簡(jiǎn)介

  熟料和水泥的制造——像其它工業(yè)活動(dòng)一樣—— 是一種資源和能源密集過(guò)程。因而，將主要資源由合適的替代物質(zhì)（燃料和原料）替換是一項(xiàng)與水泥生產(chǎn)日益相關(guān)的工作。增加替代原料的使用受生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)，以滿(mǎn)足相關(guān)環(huán)境和技術(shù)要求的持續(xù)發(fā)展。本文中，歐洲廢棄物框架指南（2008/98/EC）和工業(yè)排放指南（2010/75/EU）發(fā)揮了決定性作用。而且，本文注意到最近出版的關(guān)于最佳可獲得技術(shù)（BAT，決定2013/163/EU）法定的有約束力的結(jié)論。作為一項(xiàng)用于水泥工業(yè)的BAT程序，這份文件清清晰列舉了合適的替代物料的使用。

  作為混凝土中基本的成分，水泥在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。水泥熟料煅燒是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要步驟，水泥制造是一個(gè)能源和資源緊密型過(guò)程。然而，由于熟料煅燒的特殊性，這個(gè)過(guò)程為環(huán)境受益型的廢棄物變能源和物質(zhì)循環(huán)應(yīng)用提供了絕好的機(jī)會(huì)，同時(shí)也能夠提供顯著的能源和資源節(jié)約。

  廢棄物處理具決定性的主要特征摘要如下：

  *回轉(zhuǎn)窯（主煅燒系統(tǒng)）中氣體溫度最高2000℃。

  *回轉(zhuǎn)窯中1200℃以上溫度氣體停留時(shí)間約8s。

  *回轉(zhuǎn)窯中為氧化氣氛。

  *二次煅燒850℃以上溫度氣體有超過(guò)足夠2s的停留時(shí)間。

  *由于高溫二惡英和呋喃完全破壞

  *氣態(tài)組分例如HF，HCl，SO₂被堿性反應(yīng)物吸附。

  *重金屬顆粒物留存量大

  *全程無(wú)二惡英和呋喃（PCDD/F）合成

  *充分利用燃料灰作為熟料組分同時(shí)實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)和能源回收（協(xié)同加工）

  圖1  歐洲水泥工業(yè)中替代物質(zhì)用作熱能。（來(lái)源：CEMBUREAU ）

  圖2  不同物質(zhì)的替代率

  廢棄物作為替代燃料使用

  用于歐洲水泥工業(yè)的主要化石燃料仍然是石油焦。然而，到2009年底歐洲水泥工業(yè)全部熱能需求的約28%使用了合適的替代物質(zhì)（圖1）。圖2表示歐洲整個(gè)的替代率中不同物質(zhì)的相對(duì)替代率。

  一些成員國(guó)已經(jīng)達(dá)到超過(guò)60%的替代率。歐洲水泥工業(yè)當(dāng)前的形勢(shì)已經(jīng)達(dá)到每年替代了約660萬(wàn)噸煤。通過(guò)這些，不可再生資源的開(kāi)采需求已經(jīng)減少。

  考慮到歐洲大量的廢棄物仍然被填埋的事實(shí)，可以預(yù)見(jiàn)到特別是工業(yè)與市政垃圾混合部分將作為增加歐洲水泥工業(yè)整個(gè)替代率的潛在資源。然而，這些物質(zhì)在水泥窯中用著替代燃料之前，通常必須經(jīng)過(guò)加工和預(yù)處理。未加工的混合市政廢棄物不適合用著熟料生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)。

  法律要求

  歐洲利用廢棄物作為燃料的水泥窯需遵守歐洲關(guān)于工業(yè)排放的指南（2010/75/EU）。這項(xiàng)指南于2010年12月17日在歐盟（EU）的正式刊物上發(fā)表。到2013年1月7日前歐盟所有成員國(guó)必須納入到相關(guān)的國(guó)內(nèi)法中。

  除了關(guān)于環(huán)境安全和工業(yè)設(shè)施的正常運(yùn)行，工業(yè)排放指南（IED）的附件1涵蓋了確定的廢棄物焚燒爐的要求以及所謂協(xié)調(diào)焚燒工廠(chǎng)（即工業(yè)設(shè)施例如水泥窯使用廢棄物燃料）。這樣做，IED和諧了歐洲廢棄物焚燒的立法。協(xié)同焚燒工廠(chǎng)與焚燒爐一樣必須參照同樣的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

  IED的主要理念和它的附件VI是根據(jù)規(guī)定的控制和相關(guān)工業(yè)設(shè)施（焚燒和協(xié)同焚燒工廠(chǎng)）排放監(jiān)測(cè)。表1比較了熟料水泥窯協(xié)同焚燒廢棄物的排放限值與焚燒指南（WID，2000/76 /EC），該指南已經(jīng)被工業(yè)排放指南（IED）所取代。前者WID的要求與新的IED的主要差別是強(qiáng)化了NO_x的排放限值。這樣做，IED考慮了水泥工業(yè)有關(guān)BAT評(píng)估的參考文件的結(jié)果。根據(jù)這些文件，BAT關(guān)聯(lián)的排放水平（BAT-AEL）預(yù)熱器/預(yù)分解爐窯在<200和500mg/m³（日平均）之間。二惡英和呋喃，所有重金屬和氯化物以及氟化物的排放限值也是從當(dāng)前的BAT參考文件衍生而來(lái)。對(duì)于所有這些成分協(xié)同焚燒的設(shè)施必須滿(mǎn)足同樣嚴(yán)格的排放限值與專(zhuān)門(mén)的廢棄物焚化爐一樣。根據(jù)高水平的環(huán)境保護(hù)需求，IED也確定了歐洲廢棄物政策中協(xié)同焚燒的重要作用。

