我国水泥窑协同处置废弃物工程实践的回顾与展望

高长明

2008年至今，我国约有43台水泥窑协同处置垃圾，2016年实际垃圾处置量约为300万吨，占当年城市生活垃圾总量（1．8亿吨）的1．7%。此外，我国还有近33台水泥窑每年协同处置市政污泥和危险废物等约360多万吨。回顾过去10年来我国水泥窑协同处置垃圾的工程实践，展望未来，水泥行业工作者一定会发挥优势，为绿色经济发展作出应有的贡献。

根据中国建材联合会2017年7月统计资料，以及水泥工业“十三·五”有关规划目标，我国水泥窑协同处置可燃废弃物现状及近期预测参见表1。

1　水泥窑协同处置可燃废弃物，替代化石燃料（煤、石油、天然气）的独特优势

（1）2002年德国科技部、环保局和工业部联合宣布，德国水泥工业在本国重化工行业中首先达到了绿色和环境友好型的标准。

如今我国排名在前10～20位的水泥集团的许多先进水泥工厂也已基本达到了德国环境友好型水泥工厂的标准要求。

（2）水泥窑协同处置可燃废弃物能确保环境安全，不产生任何废渣，没有二次污染。在水泥窑长时间高温的工况下，任何有害物质都将被完全消解或熔融，重金属元素全被固化在熟料晶格中，不会发生渗析。

1990年至今，世界上450多台水泥窑已协同处置了各种各样的可燃废弃物近3．6亿吨，经过第三方成千上万次检测的环境指标数据与2010年挪威科学院的SINTEF报告相互印证，有力地证明了环境安全结论的正确性。

（3）单台水泥窑的产量很大，例如5 000t/d的窑，每24h喂入窑内的生料和煤粉等物料共计近10 000t，窑内温度高，热容量大，热力强度高，对额外物料（可燃废弃物）可能引起的系统内物流、气流、温度场、压力场等各种操作参数波动冲击的承受力很强，对各种性能废弃物的适应性也很强，足以保障工况稳定、生产正常。协同处置300～500t/d废弃物，对熟料质量性能无不利影响，也无碍窑的正常生产运转。

表1　我国水泥窑协同处置可燃废弃物发展、现状及预测

（4）利用水泥厂现有装备，适当增设若干废弃物预处理设施，生产熟料的同时处置可燃废弃物，用可燃废弃物作替代燃料，无需新建垃圾焚烧发电那样的整座工厂，投资省，占地少，工期短，见效快。

（5）水泥窑中的能量转换是在密闭、简单、直接的状态下进行的，能量转换的损耗少，而垃圾发电厂则需锅炉燃烧生成蒸气，推动汽轮机发电等多级能量转换，能量损失大；水泥窑的热效率比垃圾发电的热效率高，水泥窑对废弃物中全部热能的有效利用率可达40%～70%，而垃圾发电仅为20%左右。

2　我国水泥窑协同处置可燃废弃物（生活垃圾）工程实践现状及与国际先进水平的对比

2000年前后，我国水泥窑协同处置可燃废弃物的试验与实践，始于上海万安水泥公司。2009年广东粤堡水泥厂（现属华润）水泥窑协同处置污泥的项目在2 000t/d级窑上投产，至今已扩展兼烧危废。本世纪初海螺水泥集团就“水泥窑焚烧生活垃圾”项目购买了日本川崎公司的KK（Kawashaki Kiln，气化炉）系统的制造许可权和专利权。2010年我国第一套水泥窑焚烧垃圾的KK系统在海螺铜陵水泥厂的5 000t/d级窑上成功投产，并加冠海螺（Conch）之名，KK系统更名为CKK系统。至今已有约20套CKK系统投产，还有多套系统在建。自2012年开始，华新水泥集团协同处置长江三峡漂浮物、污泥和垃圾的几个项目也陆续投产，至今华新已拥有约12条协同处置生产线，另有多条生产线在建。2013年中材南京院在溧阳水泥厂成功研发了水泥窑焚烧垃圾生产线，至今约8条生产线已投产，在建的也有多条。2015年华润与丹麦史密斯公司、北京蓝天众成环保公司合作研发的“机械生物预处理+热盘炉（MBH）系统”的水泥窑协同处置垃圾项目，在广西红水河水泥厂成功投产，另有三套MBH系统在2017年底投产。

