循环经济与水泥工业发展.doc

循环经济与水泥工业发展孙星寿 建筑材料工业技术情报研究所摘要：水泥工业是典型的能源、资源消耗型原材料产业，其发展是以消耗大量的能源和矿产资源为代价的。面临日益严峻的资源、能源枯竭形势，已经严重威胁到水泥工业的发展甚至生存。只有按照循环经济理念，实现水泥工业的原、燃材料战略化转移，乃至整个行业的生态化转型，水泥工业才有可能保持长久活力。本文从水泥工业的能源、资源消耗和环境影响等角度对水泥工业面临的形势进行了分析和研究，论证了建立循环经济发展模式，是解决水泥工业生存和发展问题的根本出路，并在此基础上从节省资源和能源、利用废弃物和发展散装水泥等方面为水泥工业实现循环经济发展模式提供了参考。关键词：循环经济 水泥工业水泥工业作为我国建材产业的重要组成部分，是我国重要的原材料工业，为我国经济、社会可持续发展和提高人民生活质量提供了强大的物质基础。在国民经济持续稳定发展的带动下，我国水泥工业总产量已连续18年保持世界第一的位置，2004年继续呈现出供需两旺的高速增长行情，总产量历史性的达到9.71亿吨，占世界水泥总产量的40%以上，其中新型干法达到了3.15亿吨，占全国水泥总量的32%。截止2005年11月份，全国水泥总产量为9.047亿吨，比去年同期增长10.41，预计全年产量在10.5亿吨，将再创历史新高。然而，水泥工业作为矿产消耗型原材料产业，其迅速发展是以大量消耗矿产资源和能量资源来实现的，随着我国能源和矿资源形势的日益严峻，将会严重制约水泥工业的生存和发展。1我国水泥工业的能源和资源形势1.1 我国水泥工业的电力消耗情况水泥是一种高能耗产业，在其生产过程中，需要消耗大量的电力资源。根据我国目前水泥工业的生产水平，吨水泥生产的平均电耗约110千瓦时。由此推算，2003年我国水泥生产总耗电量约为949.3亿千瓦时，占我国同期全社会用电总量19080亿千瓦时的4.98%。表1我国水泥工业电力消耗情况年份装机容量(万千瓦)发电量（亿千瓦时）水泥产量（万吨）水泥生产总耗电量（亿千瓦时）占总发电量比例（%）200031932.013685.059700.0656.74.80200133800.014780.064000.0704.04.76200235450.915716.572500.0797.55.07200338450.019080.086300.0949.34.98200443450.021870.097139.01068.54.89从总体上来说，我国电力供应对水泥工业的保障程度较高。但随着经济建设的快速发展，电力对国民经济特别是工业生产造成了一定的瓶颈作用。20022003年我国部分地区用电紧张状况的加剧，部分地区的水泥生产受到电力供应不足的严重影响，甚至有些水泥企业在市场环境非常好的条件下，因拉闸限电而造成约60%的生产能力无法发挥。但从总体上来说，这种影响是暂时的和局部的，根据国家发展和改革委员会预测，到2005年，我国目前的用电局部性紧张状况得到了较大程度缓解。1.2 我国水泥工业的煤炭消耗情况煅烧是水泥生产的核心工艺之一，在水泥生产过程中需要大量的热量，水泥工业是一个典型的能源依赖型产业。自1973年世界石油危机以来，世界上绝大多数的水泥厂已从烧油转为烧煤，我国生产水泥也是以燃煤为主。在我国现有水泥生产技术水平条件下，吨水泥的平均煤耗约为0.15吨标准煤，由此可以推算出2004年全国水泥生产总煤耗约折合标准煤1.46亿吨标准煤，约合实物煤1.68亿吨,占全国当年煤炭总需求量的9%。表2 我国水泥工业煤炭消耗情况年份全国煤炭消费量（万吨）水泥产量（万吨）水泥生产总煤耗（万吨标准煤）占全国煤炭总消费量比例（%）200012453759700.08955.09.80200112333664000.09600.010.61200213695672500.010875.010.82200316000086300.012945.011.02200418900097139.014570.87.71随着近年来我国水泥工业结构调整的深入和水泥生产技术的不断进步，吨水泥煤耗的总体水平在逐渐下降，但由于我国水泥产量增长幅度高于吨水泥煤耗的下降程度，水泥行业总煤耗仍然呈增长态势。2005年我国水泥产量将突破10亿吨大关，新增煤炭需求500万吨以上。1.3 我国水泥工业的资源消耗水泥工业对对资源的依赖性极强，在其生产过程中需要消耗大量的资源。