世界水泥工业替代燃料与协同处置技术的应用与分析

吴爽

摘 要：近些年越来越多的水泥工程项目涉及到替代燃料与水泥窑协同处置技术的应用，替代率越来越高;各国因所处环境及相关国环保政策不同，协同处置技术的发展程度差距较大，借鉴国外成功的经验以期实现我国水泥窑协同处置技术的提升与产业升级。

关键词：水泥窑;废弃物;替代燃料;协同处置

0.引言

水泥行业中常规燃料主要为煤、天然气、重油等化石能源，水泥生产过程会产生大量的气体排放物。为实现节能减排的可持续发展战略，废弃物替代燃料的协同处置应用发展迅速。文章就目前替代燃料与协同处置技术的应用与发展做简要梳理与分析。

1.替代燃料协同处置的必要性

近年来，因二氧化碳排放导致的“温室效应”日益严重，威胁到全球环境及生态条件。随着我国经济的飞速发展及城市化的加速，城市垃圾产生量每年以近10%的速度增长，但是无害化处理率非常低，传统的填埋处置方法造成土地资源的污染及大量浪费。另一方面，我国水泥产能过剩，新型干法水泥生产过程会产生大量的二氧化碳、氮氧化物、硫化物等废气;生产一吨水泥约产生一吨二氧化碳，经研究证明，如果采用垃圾作为燃料，可减少10%的排放量。加之干法水泥工艺生产中烧成系统工作工况提供了处理废弃物合适的环境，所以如果能有效利用水泥窑协同处置废弃物作為替代燃料，将是双赢的结合，

科学化、规范化的方式进行废弃物处理可以实现减少化石燃料使用、降低燃料总成本、处置废弃物获得可观补贴、减少过程中的氮氧化物排放、减少二氧化碳排放量等诸多收益。在2008年北京奥运期间，政府暂停了北京及周边地区大型工业生产活动，但是北京水泥厂却从未停窑，因为它承担着城市生活垃圾的处置工作，所以水泥窑协同处置可以作为一项重要的环保产业规划。

2.水泥工业中替代燃料种类

水泥工业中可处理多样类替代燃料，根据废弃物物理状态可分为固态、液态及气态废弃物;固态废弃物主要有轮胎、屠宰废弃物、包装废料、果壳等生物质、塑料、干污泥、木料等;液态废弃物主要包含淤泥、废油、沥青浆、废溶剂、化工废料等;气态废弃物包含裂解气、垃圾分解废气等。

按照废弃物来源途径不同主要分为：生活垃圾、商业和工业垃圾、建筑和拆解垃圾、生物质来源、医疗垃圾、废旧轮胎、干污泥沉渣等。

垃圾的种类复杂多样，水泥窑较强的兼容性使其能处理多种废弃物，但替代燃料物料较差的均质化、生产过程中复杂的工艺控制等因素给协同处置技术提出了较高的要求，料源供应的稳定性也直接影响着协同处置的推广。

3.替代燃料与协同处置技术概要

基于水泥回转窑内气氛温度高、烧成系统内停留时间长、回转窑内氧化气氛的特点，提供了水泥窑协同处置废弃物垃圾作作为替代燃料的可能性。大部分替代燃料的热值低，水分大、腐蚀性强等特点，会影响熟料的产量、质量及烧成系统设备的寿命，把垃圾引入烧成系统面临一系列的技术挑战，要求设备适应性强、工艺操控性高、系统安全性高。

