欧洲水泥工业使用替代燃料的法律要求

  简介

  熟料和水泥的制造——像其它工业活动一样—— 是一种资源和能源密集过程。因而，将主要资源由合适的替代物质（燃料和原料）替换是一项与水泥生产日益相关的工作。增加替代原料的使用受生态和经济的驱动，以满足相关环境和技术要求的持续发展。本文中，欧洲废弃物框架指南（2008/98/EC）和工业排放指南（2010/75/EU）发挥了决定性作用。而且，本文注意到最近出版的关于最佳可获得技术（BAT，决定2013/163/EU）法定的有约束力的结论。作为一项用于水泥工业的BAT程序，这份文件清清晰列举了合适的替代物料的使用。

  作为混凝土中基本的成分，水泥在现代社会的发展中发挥了关键作用。水泥熟料煅烧是生产环节的主要步骤，水泥制造是一个能源和资源紧密型过程。然而，由于熟料煅烧的特殊性，这个过程为环境受益型的废弃物变能源和物质循环应用提供了绝好的机会，同时也能够提供显着的能源和资源节约。

  废弃物处理具决定性的主要特征摘要如下：

  *回转窑（主煅烧系统）中气体温度最高2000℃。

  *回转窑中1200℃以上温度气体停留时间约8s。

  *回转窑中为氧化气氛。

  *二次煅烧850℃以上温度气体有超过足够2s的停留时间。

  *由于高温二恶英和呋喃完全破坏

  *气态组分例如HF，HCl，SO₂被碱性反应物吸附。

  *重金属颗粒物留存量大

  *全程无二恶英和呋喃（PCDD/F）合成

  *充分利用燃料灰作为熟料组分同时实现物料循环和能源回收（协同加工）

  图1  欧洲水泥工业中替代物质用作热能。（来源：CEMBUREAU ）

  图2  不同物质的替代率

  废弃物作为替代燃料使用

  用于欧洲水泥工业的主要化石燃料仍然是石油焦。然而，到2009年底欧洲水泥工业全部热能需求的约28%使用了合适的替代物质（图1）。图2表示欧洲整个的替代率中不同物质的相对替代率。

  一些成员国已经达到超过60%的替代率。欧洲水泥工业当前的形势已经达到每年替代了约660万吨煤。通过这些，不可再生资源的开采需求已经减少。

  考虑到欧洲大量的废弃物仍然被填埋的事实，可以预见到特别是工业与市政垃圾混合部分将作为增加欧洲水泥工业整个替代率的潜在资源。然而，这些物质在水泥窑中用着替代燃料之前，通常必须经过加工和预处理。未加工的混合市政废弃物不适合用着熟料生产过程的物质。

  法律要求

  欧洲利用废弃物作为燃料的水泥窑需遵守欧洲关于工业排放的指南（2010/75/EU）。这项指南于2010年12月17日在欧盟（EU）的正式刊物上发表。到2013年1月7日前欧盟所有成员国必须纳入到相关的国内法中。

  除了关于环境安全和工业设施的正常运行，工业排放指南（IED）的附件1涵盖了确定的废弃物焚烧炉的要求以及所谓协调焚烧工厂（即工业设施例如水泥窑使用废弃物燃料）。这样做，IED和谐了欧洲废弃物焚烧的立法。协同焚烧工厂与焚烧炉一样必须参照同样的环境标准。

  IED的主要理念和它的附件VI是根据规定的控制和相关工业设施（焚烧和协同焚烧工厂）排放监测。表1比较了熟料水泥窑协同焚烧废弃物的排放限值与焚烧指南（WID，2000/76 /EC），该指南已经被工业排放指南（IED）所取代。前者WID的要求与新的IED的主要差别是强化了NO_x的排放限值。这样做，IED考虑了水泥工业有关BAT评估的参考文件的结果。根据这些文件，BAT关联的排放水平（BAT-AEL）预热器/预分解炉窑在<200和500mg/m³（日平均）之间。二恶英和呋喃，所有重金属和氯化物以及氟化物的排放限值也是从当前的BAT参考文件衍生而来。对于所有这些成分协同焚烧的设施必须满足同样严格的排放限值与专门的废弃物焚化炉一样。根据高水平的环境保护需求，IED也确定了欧洲废弃物政策中协同焚烧的重要作用。

