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水泥窑协同处置废弃物技术的发展方向

    一、RDF:新时代的新产业

    将全社会的生活垃圾和各种工农业废弃物经过适当的预处理后制成衍生替代燃料RDF(Refuse Derived Fuels),充分发挥水泥窑特有的优势,,将RDF替代水泥窑原先所用的天然化石燃料(煤、石油、天然气),这项技术及装备在欧美发达国家已有30年以上成功应用的历史经验,是一项十分成熟可靠的最佳实用技术(BAT)。2017年,德国采用替代燃料对全国水泥工业按热量计的燃料替代率(简称热量替代率TSR,Thermal Substitution Ratio)已达68.3%,英国为51.2%,欧盟28国加权平均为44.5%,世界水泥工业(除中国大陆外)平均为7.6%。

    近10多年来,我国水泥工业在、污泥和危险废弃物等方面已攻克了诸多技术难关, 成功地投入生产应用, 取得了初步成绩。2017年我国已有近50台水泥窑兼烧生话垃圾,协同处置能力约500万吨原生垃圾,兼烧市政污泥的水泥窑有近30台,年处置量约230万吨,另外还有已获兼烧危废资质的水泥厂30余家,核准能力152万吨每年。全国协同处置垃圾和/或污泥、危废的水泥窑已有100多台,占水泥窑总数的6%以上。但因这些废弃物的热值太低,加之每台窑的处置量也不多,故其对全国水泥工业的热量替代率TSR总计仅为1.5%左右。

    由此可知,我国与发达国家相比差距很大,属起步阶段。如果包括中国大陆在内,全球水泥工业的TSR将由7.6%下降到4%左右,可见我国所占世界权重之大。同时也表明全球水泥工业替代燃料市场的巨大发展空间和商机,近中期的市场需求和驱动引擎主要在新兴国家,即南美中东北非和东南亚,特别是中国;中远期的还有全球众多的欠发达国家。

   综合利用全社会各种废弃物中的可燃成分,制成RDF用作替代燃料,既可以无害化处置废弃物,保护生态环境,又能节省天然能源和资源的消耗 ,一举两得。这是新时代的一个新兴产业,具有日益增长的需求和广阔的发展前景。

    二、德国的经验借鉴

    德国是世界水泥强国,是世界水泥工业研究开发应用替代燃料最早、回收利用废弃物品种最多、技术装备齐全、政府引导有方、首创替代燃料技术标准、应用发展成效显著、经验丰富的国家,颇值我国借鉴。

    1985年德国水泥工业应用替代燃料刚起步,全国的TSR约为2%,相当于我国现今的情况。但是德国的出发点和最终目的是水泥企业的经济效益(替代化石燃料)与全社会的环保效益(高效处置废弃物)必须统筹兼顾。即水泥企业协同处置废弃物至少应有一点微利,不宜因此而承担额外损失。德国认为,如果让某一行业为全社会的环保“买单”是不合理不公平的,不符合市场经济准则的,即使“买单”金额很少也是不可取的。因为环境是全社会的宝贵资源,环境保护原本就是政府必须履行和担当的天大职责。所以无害化处置各种废弃物,政府的主导引领和激励政策是责无旁贷的。

    在政府引导和水泥企业共同努力下,德国水泥工业TSR的发展经历了3个大台阶,2000年达25.7%,2005年达48.4%,2010年达61% ,提升较快。之后企稳微升,2017年为68.3%。据分析,这或许与其国内外水泥市场需求下降,产能过剩,技术进步与创新趋缓有关。

    经历了30多年的实践,现今德国已经形成了一个专业性的废弃物回收处置综合再利用的新型产业,固废回收再生燃料SRF (Solid Recovered Fuels) 是其一种产品。利用各种固废,按照一定的技术标准制备生产出不同的再生燃料,作为替代燃料供不同用途之需。例如,按德国SRF分类及其标准总则DIN EN 15359(2012)和RAL-GZ 724的规定,供水泥工业、石灰工业和火电厂用的SRF 平均热值应分别为20、25和13~16MJ/kg。相应的SRF经过水泥厂正常加工以后即可用于水泥窑的分解炉内燃烧,或者用于窑头喷煤管中与较高热值(23MJ/kg以上)的煤(或废橡胶、废机油、废溶剂等)一起混合燃烧。对水泥企业来说,SRF可市玚采购,来源可靠,质量稳定,使用方便,颇受欢迎。