制造水泥的主要原料是石灰石、粘土质原料及铁粉等其他一些辅助性原料，其中，石灰质资源作为水泥生产的主要原料对水泥生产具有决定性作用。根据我国水泥工业的生产技术水平，生产1吨水泥约需消耗1.1吨石灰石、0.18吨粘土。以此推算，2003年全国水泥生产需要消耗石灰石9.49亿吨，粘土1.55亿吨。表3 我国水泥工业资源消耗情况年份水泥产量（万吨）石灰石消耗量（万吨）粘土消耗量（万吨）200059700.0 65670.0 10746.0 200164000.0 70400.0 11520.0 200272500.0 79750.0 13050.0 200386300.0 94930.0 15534.0 200497139.0106853.017485.0根据预测，为了满足国民经济快速发展的需要，水泥工业在未来几年内仍将保持着增长态势。根据专家预测，2004年我国水泥产量达到9.7亿吨，并将在2008年左右达到水泥饱和点，之后我国水泥产量才会呈现出平稳下降趋势。在这过程中，为了满足水泥生产的需求，仍需消耗大量的电力、煤炭、石灰石及粘土等资源。2发展循环经济是水泥工业生存和发展的根本出路水泥工业是一个高度资源、能源消耗型产业，在其生产过程中需要消耗大量的煤炭、电力、石灰石等资源，而这些资源中绝大部分属于不可再生的矿产资源。同时，为了满足国民经济快速发展和基本建设需求较大等因素影响，水泥工业又不得不保持较高速度的增长态势。在这种情况下，资源、能源因素也就成为水泥工业保持快速、稳定和可持续发展的决定力量。2.1 能源问题影响了水泥工业的正常发展我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，但探明程度很低。2002年底，我国已探明煤炭资源中经济可采资源量约为1300亿吨，占世界经济可采资源量的12%，无法满足近期煤矿建设的需要，必须加紧勘探。另外尚未利用的经济精查储量中86%分布在干旱缺水、远离消费中心的中、西部地区，开发、运输和利用的难度势必加大。根据中国能源白皮书公布的数字显示，我国已探明煤炭的可开采年限只有5481 年。在水泥生产成本中，燃煤成本占有重大比例，对我国一般水泥企业来说，吨水泥燃煤成本一般在2045元，对于资源短缺和运输条件较差的地区，燃煤成本还将增加。因此，努力减少单位产品煤耗，降低水泥生产成本是众多水泥生产企业追求的目标。尽管我国煤炭储量丰富，品种齐全，但在全国煤炭储量分布及品种分布上却不平衡。许多地区的煤炭主要是低挥发分煤（无烟煤）和含硫量大的煤，能够用于水泥工业的煤质越来越差。由于低挥发分煤的燃点高、燃烧速度慢、燃尽时间长，一直难以用于旋窑生产。因此，我国许多地区，主要是南方地区的回转窑企业长期使用烟煤。从而造成燃煤使用成本的增加并进一步加大了铁路、公路运输的压力。从总体上来说，我国煤炭资源大致能够满足水泥生产的需求，但在一定程度上仍受交通运输等因素的制约，铁路煤炭运力不足的问题没有得到根本解决，同时煤炭市场价格的波动也对水泥生产的造成比较大的影响。2003年下半年我国部分地区水泥价格的大幅度上涨，企业难以消化燃料价格的上涨也是其中的主要因素之一。2.2 资源枯竭已经成为影响水泥工业生存的重要因素我国是世界上石灰岩资源丰富的国家之一，除上海市外，各省市自治区均有分布。据统计，全国水泥石灰岩分布面积可达44万平方公里，约占国土面积的4.5%左右。目前我国已发现石灰岩矿区（点）10000个左右，分布于除上海以外的29个省市自治区。截止2000年底，全国保有储量的水泥石灰岩产地1326处（其中大型214处、中型465处），探明保有储量约561.2亿吨。需要说明的是，保有储量的多少并不代表实际资源量的多少，而仅仅代表做过一定的地质工作、对资源状况具有相对可靠的了解程度的资源量。从目前已探明或正在开采的石灰石资源来看，交通运输条件比较好的资源基本已经开发。从理论上，按2004年全国水泥产量计算，全国已探明石灰石资源仅供保障水泥生产53年。但由于许多小水泥企业是外购石灰石，资源利用水平比较低，采富弃贫、乱采乱挖、浪费资源的现象比较普遍，如果没有新探明石灰石资源的情况下，使用年限还会缩短。从总体上说，我国水泥灰岩的矿产资源充足，分布广泛，但不容忽视的是，我国水泥石灰岩资源的分布极不平衡。