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水泥工业“四零一负”战略对循环经济的奉献

2006/08/27 00:00 来源:高长明

循环经济是运用生态学规律来指导人类社会经济活动,以资源和能源的最低消耗、最高效利用和最多的循环使用为核心,遵循其“减量化、再利用、再循环”原则,旨在实现以尽可能少的资源能源消耗和尽可能小的环境代价获得尽可能大的社会经济发展效益。循环经济就是要克服传统的线性经济发展模式的弊端......

一、推行循环经济的重大战略意义
    循环经济是运用生态学规律来指导人类社会经济活动,以资源和能源的最低消耗、最高效利用和最多的循环使用为核心,遵循其“减量化、再利用、再循环”原则,旨在实现以尽可能少的资源能源消耗和尽可能小的环境代价获得尽可能大的社会经济发展效益。循环经济就是要克服传统的线性经济发展模式的弊端,实现可持续发展的循环型经济发展模式,在获得经济不断增长的同时,始终保持人类和自然之间的生态平衡与和谐发展。
    2006年6月,国家发改委正会同国家科技、财政、资源、金融、环保、建设、贸易、税收质检等部门将研究起草《循环经济法》,着重于完善政策机制,推进结构调整,进一步强化循环经济全面发展。这表明了政府对推进循环经济的高度重视和坚定决策,要制定一部具有指导性和可操作性的法律文件,强力推进循环经济的全面发展,为把我国建设成一个节约、节能、环境友好、经济发展的人与自然,可持续地和谐发展的社会而努力。
    历史和现实的经验教训是深刻甚至惨痛的,我国在经济建设上取得迅猛发展的同时必须吸取这些教训,引以为戒。我们一定要清醒地认识到,只有发展循环经济,才是从根本上减轻环境污染,修复生态平衡的有效途径;才是充分利用资源能源,缓解其紧缺的重要举措;才是开发利用再生资源能源的根本出路;才是真正提高经济发展实效的正确抉择。此外,发展循环经济的同时也是我国应对某些新贸易保护主义或“绿色壁壘”的迫切需要。归根到底,发展循环经济是以人为本,以自然为源,实现可持续发展的本质诉求。
    总之,推进循环经济发展的重大战略意义凸显于其五大特征,即全局性、前瞻性、发展性、长期性和谋略性,对我国经济的可持续发展,具有提纲挈领之功,力拔千钧之势,影响深远,我们必须抓住机遇,强力推行之。

[Page]

二、水泥工业在推进循环经济发展中的地位和作用
    现代水泥工业是近代科学技术进步的产物,也是社会物质文明和经济增长的支撑之一。根据现今科技发展成果及其应用趋势来判断,水泥在今后相当长期内(50~100年)仍是一种难以被替代的经济实用的大宗建筑材料[1]。
    本文将针对我国PC窑水泥进行探讨,所有论述仅适用于PC窑水泥,与其他各种落后生产方式的水泥无关,特此声明。
    水泥工业作为现代重化工业生态系统和经济生态系统中的一员,因其生产工艺的固有特点,使其在推动全社会的循环经济的发展中具有较显著的“链接”作用,处于较重要的促进地位。因为,在先进科技成果的工业实践中,国际上业已证实:
    首先,现代水泥工业本身已经率先在重化工领域中实现了清洁生产,在水泥的整个生命周期内不会有废料、废渣的产生,没有污水排放,废气中的粉尘以及各种有害物的含量均能符合当今世界上最苛刻的排放极限(德国TA-Luft和17.Blmsch V标准)。2002年德国科技部、环保局和工业部已向世界通报,该国的水泥工业已率先步入了绿色工业和环境友好型工业的行列[2]。
    其次,现代水泥工业在节约资源和能源方面不仅成效显著——近10年单位能耗降低了20%以上,而且仍有很大潜力,前景看好。
    第三,现代水泥工业具有独特的利废功能,可以协助全社会利用和消纳各种废料、废渣和生活垃圾等,促进循环经济。其一是水泥工业可以消纳的废物种类很多,适应范围广。其二是其消纳量颇大。其三是在消纳废物过程中对环境安全有充分保障,不会造成二次污染,一步到位,没有隐患。其四是可以充分利用水泥生产工艺中的既有装备(水泥窑、分解炉、燃烧器、磨机、收尘器等),仅须添置少量的有关废物的处置设施,就可以发挥既生产水泥又妥善利用和消纳废物的双重功能;比新建废物焚烧厂更经济更安全[3]。
    经历了近20年的工业实践,现代水泥工业固有的特点及其独特的功能现今已获得国际上的一致公认。有关的理念也正在我国广为流传,开始赢得了政府主管部门和企业界的认同和支持。
    对现代水泥工业的正确认识及有关理念的创新与认同,进一步明确了水泥工业在循环经济范畴中的定位及其作用。那就是:水泥企业在循环经济系统的自身“小循环”中已实现了清洁生产与环境友好。而且在与其他重化工行业链接,和多个产业之间也实现了互补、互用、互利等“中循环”,适用面广,适应性强。最终在全社会的循环经济系统的“大循环”中也做出了相应的更大贡献。我们应该科学客观地评估水泥工业在全社会循环经济中的地位和作用,夸大或无视水泥工业对我国推行循环经济时可能作出贡献的程度都应注意克服。客观地说,与其他重化工业相比,水泥工业对循环经济的贡献应该是效益较明显,地位较重要的。但是把水泥工业说成是什么“万能”的“利废之王”显然是缺乏科学根据的。循环经济必须依靠全社会各行各业、政府、企业与大众共同的协作努力才能付诸实现。

