導語：水泥工業循環經濟論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文分析了水泥工業循環經濟、系統化技術、自動化技術，并加深對循環經濟的認識。

關鍵詞：水泥工業；協同處理；廢棄物（垃圾）重組化；系統化技術

引言

在2005年第4期的《關注循環經濟》一文中，本人對什么是循環經濟、生活垃圾和工業垃圾、節能和冶金、石化行業及系統化技術和自動化技術幾點作了初步的分析，回顧了1972年斯德哥爾摩聯合國第一次人類環境會議、1987年聯合國環境與發展委員會的《我們共同的未來》長篇報告、1992年里約熱內盧聯合國環境與發展大會、2005年2月“京都議定書”（控制全球溫室效應）等國際活動，指出我國把可持續發展觀作為基本國策等，并且對我國近年來的經濟發展，特別是對資源的需求進行了分析，列出中國資源消耗占全球總消耗的比重，指出我們要節約資源、節約能源、實現資源再利用的迫切性；并列舉了中央歷屆首長都提到要發展循環經濟等等。目前循環經濟已列入了“十一五”發展規劃。

循環經濟是一種新的經濟增長方式：以資源的高效利用和循環利用為著力點，逐步遏制環境污染和生態惡化的趨勢，實現全面建設小康社會的目標，具體有3R原則：Reduce（減量，資源消耗減量化）,Resure（再使用，資源再利用），Recycle（再循環，資源再生化），另外還提出了Remanufacture（再制造）和EPR（生產者責任延伸制度、排放者責任）等。

在機械制造業、發電廠、冶金、石化行業實行循環經濟，“一論”中已指出再制造、發電設備大型化、清潔生產等方向，這可以看出要從工藝著手，系統化技術和自動化技術與之配合，才能使循環經濟達到更高水平，才能扭轉高消耗、高污染、低產出的狀況，才能使循環經濟集約化。先進工藝和自動化技術是互相依存的關系，但作為自動化的從業人員，應該樹立為工藝生產服務的思想，我們要學習工藝、了解工藝，正如Astrom所說，掌握生產過程特性等工藝知識越多，則設計的控制系統就越好。本文將結合建材工業中主要材質水泥的生產工藝的發展與循環經濟的關系進行分析。對于自動化的從業人員來說，就算是一種對工藝的學習了解吧！并從而舉一反三，了解循環經濟與許多行業的關系。

1水泥工業與循環經濟

（1）水泥工業的發展現狀

在“一論”中表1“中國的資源消耗占全球總消耗的比重”里指出，這些年發展最快的鋼鐵占全球總消耗的26.7%，而水泥獨占鰲頭，占全球總消耗的48.3%，這是2003年的情況。我國2005年水泥產量為10.64億噸，比2004年增長9.7%，占世界水泥產量50%以上。從1986年起，我國一直是世界第一產水泥大國。我國水泥出口也有較大增長，2005年水泥出口比2004年增長89%，同年水泥熟料出口1078.49萬噸，比2004年增長949.66%。水泥生產結構調整得到突破性進展，2005年建成投產110條新型干法水泥生產線，新增能力為10，137萬噸，累計新型干法水泥生產線615條，其中4000噸以上生產線104條，整個水泥行業結構調整處于最佳機遇期，2005年新型干法水泥總產量的比重為45%。另外就是產業集中度提高，安徽海螺集團已成為第5位世界水泥企業集團，我國10大水泥企業集團的生產集中度由2000年的4.4%提高到2005年的13.3%；裝備水平及裝備制造水平已達到國際先進水平，如日產2000噸新型干法水泥生產技術裝備已全部國產化，日前10，000噸水泥熟料生產線全球7個中我國占4條。所有這些為我國新型干法水泥生產線的建設和設備出口提供了保證，2005年沙特與我國簽訂了6條日產5000噸以上水泥生產線總承包合同，其中兩條是國際最大規模日產10，000噸水泥生產線，總合同金額達13億美元，這也證明我國水泥工業正在實施“走出去”的戰略。

