工艺取代小水泥及落后工艺的加快产业升级的局面，日产2000 吨及 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、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。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

7、生产工艺则能耗更大，也就是说节能潜力很大，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，中空窑为，机立窑为，普立窑为，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、以质代量、技术装备的

8、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，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，天津水泥设计院还自主开发了 DCS 系统，用于 SP 余热锅炉或 AQC 余热锅炉的控制。表 1

9、新型干法生产线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 24262838自用电率年运行时间 7，5007，500供电成本约约单位千瓦投资约 7，000 约 8，000劳动定员 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。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，实际这是 2000 年的产生量，2004 年的产生量已为 12 吨亿，其中综合利用量为亿吨，工业危险废弃物产生量 963 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

10、体废弃物具有很好的消纳能力。生产 1 公斤的水泥制品，大约需要公斤熟料矿物和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，大约需要公斤的石灰石、公斤的黏土质原料、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

11、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。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。

12、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，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

13、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 250600之间；特定的金属离子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

14、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、烟气停留时间、搅动现象、空气供给量，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，还要求尽量缩短燃烧烟气在处理和排放过程中处于 250600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

15、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

16、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。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，而砷有时也有人把它列入有害“重金属”，现实生活中，垃圾中的确有重金存在，具体如表 2所示。由于新型干法水泥生产系统如上节所说的处理温度高、停留时间长，碱性工况、处理量大、不产生强酸性气体和灰渣等优点，而且被固化的重金属在水泥产品使用过程中，不会渗滤到环境中，所以，这成了处理含重金属废弃物的好方法。当然这些是经过实验认证的，如法国、德国、我国台湾和南京水泥工业设计研究院都有研究成果发表，结论是：采用水泥窑炉焚烧和处理城市生活垃圾，不会因为垃圾中所含重金属而在生产过程和水泥产品的使用中给环境带来影响。同时水泥产品国家标准应增加重金属含量安全指标，这样才能做到使水泥企业协同处理垃圾的事业名正言顺。表 2 垃圾灰渣中重金属量类别 AsCrCuCoCaHg注：其中 L：重金属的低限含量M：重金属的平均含量