    1990年前后德国曾经是每家水泥企业专门装备一套设备系统,用以预处理少量的原生废弃物制备出替代燃料,为自已的水泥窑所专用。后来发现这种模式效率低不经济。2000年以后大都逐渐转变为到市场采购合适的SRF,无需单独自制了。同时一个专业从事回收处理制备便于再利用各种废弃物的产业链,在德国蓬勃形成和发展起来。2016年该利废产业的营业收入已达 260亿欧元,相当于其水泥混凝土产业的4~5倍,并呈继续上升之势。

    据统计2014~2017年,德国平均年生产使用SRF约450万吨,主要应用于三个行业:即水泥工业占70~73%,约325万吨,相当于240万吨标煤,TSR约66%;火电厂及烧垃圾发电厂占25~28%;( 石灰工业占1~2%。之所以近3/4的SRF都供应给水泥工业。因为多年的实践表明,采用SRF时,其中热能利用的转化效率水泥窑最高,平均为68~70%; 火电厂次之,为45~48%; 垃圾发电厂为33~35%; 石灰窑的最差仅25%左右。从社会资源高效合理配置的理念来看,这样的比例关系是市场经济法则运作的结果,是比较经济合理的。更主要的还有两大理由,可能因为在德国,这些优势公众已经熟知,故省略未提及。

    但是笔者认为,面对我国的现实情况,这里有必要重申两点。

    第一,废弃物对生态环境安全的保障最好,这个观点德国的实践早已证实,并获社会公认。笔者2007~2010年已撰文阐明,不赘述。

    第二,水泥窑兼烧废弃物所须的新增设备和投资最少,工期短见效快最经济。显然这两大优势是实实在在的,是德国和欧美诸国的长期实践经验,又经过我国的实践验证了的,是立论之本,其重要性和决定作用应于肯定。这也是水泥窑利废底气之所在。

    表1为德国水泥工厂联合会VDZ在其年度环境报告中向全社会公布的2016年水泥工业利用替代燃料的统计。可以看出,共利用了12大类的废弃物,总计热量替代率TSR为 64.9%,其中城市生活垃圾SRF在总替代燃料TSR中占10%左右,在熟料总热耗TSR中占6.2%。

    表1 2016年德国水泥工业使用各种替代燃料和天然化石燃料的统计

 

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    应该指出,德国水泥工业推行协同处置废弃物用作替代燃料的全过程是在政府的引导、激励和策划,以及水泥协会的组织协调下逐步实施的。每一家水泥企业拟烧废弃物都必须事先通过论证和政府的环保审批,投产后随即进入严格严密的监管程序。所以类似我国垃圾发电厂那样的“邻避”事件从未发生过。政府的担当和公信力足以使公众放心、信赖、信服。这点颇值我国借鉴。

    对完善我国水泥窑协同处置废弃物技术政策的几点建议

    1.加強政府的全面主导、规划、实施、监管职责

    回顾我国水泥窑协同处置生活垃圾(污泥和危废)10多年的历程可知,其中水泥企业自告奋勇,甘愿“赔本赚吆喝”的作用似乎大于政府的引导职责。既然水泥企业着重追求的是为缓解“垃圾围城”做出贡献,而不是本身的经济效益。因而中央财政的激励政策就顺势相形见晚,虚多实少,落实滞缓。有时容易对一些必要的论证审批和监管不力,甚至缺失。这样在短期内或者可以充分发挥那些自告奋勇水泥企业的积极性(或自由度),就像我国现今所取得的一些成绩那样。但是作为一项具有一定战略性的国家技术发展方针和政策,政府的全面主导和科学规划等的履责是必须的,是决不能或缺的。所幸我国正在对此进行补短和改进完善之中。然而美中不足的是相应的激励政策久拖不定,终不能让甘愿“赔本赚吆喝”的水泥企业一直这样继续下去吧?显然,这不符合市场经济法则,是不可持续的。因此出台公平合理可操作的激励政策是当务之急。敦请中央政府积极扶持生活垃圾等协同处置项目,同时加强审批监管,防止当前某些不够资质的水泥企业和环保企业乘机逐利,粗制滥造“协同处置危废”项目的哄起倾向。

    德国的长期实践表明,因水泥窑的热效率或对废料中的热能利用率(约70%)比垃圾发电厂的(约35%)高一倍,所以德国城市垃圾70%以上用于水泥厂,用于火电厂和垃圾电厂的不到30%。然而我国的情况却是始料不及地截然相反,用于垃圾电厂的垃圾占其总量的33%以上,而用于水泥厂的仅有3%还不到。显然这是我国实施了20多年的过分倾斜的技术政策无意之间自然而然地形成的。通过对比和反思,吸取经验教训,我们应该认识到,为求得高效协调合理的发展,亟须调整纠正完善有关的技术政策。公平合理地做好这项工作,以利于摆正水泥窑在利废领域中应有的位置,发挥应有的功能和作用。

