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[獨家]高長明:中國水泥工業綠色發展的途徑

2021/03/16 來源:中國圓通香港信息中心 手機看文章 閲讀量:4,530

高長明提出“四零一負”可持續發展戰略理念至今已有25年了,在其實踐過程中,隨着科技創新和技術進步不斷的發展,中國水泥工業正沿着綠色發展的途徑實現了巨大的進步。......

編者按:近年來,隨着我國生態文明建設步伐的加快,水泥行業從協同處置、超低排放、節能減排、低碳等多方面展開綠色升級,如今正在一步一步蜕變成符合新時代綠色高質量發展要求的現代工業。關於中國水泥工業綠色發展的途徑,中國圓通香港高級顧問高長明於25年前提出了“四零一負”。如今,中國水泥行業已有一批水泥企業不遺餘力地探索着、推動着水泥工業的綠色可持續發展,中國水泥行業綠色發展途徑正日益明顯。

ICR編者按:史密斯(中國)公司高級顧問高長明提出“四零一負”可持續發展戰略理念至今已有25年了,在其實踐過程中,隨着科技創新和技術進步不斷的發展,中國水泥工業正沿着綠色發展的途徑實現了巨大的進步。

在1997年第一期的中國《水泥技術》(1997年1月)雜誌上,作者發表了“論水泥工業可持續發展戰略”的文章,提出了“四零一負”的理念,其內容為:

四零

1.在水泥生產中實現對環境的零污染

2.降低熟料單位電耗,採用餘熱發電,實現熟料生產對外界電能的零消耗

3.自身消納水泥廠的全部廢料,實現水泥生產對廢水、廢渣、廢料的零排放

4.水泥窯100%採用替代燃料,實現熟料生產對天然化石燃料的零消耗

一負

1.多用混合材,少用熟料,儘可能地消納各種廢棄物,用作水泥的替代原燃料,為全社會廢棄物的負增長做出一定的貢獻

工業實踐的反應

這一理念剛提出時,在中國毫無任何公開的反應,但私下裏的批評和質疑卻不少。另一方面,可能是出於鼓勵,有少數幾位水泥界的老前輩老專家當時曾表示,這可能是一個發展方向,但對中國水泥工業的現實來説,實在是相去甚遠,為時過早。

上世紀90年代後期,即使是對發達國家,例如歐洲或美國來説,“四零一負”的新事物剛剛初現苗頭,同樣也並未引起國際水泥界的注意,中國水泥工業對此理念的感覺更是微乎其微,因而它的上述反應是完全可以理解的。

進入新世紀

自從1998年開始,作者每年都注意收集全球水泥主要生產國家,特別是發達國家的生產統計數據,分析研究他們在“四零一負”方面的進展情況。隨着科技的發展,以及這一理念的逐步實踐運用,全球各國水泥工業先後呈現了程度不同的成果和效益。雖然這些進展開始時比較遲緩,但在堅持不懈的努力之下,逐漸積累了足夠的起動力,終於在新世紀初期,德國水泥工業率先萌發“四零一負”的活力和韌力。

1997到2020年,世界水泥工業發生了巨大的變化,科技進步獲得顯著的發展。上世紀90年代,水泥工業是粉塵、SO2、NOx等污染物的主要排放源之一,中國水泥工業對環境的污染益發嚴峻。

現今,發達國家以及中國的水泥工業對環境日趨友好,中國現今正在推行的超低排放行動,欲將粉塵排放降低到5—10 mg/Nm3 , SO2 降到30—50 mg/Nm3, NOx 降到100—200mg/Nm3 ,甚至更低。這樣的排污濃度使得環境可以發揮自淨的消納功能,從而達到水泥工業對環境零污染的目標。

已獲得的成效

實際上,從上世紀90年代開始,首先在德國和美國,人們已經自覺或不自覺的陸續展現了許多與“四零一負”理念相關的思維火花和實踐苗頭。經歷了30年堅持不懈的擴展,以及生產實踐的不斷推廣應用和科技創新的努力。時至今日,許多國家已經不同程度的有所收穫,贏得了實施“四零一負”的大部分碩果,總體目標的完成度已超過一半,具體數字如表1所列。

注:*因其餘熱發電成本與外購電相比不太經濟,故這項技術未能推廣應用。但不排除或有對其不夠重視的因素.