與電力工業一樣，水泥工業也面臨以大型化、新工藝取代小水泥及落后工藝的加快產業升級的局面，日產2000噸（欠發達地區）及4000噸新型干法水泥生產將會較快發展。我國水泥工業與國際先進水平相比，差距仍很大，節能、環保、發展循環經濟都是當務之急。

我國水泥工業經歷了模仿、自主開發研究、創新提升三個階段，除普通水泥外，還研制了8大類6個體系的特種水泥（包括重交通路面水泥）、綠色高性能生態水泥等，而且以節能、環保、高性能、提高勞動生產率為中心，繼續前進。

（2）水泥工業與節能

水泥工業的能耗量約占全國能源產量的7%~8%，又僅就新型干法生產來說，國內一般水平的水泥企業能耗較國際先進水平企業能耗仍有很大差距，約多耗能3成，而國內其它生產工藝則能耗更大，也就是說節能潛力很大，所以我國“十五”中提出的節能十項重點工程中第一項“燃煤工業鍋爐（窯爐）工程”即包括水窯。如以窯外分解窯熱耗折算系數為1，則濕法窯為1.82，中空窯為2.46，機立窯為1.3，普立窯為1.69，由此可知，濕法窯比窯外分解窯多耗能將近1倍，其余類推，所以工藝設備改造是節能的主要方法。

水泥生產的能耗由三部分組成，即生產水泥中所用熟料在其煅燒（燒成）時所消耗的熱能、水泥生產過程所消耗的電能、水泥生產中所用的原料、燃料及礦渣等混合材烘干時需消耗的熱能。水泥節能的途徑，除上面已說到的加快產業結構調整、促進新型干法生產快速發展以外，尚有如下幾點：回收廢熱進行發電、利用各種工業廢渣廢料、以質代量、技術裝備的改進、水泥窯焚燒垃圾等，我們要按照1998年1月1日起實施的“節約能源法”等，特別是“十一五”規劃中節能20%的目標抓緊工作。

關于回收廢熱進行發電，這是一個非?，F實的節能途徑。目前國內即使先進的生產線工藝，仍有大量350℃以下的余熱不能被利用，浪費熱量約占系統總熱量的30%。目前正推廣利用水泥生產中的廢氣作為熱源的純低溫余熱發電（不是補燃型），同時也減少“熱污染”，改善了環境，目前新的國產的干法生產線純低溫余熱發電設備已接近或達到國際水平，而且投資成本降低，一般投資回收期為3~4年，詳見表1（注：500~5000t/d生產規模），天津水泥設計院還自主開發了DCS系統，用于SP余熱鍋爐或AQC余熱鍋爐的控制。