东部沿海地区和对水泥需求量大的经济发达地区的石灰岩资源相对紧缺，已经不易找到尚未开发的具有良好条件的大型矿区，后备资源紧张的倪端已现，许多地区在不远的将来，就会面临石灰石资源枯竭的危机。而有些资源非常丰富的地区，又因运距和消费规模的问题难以大规模开发利用。自2001年以来，我国新型干法水泥工业发展迅猛，水泥工业面临着重大的结构调整的机遇。同时，以海螺集团、山水集团为代表的大型水泥企业集团发展在全国迅速兴起，以资源占有作为企业竞争力的重要体现，各大型水泥企业对水泥生产用灰岩的占用已经成为企业发展的战略中心任务。而我国粘土资源更缺，现在许多大水泥厂已不再使用粘土，而用其它原料配料，基本使用页岩、粉砂页、铝矾土、粉煤灰、煤矸石等来代替粘土，以节省资源。虽然随着勘探工作的进行，新的石灰石资源会不断探明，同时粘土等替代性资源也得到了广泛的应用，但石灰石等天然矿产资源终将枯竭的问题已经对水泥工业的生存构成威胁。2.3 水泥工业造成了较为严重的环境问题水泥工业对环境所造成的影响也十分严重。目前水泥生产粉尘排放量占全国工业生产粉尘排放量的27.1%，二氧化碳排放量占全国工业生产二氧化碳排放量的21.8%，二氧化硫排放量占全国工业生产二氧化硫排放量的4.85%。按照目前水泥工业生产技术水平，每生产1吨水泥熟料，水泥粉尘排放量将达到2%左右，同时还将排出1吨CO2，2千克 SO2，4千克NOX。依此测算按照2004年水泥产量计算，全年排放水泥粉尘1457万吨，排放72854万吨CO2，146万吨 SO2，292万吨NOX。CO2过多，将使地球产生温室效应，SO2、NOX是有害人体健康的气体，也是酸雨形成的重要原因。水泥工业已经成为造成我国环境恶化的重要原因之一。由此可见,水泥工业作为高能耗、高资源消耗、高污染,对生态环境破坏较大的产业，在其生产过程中所表现出的能源、资源、环境问题已经成为影响我国水泥工业生存和发展的根本因素。而我国人均资源占有量小,生态环境系统十分脆弱,如果不采取预防措施，后果不堪设想。按照传统的发展模式，不但水泥工业自身难保，同时也将威胁到人类的可持续发展，必须探寻新的发展模式，以保持经济、资源和环境的协调发展。2.4 发展循环经济成为水泥工业的必然选择正是在国内外人口、资源和环境问题日益严酷的形势下，20世纪90年代以来，在发达国家先后提出了循环经济的概念，以解决经济和社会的可持续发展问题。循环经济是一种新的经济形态，它要求按照生态规律组织生产、消费和处理废物，合理利用自然资源和环境容量，在物质不断循环利用的基础上发展经济，使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中。它倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式，即不是“生产过程末端治理”的难以治本的先污染后治理模式，更不是传统的不考虑环境因素的“资源产品污染排放”的单向物质流动经济。循环经济根据资源的减量化、产品的反复使用和废弃物的资源化原则，组成一个“资源产品再生资源再生产品”的闭环反馈式经济循环过程，使得整个过程不产生或少产生废弃物，最大限度地减少末端处理，达到物质、能量利用最大化，废弃物排放最小化的目的。“3R原理（Reduce减量化、Reuse再使用、Recycling再循环）”可以说是循环经济的核心内容，是提高资源、能源利用效率、保护生态和促进经济发展所遵循的基本原则。水泥工业作为传统产业，发展循环经济有利于提高能源、资源的利用效率，减少环境污染，推动行业的可持续发展。在行业内应用3R的减量化原则，可以降低天然资源的投入量，提高能源和资源的使用效率，减少水泥生产的废弃物排放。通过节能技术的开发和推广，减少水泥生产总能耗，从而延长水泥产业静态可持续发展的时间，可以为科技界发现新能源或开发利用可再生能源留有充分的余地。利用3R的再使用或反复利用原则，可以通过提高水泥产品的质量性能来延长水泥混凝土的使用寿命，进而大幅度节省资源，提高现有资源的使用期限。利用3R的再循环原则，可以尽可能多地再生利用或资源化，通过利用废弃物和劣质材料实现水泥工业的原、燃材料战略化转移，使物质资源永续利用。按照循环经济理念发展水泥工业，实现水泥工业的生态化转型，可以从根本上解决水泥工业所面临的资源、能源和环境问题，实现水泥工业的健康、可持续发展。