除了上述海螺（CKK）、华新（多点协同）、金隅（分质处理）、中材（溧阳）、华润（MBH）这五家水泥企业外，还有一些其他的水泥企业，据不完全统计，2017年6月我国已投产的水泥窑协同处置垃圾的生产线约43条（在建的约20条）。2016年对全国熟料煤耗的替代率约1．8%，与美国的13%、日本的22%、德国的68%、挪威的90%相比，有比较大的差距。其主要原因是，发达国家水泥窑协同处置可燃废弃物的种类很广，各种高中低热值的废弃物比例较均衡，而我国的废弃物则集中于最难处置的热值很低的生活垃圾和污泥等。

3　全面、准确推介水泥窑协同处置废弃物

有些水泥集团欲突出水泥行业利废和环保功能，因而在向政府部门和社会公众推介水泥窑焚烧垃圾的成效方面失之偏颇，易产生一些负面影响。

首先，对水泥窑焚烧垃圾的推介不要“报喜不报忧”。固然水泥窑焚烧垃圾，尤其是焚烧原生垃圾对我国利废和环保方面的贡献很大，但现在却难以获得经济效益，对此我们在推介时不应避而不谈。

其次，对所谓的“喜”应表述准确清晰。例如水泥窑焚烧垃圾后余热发电量稍有增加，但是它与熟料单位热耗和单位电耗的增加，以及熟料减产的损失相比极其微小，完全可以忽略。然而我们有些水泥企业在向外界推介时过分强调余热发电量增加这一点，使人容易产生“水泥窑焚烧垃圾既节省了煤，还能多发电”的错觉。甚至把水泥窑原本就有的余热发电的效益，全部算在焚烧垃圾的功劳簿上，变成了“水泥窑烧垃圾一年节省10 000多吨煤（600～800万元），发电5000万千瓦时（2 000～3 000万元）。

所以，对于水泥窑协同处置垃圾的工程实践，水泥行业应该有一个统一的科学的全面准确的表述，以利于水泥窑协同处置可燃废弃物事业的发展。

4　我国已形成完整的水泥窑协同处置技术标准及安全的处置技术手段

自1998年开始向政府呼吁关注水泥窑协同处置垃圾的项目至今已近20年了，起步时困难重重，但在一些有识之士和大型水泥集团的坚持努力下，终于逐渐打开了局面。2014年国家开始推行水泥窑协同处置城市垃圾项目（发改环资[2014]884号文），工信部、住建部、发改委、科技部、财政部、环保部六部委联合开展对该项目的试点及评估工作，能取得今天这样的成绩实属不易。

（1）2010年至今，我国水泥窑累计协同处置生活垃圾、污泥和危废约5 000万吨，各种污染物的排放均达到有关国家标准的要求，第三方的环境指标检测数据和挪威科学院SINTEF报告结论一致，没有出现过超标情况，足以确保环境安全。我国已经实施的有关国家标准共有14项：

·GB 50634-2014《水泥窑协同处置固体废物设计规范》

·GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染物控制标准》

·GB 662-2013《水泥窑协同处置垃圾工程设计规范》

·GB 50594《水泥窑协同处置垃圾工程设计规范》

·GB 30760《水泥窑协同处置固体废物技术规范》

·GB 50757-2012《水泥窑协同处置污泥工程设计规范》

·GB 18599《一般工业固体废物贮存场所污染控制标准》

·GB 18597《危险废物贮存污染控制标准》

·GB 14554-93《恶臭污染物排放标准》

·GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》

·GB 50558-2010《水泥工厂环境保护设计规范》

·GB 50295《水泥工厂设计规范》

·GB 8978《污水综合排放标准》

·GB 18484-2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》（当垃圾入水泥窑数量超过物料总质量30%时执行此标准）

以上规范和标准覆盖了水泥窑协同处置固体废弃物有关环境安全、排放标准、设计技术规范等各个方面，内容齐全完善，技术水平较高，指导性强，有利于实施和监管。

（2）2010年至今我国焚烧垃圾的水泥窑累计生产熟料约1亿多吨，生产水泥约2亿吨，符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥标准》的各项规定，同时对水泥质量和性能没有任何不利影响，在实际使用中从未发生过质量问题。

（3）为了确保正常生产，水泥窑协同处置垃圾时大都配有旁路放风系统，但因采取了“放风排氯不排灰”技术，加之绝大多数放风都是间歇操作，所以旁路窑灰量只有熟料产量的0．5%。如果将来我国有250台水泥窑兼烧各种废弃物（含垃圾），每年产生的旁路窑灰也只有150～200万吨（目前约为40万吨），所有的旁路窑灰，水泥厂均可全部自行消纳干净，不会外排。旁路放风中的二英含量一般介于0．032～0．065ng-TEQ/m3（标）之间。旁路放风的设计和污染物控制已完全符合GB 50295和GB 30485的标准，其技术已达到较高水平。