表1新型干法生產線（純低溫余熱發電）主要技術經濟指標比較

名稱國產技術和裝備國外技術和裝備

噸熟料發電量（kw/h）24~2628~38

自用電率（%）

年運行時間（h）7，5007，500

供電成本（元/kwh）約0.5約0.2

單位千瓦投資（元）約7，000約8，000

勞動定員（人）1616

因為節能的各種途徑與循環經濟或環境保護關系很密切，所以將在以下各小節中闡述。

（3）工業廢渣、廢料的利用在“一論”中說到我國每年約有8億噸工業垃圾（或稱工業廢棄物），實際這是2000年的產生量，2004年的產生量已為12噸億，其中綜合利用量為6.8億噸，工業危險廢棄物產生量963萬噸。工業危險廢棄物的處置方法以焚燒為主，但缺口很大。我們知道水泥行業是嚴重的資源依賴型行業，主要原料以天燃原料為主，但對無機固體廢棄物具有很好的消納能力。生產1公斤的水泥制品，大約需要0.75~0.9公斤熟料礦物和0.1~0.25公斤混合材料及其它輔助材料，在磨制水泥過程中已經大量使用礦渣、粉煤灰。生產1公斤熟料，大約需要1.3公斤的石灰石、0.3公斤的黏土質原料、0.15公斤的煤炭，替代原料和替代燃料的工作一直是主要的研究課題。雖然水泥工業自身不能形成主要原材料的循環，但是卻可以消納其它行業形成的廢棄物，這就是所謂的大循環或中循環。廢舊輪胎、廢機油等可燃物質可作為替代燃料，作為替代原料，除去上面所說的礦渣、粉煤灰外，還有高爐廢渣、冶煉尾礦、赤泥、電石渣、鑄造砂等，平均1噸硅酸、鹽水泥可以消納300千克工業廢渣，這樣充分利用其中的硅、鋁、鐵、鈣等有用成分，可配成合格的水泥生料，又可節約原料資源。特別是經過煅燒的廢渣，可以降低熟料燒成熱耗，所以說也節約了能源。為此，水泥窯外，要增加些預處理的設備，特別是作為替代燃料，要對應建設預分解窯或對粉狀、液體廢料設計出相應的燃燒器或噴射裝置、投入裝置。

關于工業廢棄物中重金屬問題將在第5小節中闡述。

（4）在水泥生產過程中的協同處理城市生活垃圾

在“一論”中說到我國每年約有1.4億噸城市生活垃圾，每年增長量約8~10%，實際歷年堆存量有70多億噸，垃圾堆存侵占的工地面積達5億平方米，2/3的大中城市陷入垃圾包圍中。我國處置生活垃圾主要有填埋法、焚燒法、物理化學法三種。目前焚燒法有純焚燒爐和垃圾焚燒發電兩種。焚燒法的缺點是投資大、成本高，另外就是其技術上的缺陷，即只有當垃圾發熱值較高時才合適，另外，就是仍有二惡英和重金屬排放等二次污染的難題。

又污水處理中（包括工業污水處理），全國已形成超過1億噸的年污泥總量，目前污泥處置水平很低。

我國北京水泥廠從90年代以來開始了利用水泥廠回轉窯處理城市生活垃圾的研究和實踐，取得了良好的效果；近年南京水泥工業設計研究院利用新型干法水泥窯系統處置城市垃圾取得可喜成果；

2005年瑞士豪西盟（Holcim）集團與德國技術合作公司制定了“水泥生產過程協同處理廢物指南”，足以證明這是一條保護自然資源、改善環境和實行循環經濟的可行之路。由于認識到焚燒爐對人類環境和健康存在著嚴重的威脅，從1985年起美國就已有超過137座焚燒爐興建計劃被取消，1996年五大湖區52個焚燒爐結束運作，日本于1998年末開始永久或短暫關閉了2000多座工業廢物焚燒爐，到2000年7月，全日本已有4600座垃圾焚燒設施被停止使用；歐洲也相繼頒布“焚燒爐禁建令”后，所以我國對這方面的技術動向應密切關注。

經研究表明，無論二惡英的產生是哪種機理，其產生過程都具有以下特點：HclO2前體物的存在；生成溫度不高，一般情況下在250℃~600℃之間；特定的金屬離子（Cu2+、Fe2+）對其形成過程的催化作用；燃燒過程不完全，有一氧化碳存在；煙氣的含水量較高，燃燒過程產生蒸汽。而一般生活垃圾焚燒過程具備生成二惡英的條件，因此出煙口氣體中的二惡英含量較高。為此，提出“3T+E”控制要求，即燃燒溫度（Temperate）、煙氣停留時間（Time）、攪動現象（Turbulance）、空氣供給量（ExcessAir），另外就是要求在焚燒過程中添加吸收劑或堿性抑制劑，以及從源頭上控制進入的垃圾的氯含量。一般情況下要求溫度大于800℃、煙氣在高溫區停留時間在1~2秒以上，垃圾與空氣充分混合，保證過剩空氣比為1.5~2.0，還要求盡量縮短燃燒煙氣在處理和排放過程中處于250~600℃（尤其是300~400℃）之間的時間，而且對焚燒后的灰渣和焚燒過程中的飛灰要進行二次焚燒或水泥固化，防止灰渣中的二惡英的二次污染。如果說上述是對焚燒爐的工藝要求，還不如說水泥窯爐具有諸多優點，可以做到在水泥生產的同時進行生活垃圾的焚燒，替代傳統的垃圾焚燒爐。

