歐洲水泥工業(yè)使用替代燃料的法律要求

  簡介

  熟料和水泥的制造——像其它工業(yè)活動一樣—— 是一種資源和能源密集過程。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)濟的驅(qū)動，以滿足相關(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，水泥制造是一個能源和資源緊密型過程。然而，由于熟料煅燒的特殊性，這個過程為環(huán)境受益型的廢棄物變能源和物質(zhì)循環(huán)應(yīng)用提供了絕好的機會，同時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足夠2s的停留時間。

  *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實現(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表示歐洲整個的替代率中不同物質(zhì)的相對替代率。

  一些成員國已經(jīng)達到超過60%的替代率。歐洲水泥工業(yè)當(dāng)前的形勢已經(jīng)達到每年替代了約660萬噸煤。通過這些，不可再生資源的開采需求已經(jīng)減少。

  考慮到歐洲大量的廢棄物仍然被填埋的事實，可以預(yù)見到特別是工業(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必須納入到相關(guān)的國內(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（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）排放監(jiān)測。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。對于所有這些成分協(xié)同焚燒的設(shè)施必須滿足同樣嚴(yán)格的排放限值與專門的廢棄物焚化爐一樣。根據(jù)高水平的環(huán)境保護需求，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

  那些實際的焚燒過程不產(chǎn)生TOC和SO₂的項目，其揮發(fā)性有機物成分（TOC）和硫（SO₂）的選擇性豁免只能由勝任的當(dāng)局授權(quán)。通常這對熟料窯運行是一項必要的先決條件。因為它們提供了礦物轉(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制度的五個步驟，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)境選項的優(yōu)先順序。同時，正是對成員國采取強制措施鼓勵了選擇提供最佳的環(huán)境成果。違反分類制度順序的理由可能是正當(dāng)?shù)?，例如：技術(shù)可行性，財務(wù)生存能力和通常的環(huán)境保護。

  熟料煅燒過程中使用替代物質(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)的唯一機會。為了分辨熟料煅燒過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）在熟料煅燒過程中。根據(jù)這個理念，調(diào)整水泥工業(yè)的觀點 將協(xié)同處置推進到一個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中的作用

  作為BAT-程序的協(xié)同處置

  作為一種幾乎無廢棄物的工業(yè)過程，熟料煅燒非常適合應(yīng)用協(xié)同處置的理念。如此一來，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80%的燃料能源。

  這些深刻的參數(shù)表明歐洲水泥工業(yè)對替代資源進行現(xiàn)代化和有效回收貢獻的潛力。然而，水泥公司只有使用選定的替代燃料，因為這些物質(zhì)必須適合工藝和最終產(chǎn)品從技術(shù)和環(huán)境的觀點。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)同處置不會導(dǎo)致廢對環(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。除了這些嚴(yán)格的法律要求，質(zhì)量控制方案的就地補充尤其是為了監(jiān)測系統(tǒng)中示蹤元素的吸納。通過這樣，不合適的物質(zhì)可以阻止進入熟料煅燒過程。

  根據(jù)這些積極的影響，熟料煅燒過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最近出版的（決定2013/163/EU）BAT結(jié)論的法律約束。

  這項積極的評價鼓勵歐洲水泥工業(yè)持續(xù)努力進一步增加合適的替代燃料的份額。因此，所有其它的優(yōu)點，工業(yè)也能夠提供對環(huán)境廢棄物管理方面有價值的貢獻。

  說明

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