  表1  前WID与IED排放限值的比较

  那些实际的焚烧过程不产生TOC和SO₂的项目，其挥发性有机物成分（TOC）和硫（SO₂）的选择性豁免只能由胜任的当局授权。通常这对熟料窑运行是一项必要的先决条件。因为它们提供了矿物转换，原材料中挥发性成分的存在可能导致较高的TOC和SO₂排放浓度，虽然这种燃烧条件能够保证燃料的完全燃烬。

  协同处置的理念和欧洲废弃物分类制度

  关于水泥工业中使用替代燃物质的更重要的法律文件是欧洲关于废弃物的指南（废弃物框架指南，2008/98/EC）。指南的第四章列出了废弃物分类制度的五个步骤，必须应用的优先顺序如下：

  *预防

  *重新利用的准备

  *循环

  *其它回收，如能量回收

  *清理

  原则上，这种废弃物分类制度在废弃物立法和政策中必须作为所有成分和最佳的环境选项的优先顺序。同时，正是对成员国采取强制措施鼓励了选择提供最佳的环境成果。违反分类制度顺序的理由可能是正当的，例如：技术可行性，财务生存能力和通常的环境保护。

  熟料煅烧过程中使用替代物质提供了 将完全吸纳物质的物质回收与能源关联的唯一机会。为了分辨熟料煅烧过程的这些特性与正常锅炉中协同焚烧的区别，水泥工业开发了协同处置的理念。这些特别条款的目标在于描述废弃物作为原料的关联使用以及作为能源之一取代天然资源（物料循环）和一次化石燃料（能源回收）在熟料煅烧过程中。根据这个理念，调整水泥工业的观点 将协同处置推进到一个较高的阶段比古典的产生炉渣、飞灰或其它废物成分的协同焚烧（图3）。

  图3  协同处置在废弃物分类中的作用

  作为BAT-程序的协同处置

  作为一种几乎无废弃物的工业过程，熟料煅烧非常适合应用协同处置的理念。如此一来，天然资源减少，全部的污染最小以及附带提供了优化废弃物后处理效果避免了必要的填埋。因此，协同处置是完全与主体事务相关联，在欧洲废弃物框架指南的范围内：它保存了自然资源，减少了排放，在生产中使用了吸纳物以及回收了超过80%的燃料能源。

  这些深刻的参数表明欧洲水泥工业对替代资源进行现代化和有效回收贡献的潜力。然而，水泥公司只有使用选定的替代燃料，因为这些物质必须适合工艺和最终产品从技术和环境的观点。仔细选择-如果必要-替代物质的预处理保证废弃物的协同处置不会导致废对环境的有害排放。这也受IED中设定的严格的排放限值所保护。除了这些严格的法律要求，质量控制方案的就地补充尤其是为了监测系统中示踪元素的吸纳。通过这样，不合适的物质可以阻止进入熟料煅烧过程。

  根据这些积极的影响，熟料煅烧过程中的替代燃料的协同处置已经考虑成为BAT用于欧洲的水泥工业。这清楚表明欧洲委员会最近出版的（决定2013/163/EU）BAT结论的法律约束。

  这项积极的评价鼓励欧洲水泥工业持续努力进一步增加合适的替代燃料的份额。因此，所有其它的优点，工业也能够提供对环境废弃物管理方面有价值的贡献。

  说明

  本文根据2013年五月在斯普利特（Split）召开的ECRA论坛“未来燃料”的陈述内容编写。