四零的焦點

水泥工業過去曾經是一個能耗較高的行業,現今在中國和日本水泥窯餘熱發電技術應用較廣泛,噸熟料發電量已達到36 kWh/t.cl左右,大致可回收熟料生產電耗(55——60 kWh/t.cl)的40%,或者是水泥電耗(90——100 kWh/t.c)的三分之一。這樣,水泥的單位電耗在重化工產品中可能就是最低的了。

水泥廠廢水、廢渣、廢料的零排放目標是比較容易實現的,在歐美該目標於世紀之交之前已經完成,中國現今也已基本達到了。

化石燃料的零消耗,不同國家之間的差別很大,德國和北歐諸國的替代燃料熱量替代率TSR最高,已近70%,日本、西歐、美國、加拿大和澳洲等位居第二,中國在本文所涉及的國家中屬於最差的,TSR僅6%——7 %。

一負的使命

為了改進提高混合材的綜合利用,許多發達國家在降低熟料係數,推廣應用32.5複合水泥(CEM II/C和CEM VI)等方面不斷地進行了深入的研發和創新。

水泥工業在廢棄物利用和全社會循環經濟的發展方面日益發揮着重要的樞紐作用,在這方面,德國和日本處於領先地位,中國過去的表現也不遜色。但是近年來,因受取消PO和PC 32.5水泥的影響,其負面效果將會顯現。雖然這個取消意見已經水泥標準專業同意上報,尚在國家最終待批之中,因為反對取消的意見始終堅持申訴,國家對此正在慎審,或許將會採取相應的措施,設法儘量減少其負面影響。

預期“四零一負“目標完成的時間表

作者預測德國和北歐諸國可能在2030年率先基本完成“四零一負“目標。歐洲水泥工業將在2040年完成。在充分貫徹改革開放政策的驅動下,中國水泥工業有望在2040到2050之間基本完成,從而整體上趕上德國的水平。

中國水泥工業可持續發展歷程

如前所述,上世紀80——90年代之間,作者深入細微地觀察、分析、提煉、歸納了當時發生在歐美水泥行業中的各種新思維新技術的思維火花和實踐苗頭,提出了“四零一負”理念。這一理念的確脱離當時中國的實際情況很遠。那時中國的水泥年產量為6.2億噸,而且其中立窯水泥佔80%以上,預分解窯(PC)水泥為12%,還是早期的產能300——700t/d的小型PC窯。

1990年前後,中國水泥工業與歐美日等發達國家之間的差距很大,國家管理部門和整個水泥行業對“四零一負”理念很不理解,也很不能接受。有的甚至認為這猶如天方夜譚。只有少數人認為這可能是一個長遠的發展方向,但因其提出的太早,太不現實,故將其先擱置一段時間也無妨。

的確,這些都是事實,完全正確。那時中國的工業化程度、綜合供應鏈和材料品種性能的水平,以及科技發展水平等各方面的基礎條件都很差,有待大幅提升。水泥工業的現代化正在艱難緩慢的推進之中,哪有精力和實力來顧及“四零一負”,事實上也沒有這樣的客觀需求,當然也就只能先把它擱置起來,以後再説了。所以在2000年前後的10來年之間,除了餘熱發電和多用混合材方面,“四零一負”在中國幾乎是毫無進展,這也是正常的。然而, 國際上的情況恰與我國的相反, 在此期間德國率先將“四零一負”推進到了一個開始蓬勃發展的新階段。

中國曆來是一個電價較貴、煤價較便宜的國家,2000年電價為0.68元每度,5500大卡/公斤的煤價為240元每噸。因此水泥廠採用餘熱發電,如果噸熟料發電量能夠達到20度就可以有所盈利。經過30多年的不斷改進,現今餘熱發電最好的已可達到40度每噸熟料。當然其電煤的價格比有所下降,但餘熱發電仍是有利可圖的。

現今中國的電價是0.6元每度,煤價是420元每噸。PC窯熟料產量佔全國總量近99%,80%的水泥窯採用了餘熱發電,全國水泥行業餘熱發電裝機總量達到7472MW。每年的發電量483億度,平均噸熟料餘熱發電33度,扣除電站自用電8——10%以後,其淨髮電量約為30度每噸熟料。再因餘熱發電應用率打個八折,得到噸熟料電量為24度,相當於熟料電耗60度每噸的40%,這表明在中國餘熱發電還有潛力可挖。我們預計在中國餘熱發電到2030年可回收熟料電耗的60%(36 kWh/t.cl.以上),2040年可達到80%(50 kWh/t.cl.),如果再考慮到今後熟料單位電耗降低的因素, 以及ORC或Kalina循環技術得以成功廣泛應用的話,效益將會更好。

水泥窯協同處置市政污泥、危廢和城市生活垃圾等,在中國始於2005年,當時其預處理技術裝備還不太成熟,而且中央政府對水泥窯燒垃圾也沒有任何優惠政策,不像垃圾發電廠那樣可以獲得不少補貼資助,致使水泥廠燒垃圾往往陷於虧本境地。