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三、水泥工业“四零一负”的战略目标及其实践
    水泥工业可持续发展的“四零一负”战略目标是笔者在20世纪90年代初期,实地调研分析了水泥工业先进国家的可持续发展理念及其战略策略方针,结合国际水泥工业科技发展和应用的实践经验,综合归纳后于1996年提出的一个大胆的假想和奋斗目标。其具体内容如下[4]:
    ①水泥工业和生态环境和谐共存,水泥企业对其周围生态环境完全实现零污染;
    ②创新水泥工艺和余热回收技术,降低单位水泥电耗,提高单位熟料余热发电量,实现水泥企业对外界电能的零消耗;
    ③水泥企业完全实现废料、废渣、废水的零排放;
    ④降低单位熟料热耗,开发利用各种替代燃料,实现熟料生产对天然矿物燃料(煤、油、天然气)的零消耗;
    ⑤节约资源,扩大利废功能,消纳各种废物,减轻环境负荷,为全社会废渣、废料的负增长作出应有的贡献。
    实际上,1995前后在一些发达国家的先进水泥企业中,“四零一负”技术发展和工业实践已显端倪,取得了不同程度的成效。只不过其所实践的“四零一负”的内容是分别地分散在各个不同的水泥企业中,而且离真正达到零消耗还有相当的差距。1996年笔者把这些零散的现象和苗头汇总概括在一起,系统地提升到“四零一负”的高度,当初真有点使许多国际专家、学者一惊。但是很快他们就认同了这种提法,而且下意识地不断付诸实践与完善之中。
    水泥工业“四零一负”战略目标的提出至今已有10年,在这10年内国际和我国水泥工业“四零一负”的工业实践进展如何,取得那些成果,离其最终目标还有多少差距,兹将其有关情况与数据汇列于表1中,供参照。
    从表1可以明显地看出,水泥工业“四零一负”战略目标与循环经济的理念是完全吻合一致的;其内涵就是先把水泥工业自身做好,实现清洁生产,最大限度地达到节约资源能源,不污染环境;之后充分地发挥水泥工业独特的比较优势,尽可能多地综合利用各种废料、废渣、垃圾等作为水泥生产的替代性原料、燃料、材料;为经济安全地利用消纳全社会的废弃物作出最大可能的贡献,为发展循环经济发挥更显著的作用[5]。

    以下将对表1中“四零一负”的进展作一些必要的补充说明。

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表1    国际及我国水泥工业推行“四零一负”的进展和预测

年份
                差  距

 
 
“四零一负”
国际平均先进水平
我国PC窑水泥*
1995
2006现今
2015(预)
1995
2006
1. 对周围环境的零污染
接近实现
已实现
完全实现
大半实现
基本实现
 
德, 日,  美
德,日,美
 
 
 