    2.扩大协同处置废弃物的品种,开拓高热值废料利用,力争加速提升水泥工业的热量替代率TSR

    我国水泥窑协同处置对象是从原生城市生活垃圾和市政下水汚泥开始的,其含水量大,热值低,处置难度大。水泥窑无害化处置这些废弃物对全社会的环保效益远大于水泥企业可能得到的经济效益。因其所能替代的煤量很少,热量替代率TSR也低。实践表明,标配情况下TSR约为3~7% ,视各项目垃圾预处理装备系统之不同而异。显然,这样低的TSR只是初级的,我们的近中远期目标是TSR分别达到25%、50%、80%左右,最高目标是实现熟料生产对天然化石燃料的零消耗。为此我们必须开拓高热值的废轮胎、废机油、石油焦、废溶剂等适量利用的途径。

    这里就涉及废轮胎的切块、削条、抽取钢丝,以及液状、稠液状、浆糊状、秸杆状、絮羽状等等废物的处理技术装备,有待研发配套。还有例如,可以同时适用于多种性状废料的窑头与分解炉燃烧器、窑尾多级燃烧喷嘴、破碎剪切机、筛选分拣机、挤压脱水机、除臭与污水处理、搅拌混料机、在线成分监测、计量喂料机、热盘炉、旁路放风、放风窑灰利用(制钠盐或钾肥)、防腐蚀耐火材料等等的改进与创新。总之,目前我国的现实与目标之间的差距较大,要做的工作很多,任重道远。但这我们必由之路,要下决心克服技术难关,充滿信心地逐步实现各发展阶段(近中远期)的目标。

    3.建设大型固废再生燃料SRF工厂,研制SRF标准,集中生产各种替代燃料, 分散供应市场

    欧美经验表明,为了烧废料,每一家水泥企业都新建一套废物预处理系统滿足自身所需,既分散占地多,又没有规模效应,效率低不经济。于是大型SRF厂应运而生,将一种或几种废物集中到一处,按照相应的技术标准,大批量地生产制备出一种或几种SRF,再分销到下游各行业用户,既可提高全社会的经济效率,保障SRF的质量与性能稳定. 用户应用也更方便。

    例如,以色列位于Tel-Aviv地区西南的Hiriya山岗处的一座大型SRF工厂。该厂2014年投产,年处理居民生话垃圾50万吨,制成SRF 15万吨,热值4000~4800kcal/kg,全部用于该地区Nesher水泥厂作为替代燃料。该SRF厂总投资7500万欧元,是当时世界水泥工业技术最先进、规模最大的生活垃圾SRF生产线。Nesher水泥厂有2台6000t/d水泥窑,除采用生活垃圾SRF外,还有废轮胎、废溶剂和工业SRF,共四种废弃物用作替代燃料。

    表面看来,该厂的投资似乎很高,而我国现有的标配水泥窑烧垃圾预处理系统一般是投资近1亿人民币,原生垃圾年处置量10万吨,制成入窑的替代燃料每年估计2~3万吨,热值估计2000~3000kcal/kg。实际上,按单位投资回收热量或替代标煤量为衡量标准计,两者的投资效益我国的却不及以色列的40~50%,甚至更低。当然这里除两者的规模效应差别外,还可能有其原生垃圾的情况很不相同,以及技术装备系统效率差别的因素。但大规模集中生产SRF(或RDF)的效益是明确无误的,可以肯定。

    我国选用多大产能的原生垃圾SRF工厂为宜,须要根据各地该项目的具体情况来定。笔者初估可能对年处理量20~30万吨、50~60万吨和90~100万吨原生垃圾的三种规格的需求较多。目前我国有不少厂商具备研制配套这套系统的基础和能力,抓紧研发早日完成,早投放市场就将先得商机。

    对政府来说还有一个课题,那就是筹划制订我国的SRF技术标准也应适时提上议事日程。另外,在中国建材工业联合会的领导下,2016年成立的水泥窑协同处置生活垃圾产业联盟应该积极行动起来,发挥应有的职能与作用,这一点我们应该向垃圾发电产业联盟学习。不要形同虚设,须加強组织领导,做好向政府和公众的观摩宣讲汇报请示,协调好行业内部的交流探讨,资源共享共同提高。对外更要公共信息(尤其是环境信息)公开准确透明及时,履行水泥企业的社会责任,获得政府和社会公众更多的了解和支持。水泥工业应该而且可以为我国循环经济的发展做出更多的应有贡献,实践奉献的空间犹为大矣!


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