（4）2017年3月，工信部等六部委在一次全国废弃物处置研讨会议上，对我国水泥窑协同处置废弃物的总体评估是：“总体来看，我国水泥窑协同处置废弃物，在技术、装备、标准、污染控制水平等方面已基本成熟和完善，具备推广应用条件。如何通过有效的激励政策，建立起长效运行机制，相关部门协同推进的管理协调机制有待健全完善”。该评估肯定了水泥窑协同处置废弃物的工作。

（5）从全社会资源的科学高效配置和水泥行业协同处置可燃废弃物的经济效益等多方面考量，根据欧盟的经验，水泥窑协同处置生活垃圾数量约占垃圾总量的10%左右为宜，垃圾发电是消纳生活垃圾的最主要技术途径。

5　水泥窑协同处置的政策建议

众所周知，我国“垃圾围城”的情况十分严峻，每年近两亿吨垃圾不能及时无害化处置，还有大量的陈化垃圾，逐年累月地不断积累，占用大量土地，污染环境，危害和隐患很大。水泥行业有独特的利废优势，应主动分担无害化处置垃圾的任务，为我国环境保护事业贡献一份力量。

然而，按照市场经济原则，水泥窑焚烧垃圾仅凭企业家的环保意识是难以持续的，国家应对水泥窑协同处置垃圾予以适当政策支持。按当前全国平均值估算，每处置一吨原生垃圾补贴60～70元，大致可以使水泥企业的盈亏基本持平。今后随着水泥行业垃圾处置技术的提高，处置成本的下降，还可以相应调低。政策支持的方式可以是多样的，例如减免税收、融资优惠等。但是希望同时出台相应的可操作的配套措施，以利真正落实到位。

另外，我们建议政府对全国的垃圾市场供给侧进行必要的改革。近十多年来，因为垃圾处理行业的兴起，垃圾的“含金量”随之抬升，甚至出现一面垃圾“缺货”，待价而沽，另一面垃圾却在违法倾倒的怪象，垃圾市场滋生了某些不良倾向，应与时俱进进行革新。

6　今后的发展目标

我国水泥窑协同处置可燃废弃物用作替代燃料项目，今后的发展方向主要是开拓处置各种废弃物的品种和范围。如今我国已利用的城市垃圾、市政污泥和危废均属低热值废物，对水泥企业而言，处置这类废物其环保效益、社会效益远远大于经济效益。例如，2016年我国近76台水泥窑协同处理原生垃圾约300多万吨，处理污泥和危废等约360万吨，但其用作替代燃料对全国水泥熟料生产总热耗的贡献率（即对熟料煤耗的替代率）仅为1．8%，距我国2020年协同处置的水泥窑达到10%～15%（约200台）、对熟料煤耗的替代率达20%以上的目标相差很大。所以我们必须努力开拓对高热值废弃物的利用，例如废轮胎、石油焦、油田污染土、废机油、废油墨等。

10年前人们普遍认为水泥窑焚烧轮胎太浪费，发达国家可以，在我国则行不通。然而，据统计，2015年全国废轮胎为3．5亿条，重1 360万吨，除了一部分翻新和用于蔬菜大棚作取暖燃料等以外，约有50%的废轮胎乱堆乱放。2016年全国机动车使用量已超过2亿辆，2017年上半年机动车新增5 000万辆，我们应早做准备。废轮胎对水泥窑的热量贡献比煤还要高，1吨废轮胎相当于1．14t标煤，是原生垃圾的10～12倍，其他的油田污染土和废机油等亦然，大致可达5～6倍，而且它们的前处理工序比垃圾简单得多，成本低。对水泥企业来说，利用高热值废弃物作为替代燃料，在发挥基本相同的环保效益和社会效益的情况下，可以较显著地提升其经济效益。

另一项需要认真改进的工作是，水泥企业对其兼烧废弃物工程项目的投资与运行成本和污染物排放等信息应该透明，应定期向全社会公布。反思外界之所以对水泥窑焚烧垃圾有诸多非议和微辞，其中固然有我国水泥行业历史上公众口碑不佳的因素，但如今仍然信息不透明，不准确，不统一，往往容易使人们缺乏信任感，这是一个更主要的因素。希望水泥窑协同处置生活垃圾产业联盟做好这方面的组织协调工作，定期向社会公众提交有实质内容的年度环境报告和社会责任报告，接受公众监督。