粉尘排放(mg/Nm3
10-50,50,40-70
10-50,50,40-70
≤20
150
50
NOX排放
200-800      未
      560    定
200-400,
560
≤200
未定
800
SO2排放
50-400       未
     780    定
50-400,
780
≤100
未定
400
2. 对外界电能的零消耗
实现近半
实现了大半
基本实现
只有补燃发电
实现了一半
熟料单位电耗(kwh/t)
64-68
52-56
45-50
65-70
55-58
水泥综合电耗
105-115
85-95
75-85
105-115
90-100
吨熟料发电量
32-35
38-40
>50
 
32-36
可回收熟料电耗(%)
50
72
100-110
 
60
可回收水泥电耗
30
43
60-70
 
34
3. 对废料废渣废水的零排放
已实现
完全实现
完全实现
基本实现
已实现
4. 对天然矿物燃料的零消耗
开始推行
实现了一半多
接近全实现
尚未推行
试点推行
 
德,日,美
德,日,美
 
 
 
二次燃料替代率(%)
15,0,5
55-60,4,16
85-95
0
接近0
5. 对全社会废弃物的负增长
开始推行
利废较显著
利废效益好
混合材利
废量大
混合材利
废量大
资源利用及利废功能
德,日,美
德,日,美
 
   资源产出利用率(%)
100,100,100
100,100,100
100
80
90
  矿山复垦环境修复率(%)
30,30,25
60,60,50
80
5
15
二次原料利用量
    (kg/t水泥)
120,200,50
180,280,70
500
60
75
二次燃料利用量
(kg/t水泥)
11,0,7
45,7,21
70
0
0.07
   废料(混合材)掺入量
150,90,60
170,100,70
250
275
280
吨水泥废料利用量
(kg/t水泥)
281,290,117
395,387,161
820
335
355
   吨水泥综合利废率(%)
12-30
16-40
60-70
23
30
6. 单位水泥总CO2排放(kg/t)
1050-1100
860-920
650-750
950-1050△
800-900△

注:* 2000t/d以上的PC窑平均先进值;△因我国水泥中混合材掺入量多,故该值已相应减少了。

    实际上,水泥企业对其周围生态环境达到零污染的第一项目标,德国在20世纪七十年代已经开始了这项研究工作,经历了30年的对比监测,得出了具有充分说服力的科学结论。2002年德国正式向世界宣布了该国水泥工业已实现了对其周围生态环境的零污染。这在水泥工业发展史上是一项划时代的成果。
    我国PC窑水泥在达到零污染方面与国际先进水平尚有一些差距,但差距并不大。
    最近开始新建的美国Lee lsland 12000t/d水泥生产线对环保的承诺是,在政府批给该厂的4000英亩(1620公顷)原生态土地范围内,以及水泥厂的整个生命周期内都不得发生任何有损环境或生态平衡的显发事件和隐性迹象;此外,必需有2200英亩(890公顷)以上的整片土地始终保持其原生状态,无论是地面上还是地下均不得动用。废气的排放限值为:粉尘<20mg/Nm3,NOx<200mg/Nm3,SO2<50mg/Nm3。这一案例是第一次将水泥厂零污染的范围给出了明确界限。这可能是美国新建水泥厂有关环保承诺的一种动向,显然其保证零污染范围更明确更扩大了很多很多。(我国一条万吨级生产线的厂区占地约35公顷。)不过这种动向即使在美国其普遍性如何尚有待观察。
    水泥厂对废料、废渣、废水的零排放,国际上在上世纪90年代早已实现。记得1996年笔者在德国的Lagerdorf水泥厂考察时,其化验室水管中放出的处理后循环水已达到饮用标准,远高于废水零排放的要求。我国现今2500t/d以上的PC窑水泥厂多数能达到废水零排放的目标。
    水泥厂对外界电能的零消耗,过去10年左右国际上也有较大进展,吨熟料纯低温余热的回收电能,从弥补熟料电耗的近50%上升到约72%,或从弥补水泥电耗的30%上升到约43%。预计到2015年前后,即10年以后,熟料生产就可实现对外界电能的零消耗了。
    在这方面,我国PC窑水泥厂正处于快速发展之势,纯低温余热发电技术与装备,今后5年中将会在250台PC窑上推广应用,如此大量的工业实践,必然导致该项技术的改进和创新。笔者相信到2015年在电能的零消耗方面,我国PC窑水泥将与国际先进水平并驾齐驱,双双实现熟料生产对外界电能的零消耗。
    过去10年水泥工业对天然矿物燃料的零消耗方面,国际上的进展很大,采用各种可燃废料用作二次燃料的全国按熟料热耗计的替代率大致由10%上升到50%;预计10年后(2015年)将达85-90%。这将是一项巨大的进步。
    而我国PC窑水泥在这方面的差距却很大,二次燃料的替代率几乎为零。因为水泥厂烧废料或垃圾,确实是一项复杂的全社会性的系统工程。多年来少数水泥企业和设计院虽然做了不少工作,事实证明,单靠水泥工业本身,的确力不从心难以突破,可能最关键的还是需要中央与地方政府的政策引导和必要的财政投入,支持试点水泥企业切实地推进这项工作。
    在资源综合利用与消纳社会废物方面,过去10年国际上一直做得较好,现在只是进一步完善了,尤其是矿山复垦环境修复工程效果甚佳;而我国对此似乎尚未引起普遍认知,需注意改进。
    应该指出,在利废方面我国水泥中的混合材掺入量特多。这种现象是“先进”还是“弊端”,因具体情况之不同而异,难以一概而论。好在我国正在修改水泥标准,力求完善之。但是,我国应向德国学习,多用二次燃料;向日本学习,多用二次原料,这是肯定无疑的。