  表1  前WID與IED排放限值的比較

  那些實(shí)際的焚燒過(guò)程不產(chǎn)生TOC和SO₂的項(xiàng)目，其揮發(fā)性有機(jī)物成分（TOC）和硫（SO₂）的選擇性豁免只能由勝任的當(dāng)局授權(quán)。通常這對(duì)熟料窯運(yùn)行是一項(xiàng)必要的先決條件。因?yàn)樗鼈兲峁┝说V物轉(zhuǎn)換，原材料中揮發(fā)性成分的存在可能導(dǎo)致較高的TOC和SO₂排放濃度，雖然這種燃燒條件能夠保證燃料的完全燃燼。

  協(xié)同處置的理念和歐洲廢棄物分類(lèi)制度

  關(guān)于水泥工業(yè)中使用替代燃物質(zhì)的更重要的法律文件是歐洲關(guān)于廢棄物的指南（廢棄物框架指南，2008/98/EC）。指南的第四章列出了廢棄物分類(lèi)制度的五個(gè)步驟，必須應(yīng)用的優(yōu)先順序如下：

  *預(yù)防

  *重新利用的準(zhǔn)備

  *循環(huán)

  *其它回收，如能量回收

  *清理

  原則上，這種廢棄物分類(lèi)制度在廢棄物立法和政策中必須作為所有成分和最佳的環(huán)境選項(xiàng)的優(yōu)先順序。同時(shí)，正是對(duì)成員國(guó)采取強(qiáng)制措施鼓勵(lì)了選擇提供最佳的環(huán)境成果。違反分類(lèi)制度順序的理由可能是正當(dāng)?shù)模纾杭夹g(shù)可行性，財(cái)務(wù)生存能力和通常的環(huán)境保護(hù)。

  熟料煅燒過(guò)程中使用替代物質(zhì)提供了 將完全吸納物質(zhì)的物質(zhì)回收與能源關(guān)聯(lián)的唯一機(jī)會(huì)。為了分辨熟料煅燒過(guò)程的這些特性與正常鍋爐中協(xié)同焚燒的區(qū)別，水泥工業(yè)開(kāi)發(fā)了協(xié)同處置的理念。這些特別條款的目標(biāo)在于描述廢棄物作為原料的關(guān)聯(lián)使用以及作為能源之一取代天然資源（物料循環(huán)）和一次化石燃料（能源回收）在熟料煅燒過(guò)程中。根據(jù)這個(gè)理念，調(diào)整水泥工業(yè)的觀(guān)點(diǎn) 將協(xié)同處置推進(jìn)到一個(gè)較高的階段比古典的產(chǎn)生爐渣、飛灰或其它廢物成分的協(xié)同焚燒（圖3）。

  圖3  協(xié)同處置在廢棄物分類(lèi)中的作用

  作為BAT-程序的協(xié)同處置

  作為一種幾乎無(wú)廢棄物的工業(yè)過(guò)程，熟料煅燒非常適合應(yīng)用協(xié)同處置的理念。如此一來(lái)，天然資源減少，全部的污染最小以及附帶提供了優(yōu)化廢棄物后處理效果避免了必要的填埋。因此，協(xié)同處置是完全與主體事務(wù)相關(guān)聯(lián)，在歐洲廢棄物框架指南的范圍內(nèi)：它保存了自然資源，減少了排放，在生產(chǎn)中使用了吸納物以及回收了超過(guò)80%的燃料能源。

  這些深刻的參數(shù)表明歐洲水泥工業(yè)對(duì)替代資源進(jìn)行現(xiàn)代化和有效回收貢獻(xiàn)的潛力。然而，水泥公司只有使用選定的替代燃料，因?yàn)檫@些物質(zhì)必須適合工藝和最終產(chǎn)品從技術(shù)和環(huán)境的觀(guān)點(diǎn)。仔細(xì)選擇-如果必要-替代物質(zhì)的預(yù)處理保證廢棄物的協(xié)同處置不會(huì)導(dǎo)致廢對(duì)環(huán)境的有害排放。這也受IED中設(shè)定的嚴(yán)格的排放限值所保護(hù)。除了這些嚴(yán)格的法律要求，質(zhì)量控制方案的就地補(bǔ)充尤其是為了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中示蹤元素的吸納。通過(guò)這樣，不合適的物質(zhì)可以阻止進(jìn)入熟料煅燒過(guò)程。

  根據(jù)這些積極的影響，熟料煅燒過(guò)程中的替代燃料的協(xié)同處置已經(jīng)考慮成為BAT用于歐洲的水泥工業(yè)。這清楚表明歐洲委員會(huì)最近出版的（決定2013/163/EU）BAT結(jié)論的法律約束。

  這項(xiàng)積極的評(píng)價(jià)鼓勵(lì)歐洲水泥工業(yè)持續(xù)努力進(jìn)一步增加合適的替代燃料的份額。因此，所有其它的優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)也能夠提供對(duì)環(huán)境廢棄物管理方面有價(jià)值的貢獻(xiàn)。

  說(shuō)明

  本文根據(jù)2013年五月在斯普利特（Split）召開(kāi)的ECRA論壇“未來(lái)燃料”的陳述內(nèi)容編寫(xiě)。