新型干法水泥回轉窯的優越性總結為如下幾點：1、窯內溫度高，物料溫度約1450℃，氣體溫度約1750℃；2、物料和氣體在窯內通過時間長，在大于100℃的通過時間為4秒；3、窯內高溫氣體湍流強烈，可使廢棄物完全燃燒；4、水泥窯全系統在負壓下運行，有毒有害氣體不會漏出；5、水泥窯內的堿性物質可以中和吸收廢棄物中的氯、硫、氟等，變成無毒的化合物；6、焚燒廢物的殘渣最終又進入水泥熟料，對水泥質量并無不良影響，這也防止了二次污染；7、可燃廢棄物可替代部分燃料，可減少水泥工業對燃料的需要量，節約一次能源，同時也可減少CO2等廢氣的排放；8、最后就是水泥窯可以將廢料中的絕大部分重金屬固定在熟料中，避免了重金屬的再次擴散。

當然對垃圾分揀、除鐵、破碎和喂料系統那是必要的，這可以通過技術改造實現，當然也可以單獨建立垃圾處理工廠。

（5）重金屬的滲濾性上兩節末說到的重金屬，一般是指比重大于4

或5的金屬，約45種。鉛、鉻、鎘、汞等均屬于對人體危害較大的重金屬，而砷有時也有人把它列入有害“重金屬”，現實生活中，垃圾中的確有重金存在，具體如表2所示。由于新型干法水泥生產系統如上節所說的處理溫度高、停留時間長，堿性工況、處理量大、不產生強酸性氣體和灰渣等優點，而且被固化的重金屬在水泥產品使用過程中，不會滲濾到環境中，所以，這成了處理含重金屬廢棄物的好方法。當然這些是經過實驗認證的，如法國、德國、我國臺灣和南京水泥工業設計研究院都有研究成果發表，結論是：采用水泥窯爐焚燒和處理城市生活垃圾，不會因為垃圾中所含重金屬而在生產過程和水泥產品的使用中給環境帶來影響。

同時水泥產品國家標準應增加重金屬含量安全指標，這樣才能做到使水泥企業協同處理垃圾的事業名正言順。

表2垃圾灰渣中重金屬量（mg/kg）

類別AsCrCuCoCaHg

L1220.0959110.1

M555380.51133113.5

H9020001.03054003070

注：其中L：重金屬的低限含量

M：重金屬的平均含量

H：重金屬的最大含量

2循環經濟及系統化技術自動化技術的再認識

（1）本文通過水泥工業的節能及協同處理廢棄物進一步加深了對循環經濟的認識。循環經濟作為物質閉環流動型經濟，減量、再利用、再循環的優先排序是：首先是企業內部要考慮減量化，即減少廢物產生量、天然資源的消耗量，然后才是對廢物的再利用、再循環；在產品的使用和報廢上，首先應考慮再利用，減少一次性使用的產品，然后才是再循環。我國不少企業，首先在減量化方面做得很不夠，所以我們討論再利用、再循環時，切莫忽視了減量化，就如低標號水泥的“泛濫”，這不僅是造成工程質量差的問題，還浪費了礦產資源和能源，所以水泥行業提供以質代量的節能途徑。為此從系統結構優化的角度看，循環經濟還需要增加重組化（Reorganize），即4R，我們應追求生態經濟系統最優化，力求生態經濟系統在環境與經濟綜合效益最優化前提下可持續發展。