3水泥工业发展循环经济的实践与前景3.1 我国水泥生产能耗还有大幅度降低的空间按照循环经济减量化原则，要尽可能地减少进入生产和消费流程的物质流和能量流。根据这一原则，我国水泥生产应最大限度地降低水泥生产的煤耗、电耗及料耗。目前，国外新型干法水泥生产单位煤耗为100千克标煤/吨熟料，而我国则在150千克标煤/吨熟料左右。随着我国水泥行业结构调整和技术革新的实施，水泥生产单位煤耗还可以进行大幅度降低，先进的新型干法水泥生产线的单位熟料煤耗为100千克左右标准煤。以此推算，如果我国新型干法水泥生产能力达到全部水泥生产能力的80%，吨熟料标准煤耗将降至100千克左右，以2004年水泥产量为例，在生产同样数量水泥产品的前提下，所需煤炭仅为现在煤炭消耗量的84%左右，将节省2300万吨左右的煤炭资源，从而产生巨大的经济和社会效益。在电力供应得到确保的同时，我国水泥行业还必须通过结构调整和技术革新来降低电耗、节约电能。据测算，如果我国新型干法水泥生产能力达到全部水泥生产能力的80%，吨水泥电耗将降至90千瓦时左右，以2004年水泥产量为例，在生产同样数量水泥产品的前提下，所需电力仅为现在电力消耗量的91%左右，将节省92亿千瓦时的电力资源从而产生巨大的经济和社会效益。随着水泥产业结构与技术水平的迅速提高，我国水泥工业的整体煤耗、电耗还有进一步降低的可能性。3.2 水泥工业实现固体废弃物资源化应用前景广阔水泥工业实现固体废弃物资源化利用主要体现在两个方面，从能源和原料两方面利用废料，一是将工业废渣用作水泥原料或混合材料，如利用粉煤灰、高炉矿渣等工业废渣作原料取代天然资源，减少熟料生产量，减轻了环境负荷；二是将可燃废渣用作燃料，减少化石类资源的消耗。其它工业部门难以处理的无机和有机废料，都可通过气化或在水泥回转窑中作原燃料使用。中国是利用工业废渣和天然火山灰资源做水泥混合材最早、使用量最多的国家。1949年前就有一些水泥厂利用矿渣做混合材生产矿渣硅酸盐水泥。1949年后经济建设急需大量水泥，为此，中国学习原苏联水泥工业的经验，在生产水泥时就已掺入不同比例的高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等混合材料并制定了各种矿渣水泥、火山灰水泥和各种混合材料的国家标准，普遍推广低标号并掺加混合材的水泥，并一直沿用至今。由于中国水泥产品结构中，普通硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥的产量在中国水泥总产量中占据着绝对地位。使得中国水泥利用天然矿物资源及工业废渣作为混合材生产水泥的数量也处于较高水平。根据统计表明，我国水泥产品中水泥混合材的掺加量平均为24%26%。按2004年中国水泥产量9.71亿吨计算，水泥工业用作混合材的废渣和天然资源约2.36亿吨左右。用做水泥混合材料的天然资源主要有：沸石、石灰石、火山灰等。用做水泥混合材料的工业废渣主要有：煤矸石、粉煤灰、炉渣、冶炼废渣，部分金属尾矿等。除此之外，水泥工业还成功利用化工厂电石渣、铝厂的赤泥、硫酸厂的黄铁矿渣等作为水泥原料。其中，矿渣在中国水泥混合材中用量最大，而粉煤灰成为水泥工业中的应用发展最为迅速，两者相加占中国水泥混合材用量的60%左右。根据循环经济减量化及再循环原则，应尽可能多地再生利用废弃物或使其资源化，加大对固体废弃物的应用，使之尽可能多地替代水泥原、燃材料，实现水泥工业的原、燃材料战略化转移。虽然我国水泥工业已经成为利废大户，但在利废种类、范围和方式上还有极大的提升余地。我国水泥工业对固体废弃物的利用还主要集中在矿渣、粉煤灰等少数几个品种上，对于废旧轮胎、废塑料、有毒有害废弃物、生活垃圾等国外已经较为成熟的应用还处于较为初级的阶段，有的甚至还没有尝试过。在掺加比例上，德国有的水泥厂已经实现了90%的燃料由废弃物代替，吨水泥混合材掺加比例甚至达到了95%，日本生产1吨水泥使用400千克废弃物。而我国水泥混合材的掺加比例平均仅为25%，而只有少数企业将固体废弃物作为水泥原燃材料使用。但由此可以看出，我国固体废弃物在水泥工业中的应用还具有极具阔的前景。如果能够将全国水泥混合材，如矿渣、粉煤灰、炉渣等固体废弃物的掺加比例提高到40%乃到50%90%，按2004年水泥产量计算，全年即可最少节省水泥熟料1.52亿吨，这将节省大量的煤、电、石灰石、粘土等大量的资源，同时可以实现钢铁、电力、化工等行业固体废弃物再循环