[独家]高长明：中国水泥工业绿色发展的途径

编者按：近年来，随着我国生态文明建设步伐的加快，水泥行业从协同处置、超低排放、节能减排、低碳等多方面展开绿色升级，如今正在一步一步蜕变成符合新时代绿色高质量发展要求的现代工业。关于中国水泥工业绿色发展的途径，中国水泥网高级顾问高长明于25年前提出了“四零一负”。如今，中国水泥行业已有一批水泥企业不遗余力地探索着、推动着水泥工业的绿色可持续发展，中国水泥行业绿色发展途径正日益明显。

ICR编者按：史密斯（中国）公司高级顾问高长明提出“四零一负”可持续发展战略理念至今已有25年了，在其实践过程中，随着科技创新和技术进步不断的发展，中国水泥工业正沿着绿色发展的途径实现了巨大的进步。

在1997年第一期的中国《水泥技术》（1997年1月）杂志上，作者发表了“论水泥工业可持续发展战略”的文章，提出了“四零一负”的理念，其内容为：

四零

1.在水泥生产中实现对环境的零污染

2.降低熟料单位电耗，采用余热发电，实现熟料生产对外界电能的零消耗

3.自身消纳水泥厂的全部废料，实现水泥生产对废水、废渣、废料的零排放

4.水泥窑100%采用替代燃料，实现熟料生产对天然化石燃料的零消耗

一负

1.多用混合材，少用熟料，尽可能地消纳各种废弃物，用作水泥的替代原燃料，为全社会废弃物的负增长做出一定的贡献

工业实践的反应

这一理念刚提出时，在中国毫无任何公开的反应，但私下里的批评和质疑却不少。另一方面，可能是出于鼓励，有少数几位水泥界的老前辈老专家当时曾表示，这可能是一个发展方向，但对中国水泥工业的现实来说，实在是相去甚远，为时过早。

上世纪90年代后期，即使是对发达国家，例如欧洲或美国来说，“四零一负”的新事物刚刚初现苗头，同样也并未引起国际水泥界的注意，中国水泥工业对此理念的感觉更是微乎其微，因而它的上述反应是完全可以理解的。

进入新世纪

自从1998年开始，作者每年都注意收集全球水泥主要生产国家，特别是发达国家的生产统计数据，分析研究他们在“四零一负”方面的进展情况。随着科技的发展，以及这一理念的逐步实践运用，全球各国水泥工业先后呈现了程度不同的成果和效益。虽然这些进展开始时比较迟缓，但在坚持不懈的努力之下，逐渐积累了足够的起动力，终于在新世纪初期，德国水泥工业率先萌发“四零一负”的活力和韧力。

1997到2020年，世界水泥工业发生了巨大的变化，科技进步获得显著的发展。上世纪90年代，水泥工业是粉尘、SO₂、NOx等污染物的主要排放源之一，中国水泥工业对环境的污染益发严峻。

现今，发达国家以及中国的水泥工业对环境日趋友好，中国现今正在推行的超低排放行动，欲将粉尘排放降低到5—10 mg/Nm³ , SO₂ 降到30—50 mg/Nm³， NOx 降到100—200mg/Nm³ ，甚至更低。这样的排污浓度使得环境可以发挥自净的消纳功能，从而达到水泥工业对环境零污染的目标。

已获得的成效

实际上，从上世纪90年代开始，首先在德国和美国，人们已经自觉或不自觉的陆续展现了许多与“四零一负”理念相关的思维火花和实践苗头。经历了30年坚持不懈的扩展，以及生产实践的不断推广应用和科技创新的努力。时至今日，许多国家已经不同程度的有所收获，赢得了实施“四零一负”的大部分硕果，总体目标的完成度已超过一半，具体数字如表1所列。

注：*因其余热发电成本与外购电相比不太经济，故这项技术未能推广应用。但不排除或有对其不够重视的因素.