（2）系統化技術之所以稱為一門技術，是為了強調它不只是科學意義上的系統學而是實實在在可以操作的一門技術，可以解決具體問題。如研究循環經濟的物質流核算（MFA），要從各行業物質流平衡表做起，再作出全國的物質流平衡，從而得出資源利用評價指標、資源循環利用的評價指標、廢棄物排放量指標……，我國在做了這些工作之后，才指出“十一五”規劃的兩個歷史硬指標：2010年人均國內生產總值（GDP）比2000年翻一番；單位國內生產總值能耗在“十五”末期降低20%，從而實現注重經濟增長質量的新的經濟增長方式，做到資源的高效利用和循環利用，遏制環境污染和生態惡化……

在系統化技術的應用中，應分析出形成循環經濟產業的經濟動力，如“一論”中所述的模仿人的血液循環系統將廢舊家電、廢塑料制品等廢棄物循環利用各部分為動脈產業和靜脈產業，又如環保事業的核算應該確立環境管理會計（EnvironmentalProtectionAccounting）概念等。

所以推行水泥生產過程協同處理廢棄物的循環經濟，應從系統化技術著手在經濟和政策結合上采取措施，形成良好的處置廢棄物的市場環境。

（3）自動化技術是節能和節約資源、特別是循環利用廢棄物中不可或缺的技術。實踐證明水泥行業在粉磨環節上采用自動化技術，節電效果尤為顯著，噸水泥耗電量度998年時需要38千瓦時，而2003年國內先進指標已達到25千瓦時，如果按這個指標計算，僅2004年一年我國此項可節電126億千瓦時，即折標準煤155萬噸。除去變頻調速以外，電控方面還有多項技術需要推廣，智能化的馬達控制中心和智能化配電柜等將使水泥廠向數字化、網絡化前進了一大步，這也證明，在應用現場總線技術方面，電控比儀控領先一步。

作為儀控中常遇到混料流量調節和水泥窯的大滯后調節兩個難題，經過DCS技術多年推廣，已經有了很多成熟經驗。如橫河DCS的“內部儀表”中有混料PI調節器，它可以保持累積的總流量為所需要的數值；又采樣PI調節器是專門為長純滯后時間的系統而設計的，它總結了操作工人的經驗，調節器自動地執行如下控制動作：模擬操作人員在手動狀態下略為改變控制輸出并觀察其效果，連續進行這個“逐步改變并觀察”的過程，以達到預定的目標性。具體采樣周期為PI控制時間與輸出保持時間之和，而且PI控制時間僅為采樣周期的十分之一。這對于水泥窯的對象，可以把實際操作工人的經驗與DCS的控制手段相結合，做到人機和諧友好。當然新的控制算法、數字模型等的研究，對于掌握水泥窯的運行機理并實現對其控制，也是有利的，上述這種簡單易行的控制方法，也是在掌握水泥窯的“脾氣”基礎上得來的，所以并不矛盾。

4結束語

說到這里，看來自動化的從業人員對水泥工業或其它行業更應加強全面的了解，才能獲得更多的系統成套工程，才能確立諸如特殊檢測和應用軟件項目，才能獲取更好的商機。

記得上世紀80年代初提倡橫向聯合時，我所在的公司曾與黃石市經委聯合，得知該市有1907年經慈禧太后親筆御批的水泥廠，如今已成為我國500家重點企業的新華水泥股份有限公司……，現在我國這樣的大型水泥企業有10家，現在又提出了“倡導循環經濟，推近節約型水泥工業建設”的方針，它將使我國做到由水泥生產大國向水泥生產強國的轉變，步子將走得更堅實，我們從事自動化技術的人員將會從中得到更多的發展空間。□

參考文獻：

[1]卞正崗關注循環經濟，國內外機電一體化技術，2005年第4期.

[2]UFJ綜合研究所（日本），清華大學（中國）中日節能與循環經濟研討會會議資料，2005

[3]中國水泥協會，中國建材技術裝備總公司，中國水能，2006，3.