总之，水泥窑协同处置可燃废弃物用作替代燃料，实现熟料生产的化石燃料“零消耗”是我们的目标，如今德国已经达到了68%，虽然我国差距还很大，但是我们已成功研发了海螺（CKK）、华新（多点协同）、金隅（分质处理）、中材（溧阳）、华润（MBH）五种形式协同处置生活垃圾的成熟可靠的示范性技术与配套装备的43条生产线和协同处置污泥、危废等33条生产线，加上水泥生产已有的各种技术装备，在技术装备和环保等方面，我国已具备处置不同形态（絮状、粒状、块状、浆状……）和不同性能（干湿、软硬、粘结、缠绕、磨蚀、腐蚀、危险……）的各种各样可燃废弃物的能力，拥有坚实的物质和人力资源基础，有望在不久的将来基本实现目标。

参考文献：

[1]高长明．“四零一负”论水泥工业可持续发展战略[J]．水泥技术，1997，（1）：1-6．

[2]高长明．水泥工业“四零一负”理念的前世今生与未来——回眸“四零一负”提出20年[J]．新世纪水泥导报，2016，（4）：1-6．

[3]高长明．水泥窑协同处置垃圾热点释疑[N]．中国建材报，2014-12-05（3）．

[4]高长明．水泥窑协同处置垃圾问题再释疑[J]．水泥，2015，（6）：6-8．

[5]高长明．水泥窑协同处置城市垃圾与垃圾发电16年发展历程回顾[N]．中国建材报，2014-07-07．

[6]高长明．再论水泥窑协同焚烧废弃物的环境安全问题[J]．中国水泥，2010，（2）：13-14．

[8]Ernst-Micheal Sipple．The ReduDust process=production of salt in the cement plant[J]．ZKG,2015,(11)：28-34．

[9]BHS SONTHOFEN GMBH．Treatment of bypass dust in cement manufacturing[J]．ZKG,2015,(3)：26-29．

[10]高长明．水泥混凝土工业是全社会循环经济的重要成员[N]．中国建材报，2017-06-14（3）．■

中材（天津）粉体技术装备有限公司入选全国制造业单项冠军示范企业

2017年12月18日，工业和信息化部、中国工业经济联合会公布了第二批制造业单项冠军示范企业名单。全国仅有71家来自各个行业的领军企业入选示范企业名单。中材（天津）粉体技术装备有限公司作为立式辊磨机产品的“单项冠军”成功入选示范企业。

中材（天津）粉体公司拥有一套完整的研发体系和一支一流的研发队伍，产品开发涵盖基础理论、试验验证、工程验证和设计定型，采用模块化和标准化进行设计，设计手段上采用全三维设计和有限元、流体模拟等进行优化。公司成立至今累计投入研发经费超过2亿元，拥有世界独创的试验粉磨系统，先后建立了5套试验立式辊磨系统，能完整模拟不同物料的真实粉磨工况，试验数据用于指导设计研发和设备选型，效果非常明显。

2014～2016年中材（天津）粉体公司获得专利授权23项，其中发明专利5项，实用新型专利17项，完成成果转化17项。2017年“钢渣辊磨系统技术装备的研制”顺利通过中国建筑材料联合会的鉴定，解决了以前钢渣难磨、能耗高的问题。与中材国际研究总院联合研发的新型高效动静结合N-U选粉机，比传统O-sepa选粉机选粉效率提高10%～15%，用于既有立式辊磨选粉机的改造，经济效益明显。TRM牌立式辊磨通过了国际CE认证和ATEX认证，是中国建材机械行业名牌产品、国家重点新产品、天津市名牌产品和天津市高新技术产品。

经过数年的发展，中材（天津）粉体公司立式辊磨已经成功替代了进口设备，设计供货的单台辊磨已经可以满足10 000t/d规模的生产线；在矿渣粉磨领域，能满足年产30～180万吨规模的生产线；在矿业、固废处理、冶金、电力、化工、陶瓷等行业，已经逐步替代原来能耗高、噪音大、效率低的粉磨设备。中材（天津）粉体公司立式辊磨的合作伙伴遍布全球，先后同法国拉法基集团（Lafarge Holcim）、德国海德堡集团（Heidelberg）、华润水泥、金隅水泥等国内外知名企业合作，产品远销东南亚、欧洲、非洲、南美洲等二十多个国家和地区。