从替代燃料产业链角度，从废弃物到能源的转变过程需要经过以下环节：废物来源-废物制备-废料储运-废料分拣-高温焚烧-质量控制。

生活垃圾处置由垃圾预处理系统、焚烧系统、臭气处理系统、渗滤液处理系统构成;预处理环节非常重要，分类是否清晰、均质化效果及稳定性对烧成系统工况的控制有很大影响，需要经过原生态垃圾储存破碎-发酵-脱水-长距离输送喂料的处理流程;水泥生产过程中需要大量的热源分解原料产生大量的气体，替代燃料复杂的成分会大大影响烧成系统的内部环境、降低产能、影响熟料质量，在实际应用过程中需要针对不同的物料设置最佳的投料点以达到最佳效果，丹麦史密斯公司开发了外加热盘炉的处理方式也有效加大的燃烧空间，降低了对烧成系统的影响，可有效提高替代率。在协同处置操控中，应该注意尽可能减少系统漏风、优化燃料配置保持合理的燃料比、保证连续给料。

废旧轮胎由于热值高、水分低、碳含量高、来源稳定等优势，作为主要替代燃料之一，设计时可以将整轮胎或轮胎碎片投入烧成系统的分解炉或烟室处适当的喂料点进行处置。

由于废弃物腐蚀性强，降低耐火材料寿命，因此需用抗腐蚀性、高强耐碱、抗结皮耐火材料。在高要求耐火材料的研发及质量上，中国企业的技术与世界先进水平存在较大的差距，这也会制约中国协同处置技术发展与应用的速度，成本控制压力较大。

4.世界水泥工业中替代燃料与协同处置应用现状

从目前的经济现状及世界各国对环保要求的发展趋势看，水泥厂大量使用替代燃料有着积极的社会效益及经济效益，基于目前的市场需求，世界水泥市场多处于超饱和状态，水泥需求不足，产能过剩，而生活垃圾等废弃物越来越成为困扰世界的难题，所以各国政府为垃圾处置给予大量补贴，从而使市场、社会及工厂产生了良性循环互动，为替代燃料与协同处置技术的大规模应用与发展提供了有利的环境，

欧洲地区：受制于欧盟地区严格的环保政策及水泥市场需求不足的双重导向，欧盟内水泥生产企业已经探究此领域二十余年，荷兰于05年已经将可燃废物替代率提高到80%以上，目前法国的水泥厂也已经实现85%以上，并且理论上可实现100%的替代率。

中国水泥行业使用替代燃料技术时间短，燃料种类少，燃料供应不够持续，近些年中国政府对环保要求提升，产业技术升级加速，协同处置技术投入应用快速增加，但整体来讲替代燃料使用还不够规模，替代率不足40%。协同处置系统所使用的机械装备，目前中国还不具备强大的国际竞争力，目前还无法提供领先的成套设计及装备，核心关键设备依托于欧洲供货商支持，投资成本及维护费用都比较高，这也是未来行业需要发展的领域之一。

东南亚、非洲等欠发达地区环保要求低，替代废弃物收集分拣未成体系，目前使用协同处置技术的案例比较少，但是塞内加尔、摩洛哥、南非等国家已经先行尝试使用。

我公司在替代燃料的设计与使用上取得了重大突破， 2008年在塞浦路斯项目、摩洛哥FES项目中替代燃料只能使用破碎轮胎;2012年保加利亚项目中实现了替代率的大幅提升并且能处理更多种类的替代燃料;到2019年在法国图卢兹项目上已经实现了85%的替代率，能够处理木屑、低热值污泥、纸张污泥、轮胎、棉毛废物、花生壳芦苇等生物质等多种废弃物。

5.结语

水泥厂替代燃料使用及协同处置首先是环保项目，承担着重要的社会责任。该技术的发展需要更多专业的工程技术人员持续不断的探索，提升处置技术及操作水平，完善产业链布局，水泥厂协同处置与专业焚烧站相互补充才能切实降低巨大的生活垃圾量对社会带来的压力。因各国国情不同，产业结构及能源结构差异巨大，所以不能照搬同样的技术及设备，需要因地制宜采取各具特色的多种技术路线;水泥厂协同处置具有无害化、减量化、资源化的特色，具有吃干榨尽的优势，政府及整个行业都应该积极推广，建立科学完善的垃圾管理机制才能获取利用垃圾协同处置带来的好处，切实为全球环境改善作出贡献。