四零的焦点

水泥工业过去曾经是一个能耗较高的行业，现今在中国和日本水泥窑余热发电技术应用较广泛，吨熟料发电量已达到36 kWh/t.cl左右，大致可回收熟料生产电耗（55——60 kWh/t.cl）的40%，或者是水泥电耗（90——100 kWh/t.c）的三分之一。这样，水泥的单位电耗在重化工产品中可能就是最低的了。

水泥厂废水、废渣、废料的零排放目标是比较容易实现的，在欧美该目标于世纪之交之前已经完成，中国现今也已基本达到了。

化石燃料的零消耗，不同国家之间的差别很大，德国和北欧诸国的替代燃料热量替代率TSR最高，已近70%，日本、西欧、美国、加拿大和澳洲等位居第二，中国在本文所涉及的国家中属于最差的，TSR仅6%——7 %。

一负的使命

为了改进提高混合材的综合利用，许多发达国家在降低熟料系数，推广应用32.5复合水泥(CEM II/C和CEM VI)等方面不断地进行了深入的研发和创新。

水泥工业在废弃物利用和全社会循环经济的发展方面日益发挥着重要的枢纽作用，在这方面，德国和日本处于领先地位，中国过去的表现也不逊色。但是近年来，因受取消PO和PC 32.5水泥的影响，其负面效果将会显现。虽然这个取消意见已经水泥标准专业同意上报，尚在国家最终待批之中，因为反对取消的意见始终坚持申诉，国家对此正在慎审，或许将会采取相应的措施，设法尽量减少其负面影响。

预期“四零一负“目标完成的时间表

作者预测德国和北欧诸国可能在2030年率先基本完成“四零一负“目标。欧洲水泥工业将在2040年完成。在充分贯彻改革开放政策的驱动下，中国水泥工业有望在2040到2050之间基本完成，从而整体上赶上德国的水平。

中国水泥工业可持续发展历程

如前所述，上世纪80——90年代之间，作者深入细微地观察、分析、提炼、归纳了当时发生在欧美水泥行业中的各种新思维新技术的思维火花和实践苗头，提出了“四零一负”理念。这一理念的确脱离当时中国的实际情况很远。那时中国的水泥年产量为6.2亿吨，而且其中立窑水泥占80%以上，预分解窑(PC)水泥为12%，还是早期的产能300——700t/d的小型PC窑。

1990年前后，中国水泥工业与欧美日等发达国家之间的差距很大，国家管理部门和整个水泥行业对“四零一负”理念很不理解，也很不能接受。有的甚至认为这犹如天方夜谭。只有少数人认为这可能是一个长远的发展方向，但因其提出的太早，太不现实，故将其先搁置一段时间也无妨。

的确，这些都是事实，完全正确。那时中国的工业化程度、综合供应链和材料品种性能的水平，以及科技发展水平等各方面的基础条件都很差，有待大幅提升。水泥工业的现代化正在艰难缓慢的推进之中，哪有精力和实力来顾及“四零一负”，事实上也没有这样的客观需求，当然也就只能先把它搁置起来，以后再说了。所以在2000年前后的10来年之间，除了余热发电和多用混合材方面，“四零一负”在中国几乎是毫无进展，这也是正常的。然而, 国际上的情况恰与我国的相反, 在此期间德国率先将“四零一负”推进到了一个开始蓬勃发展的新阶段。

中国历来是一个电价较贵、煤价较便宜的国家，2000年电价为0.68元每度，5500大卡/公斤的煤价为240元每吨。因此水泥厂采用余热发电，如果吨熟料发电量能够达到20度就可以有所盈利。经过30多年的不断改进，现今余热发电最好的已可达到40度每吨熟料。当然其电煤的价格比有所下降，但余热发电仍是有利可图的。

现今中国的电价是0.6元每度，煤价是420元每吨。PC窑熟料产量占全国总量近99%，80%的水泥窑采用了余热发电，全国水泥行业余热发电装机总量达到7472MW。每年的发电量483亿度，平均吨熟料余热发电33度，扣除电站自用电8——10%以后，其净发电量约为30度每吨熟料。再因余热发电应用率打个八折，得到吨熟料电量为24度，相当于熟料电耗60度每吨的40%，这表明在中国余热发电还有潜力可挖。我们预计在中国余热发电到2030年可回收熟料电耗的60%（36 kWh/t.cl.以上），2040年可达到80%（50 kWh/t.cl.），如果再考虑到今后熟料单位电耗降低的因素, 以及ORC或Kalina循环技术得以成功广泛应用的话，效益将会更好。

水泥窑协同处置市政污泥、危废和城市生活垃圾等，在中国始于2005年，当时其预处理技术装备还不太成熟，而且中央政府对水泥窑烧垃圾也没有任何优惠政策，不像垃圾发电厂那样可以获得不少补贴资助，致使水泥厂烧垃圾往往陷于亏本境地。