[Page]

    四、结语
    如果说10多年前笔者提出水泥工业“四零一负”的假想时还只是一个轮廓性理念的话,经过不懈的工业实践的进展与改进,现今这一理念已经变得相当成熟清晰。国际上业已获得的成果是,水泥工业对其周围环境的零污染已实现;对外界电能的零消耗实现了大半;对废料废渣废水的零排放已完全实现;对天然矿物的燃料的零消耗已实现一多半;吨水泥的利废量已近400Kg,综合利废率达30%以上;单位水泥CO2排放900kg/t。笔者可以有把握的预测,10年以后(2015年前后),国际水泥工业将基本实现“四零一负”战略目标;即达到对环境的零污染;对废料、废渣、废水的零排放;生产熟料时对外界电能的零消耗,生产水泥时的综合电耗降到25kwh/t以下;熟料烧成对天然矿物燃料的零消耗或实际标煤耗不会超过15kg/t;制造水泥所需的原料有近50%、所需的燃料有80%以上、所需的掺入料(混合材)有近100%均为社会的各种废弃物,吨水泥的利废量达800kg,综合利废率达70%;单位水泥CO2排放约700kg/t。
    届时我国PC窑水泥除天然燃料零消耗这一目标尚有一定差距外,其它各项都将与国际先进水平处于同一条起跑线上。2020年我国水泥工业将全面达到可持续发展的“四零一负”战略目标。
    近年来,循环经济理念在我国许多大型水泥集团公司进行了成功的实践,例如金隅、万安、亚泰、蒙西、海螺、三狮、山水等,成效卓越,效益显著,对广大水泥企业积极投入发展循环经济的行列发挥了重要的示范和促进作用。今后在进一步的推进中必须结合我国的具体情况自主创新,走我国水泥工业自己的“四零一负”道路。当然可以借鉴国际先进技术与经验,但是不必受其拘泥。因为国情不同,难以照搬。此外更重要的是,我国水泥工业无论在技术装备和经济实力等方面现在已经具有相当的能力,完全可以针对国情开发出最适宜的技术与装备。至于烧废料等课题,其是否能有效地形成相应的工业规模,若干非技术性关键障碍的突破则较大程度上有赖于政府的全面策划和引导,亟待政府出台配套的举措。

参考文献
1. Friedrich W. Locher: Cement-Principles of production and use. Verlag Bau+Technik GmbH, 2006; 5-6
2. VDZ e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Environmental compatibilitg of cement and concrete. 2002; 6-45
3. 高长明:现代水泥工业的节能与二次能源回收技术。<水泥>1998,(3);1-7
4. 高长明:论水泥工业可持续发展战略。<水泥技术>1997,(1);1-6
5. 高长明:预分解窑水泥生产技术及进展,化学工业出版社2006;316-321


(中国水泥网 转载请注明出处)

编辑:zhangm

监督:0571-85871667

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