好在有一些具有遠見的大型水泥企業,例如海螺、華潤、金隅、華新等,即使虧損,仍然堅持進行生產規模的燒廢棄物,通過多年的不斷改進使得水泥窯燒廢棄物終於成為一項安全可靠實用的技術。

大量的生產實踐充分證明,水泥窯協同處置廢棄物對環境是安全的,不會影響其附近居民的生活,二噁英排放和熟料中重金屬的滲析都極低。垃圾的除臭和其滲透液的淨化等技術裝備問題均已妥善解決。整個協同處置在環境安全、技術可靠和生產穩定等方面均屬上乘,對熟料和水泥的性能毫無不利影響,而且其對垃圾中熱能的利用率比垃圾發電廠的高一倍以上。直到2018年這些事實終於促使政府認可了水泥窯協同處置廢棄物的優越功能,並逐漸出台了若干扶持政策。

經歷了10餘年堅持不懈的努力和發展,現今中國協同處置廢棄物的水泥窯已達180台,佔窯總數的10%。每年消納廢棄物有:

生活垃圾2400萬噸,佔全國總量約11.5%

市政污泥700萬噸,佔全國總量約3.5%

危廢560萬噸,佔全國總量約7.5%

所有上述廢棄物,用作水泥窯替代燃料,連同其他各種可燃廢棄物一起,合計相當於540萬噸標煤以上。

這些成功的實例幾乎全部來自海螺、華潤、金隅、華新等集團,是他們在過去多年忍受虧損的情況下堅持研發應用了水泥窯協同處置廢棄物的生產系統所換來的碩果。今後在大規模推廣應用這項技術的行動中,他們仍將會發揮模範帶頭作用。

現今,水泥窯協同處置廢棄物的全套技術裝備均已十分成熟可靠,加之政府陸續有些扶持政策相繼出台,引導了該項技術的廣泛推廣,水泥廠也可因此由虧損而轉為略有盈利。今後的目標是擴大利用各種可燃廢棄物的種類(廢油、廢溶劑等),特別是生物質的廢棄物。

目前,國家初步計劃的大致目標是,到2030年TSR達20%以上,2040年為50%以上,2050年達80%——100%,屆時將達到世界先進水平。

中國實施“四零一負“的先驅

2019年海螺集團採用餘熱發電的水泥窯已達其總數90%,發電裝機容量1740MW,佔全國水泥餘熱發電裝機總量的23%,海螺有50%的水泥窯均採用了CKK氣化爐系統協同處置廢棄物技術(包括已投產和在建的)。

海螺2019年90多台水泥窯平均的污染物排放,粉塵為9.12 mg/Nm3,SO2為14.87mg/Nm3, NOx 為234.9 mg/Nm3。2017年一個年產99.9%工業級和99.99%食品級合計5萬噸二氧化碳的碳捕集項目已投產,另一個年產3000噸乾冰的項目於2020年3月投產,這是中國水泥工業實踐CCS/U的先河。

到2022年海螺將協同處置廢棄物(主要是垃圾)達1062萬噸,危廢443萬噸。

自2015年華潤在中國首先選用丹麥史密斯熱盤爐Hotdisc協同處置垃圾成功投產以來,華潤至今已選用了熱盤爐15台(含在建的),諸多後續的項目仍在繼續進行或準備之中。

走在正確的軌道上

中國水泥行業有一批水泥集團,例如海螺、華潤、金隅、華新等在推進“四零一負“可持續發展理念方面,一直髮揮着示範帶頭作用。近年來全行業在國內外產量、質量、效益和人員素質等各方面的全面提升更預示着中國水泥工業的前景光明可期。一些私營企業,例如紅獅、上峯、金圓、尖峯等集團在開展可持續發展工作方面也均獲良好的成效,形勢喜人。中國水泥工業已經走上一條低碳綠色發展的大道,正在繼續奮進!

(原載英國《國際水泥評論》International Cement Review (ICR) 雜誌2021年3月刊第19至21頁,本文少許幾處闡述英譯中時稍有增補。)


力爭在2030年前碳排放達峯、努力爭取2060年前實現碳中和”的目標,為我國實現綠色低碳發展指明方向。水泥行業作為碳排放大户,在碳達峯、碳中和背景下面臨哪些的機遇和挑戰,又將如何去做?為此,2021年4月20-21日,中國圓通香港將在杭州舉辦 以“同使命·謀創新·共發展”為主題的“2021中國水泥產業峯會暨T0P100頒獎典禮 ,誠邀業內人士前來共同深度探討當前水泥及相關行業發展態勢。

(責任編輯:梁愛光)

凡註明來源圓通香港的文字、圖片、音視頻稿件,未經授權,不得轉載,違者將依法追究責任。(轉載説明

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