好在有一些具有远见的大型水泥企业，例如海螺、华润、金隅、华新等，即使亏损，仍然坚持进行生产规模的烧废弃物，通过多年的不断改进使得水泥窑烧废弃物终于成为一项安全可靠实用的技术。

大量的生产实践充分证明，水泥窑协同处置废弃物对环境是安全的，不会影响其附近居民的生活，二噁英排放和熟料中重金属的渗析都极低。垃圾的除臭和其渗透液的净化等技术装备问题均已妥善解决。整个协同处置在环境安全、技术可靠和生产稳定等方面均属上乘，对熟料和水泥的性能毫无不利影响，而且其对垃圾中热能的利用率比垃圾发电厂的高一倍以上。直到2018年这些事实终于促使政府认可了水泥窑协同处置废弃物的优越功能，并逐渐出台了若干扶持政策。

经历了10余年坚持不懈的努力和发展，现今中国协同处置废弃物的水泥窑已达180台，占窑总数的10%。每年消纳废弃物有：

生活垃圾2400万吨，占全国总量约11.5%

市政污泥700万吨，占全国总量约3.5%

危废560万吨，占全国总量约7.5%

所有上述废弃物，用作水泥窑替代燃料，连同其他各种可燃废弃物一起，合计相当于540万吨标煤以上。

这些成功的实例几乎全部来自海螺、华润、金隅、华新等集团，是他们在过去多年忍受亏损的情况下坚持研发应用了水泥窑协同处置废弃物的生产系统所换来的硕果。今后在大规模推广应用这项技术的行动中，他们仍将会发挥模范带头作用。

现今，水泥窑协同处置废弃物的全套技术装备均已十分成熟可靠，加之政府陆续有些扶持政策相继出台，引导了该项技术的广泛推广，水泥厂也可因此由亏损而转为略有盈利。今后的目标是扩大利用各种可燃废弃物的种类（废油、废溶剂等），特别是生物质的废弃物。

目前，国家初步计划的大致目标是，到2030年TSR达20%以上，2040年为50%以上，2050年达80%——100%，届时将达到世界先进水平。

中国实施“四零一负“的先驱

2019年海螺集团采用余热发电的水泥窑已达其总数90%，发电装机容量1740MW，占全国水泥余热发电装机总量的23%，海螺有50%的水泥窑均采用了CKK气化炉系统协同处置废弃物技术（包括已投产和在建的）。

海螺2019年90多台水泥窑平均的污染物排放，粉尘为9.12 mg/Nm³，SO₂为14.87mg/Nm³， NOx 为234.9 mg/Nm³。2017年一个年产99.9%工业级和99.99%食品级合计5万吨二氧化碳的碳捕集项目已投产，另一个年产3000吨干冰的项目于2020年3月投产，这是中国水泥工业实践CCS/U的先河。

到2022年海螺将协同处置废弃物（主要是垃圾）达1062万吨，危废443万吨。

自2015年华润在中国首先选用丹麦史密斯热盘炉Hotdisc协同处置垃圾成功投产以来，华润至今已选用了热盘炉15台（含在建的），诸多后续的项目仍在继续进行或准备之中。

走在正确的轨道上

中国水泥行业有一批水泥集团，例如海螺、华润、金隅、华新等在推进“四零一负“可持续发展理念方面，一直发挥着示范带头作用。近年来全行业在国内外产量、质量、效益和人员素质等各方面的全面提升更预示着中国水泥工业的前景光明可期。一些私营企业，例如红狮、上峰、金圆、尖峰等集团在开展可持续发展工作方面也均获良好的成效，形势喜人。中国水泥工业已经走上一条低碳绿色发展的大道，正在继续奋进！

（原载英国《国际水泥评论》International Cement Review (ICR) 杂志2021年3月刊第19至21页，本文少许几处阐述英译中时稍有增补。）

力争在2030年前碳排放达峰、努力争取2060年前实现碳中和”的目标，为我国实现绿色低碳发展指明方向。水泥行业作为碳排放大户，在碳达峰、碳中和背景下面临哪些的机遇和挑战，又将如何去做？为此，2021年4月20-21日，中国水泥网将在杭州举办 以“同使命·谋创新·共发展”为主题的“2021中国水泥产业峰会暨T0P100颁奖典礼” ，诚邀业内人士前来共同深度探讨当前水泥及相关行业发展态势。