水泥回轉窯應用工業(yè)固廢替代燃料的節(jié)煤效果研究

趙 欣

（廣船國際有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著“碳中和”等政策陸續(xù)出臺，替代燃料是傳統(tǒng)水泥行業(yè)綠色發(fā)展升級的必然趨勢，未來還可能擴大到其它燃煤使用行業(yè)。《水泥行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實施制指南》鼓勵水泥企業(yè)選用替代燃料，努力提升企業(yè)能源自給的能力，減少對化石能源及外部電力的依賴。替代燃料制作技術的研究成果，后續(xù)還可以在多行業(yè)推廣。令人遺憾的是，許多水泥廠雖已經在做替代燃料使用的籌劃、試燒，但因終端使用效果不明確、產品類別復雜、無統(tǒng)一行業(yè)標準、跨省轉移手續(xù)渠道還未完全打通，且前端改造需要耗費大量費用，替代燃料產品還未全面大范圍使用[1]。為此，本課題研制出一款工業(yè)固廢替代燃料加工系統(tǒng)，通過實驗分析的方式，對該系統(tǒng)的節(jié)煤效果進行研究。

1 工業(yè)固廢替代燃料加工系統(tǒng)

針對現(xiàn)代水泥回轉窯的建設需求，本課題構建出了一款工業(yè)固廢替代燃料加工系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，除了增濕機、除臭系統(tǒng)等常規(guī)設備之外，還增加了以下5種設備，它們分別為：鏈板輸送機，用于工業(yè)固廢替代燃料的運送；粗破碎機，用于工業(yè)固廢替代燃料的初步處理，使燃料粒徑變成較小的顆粒；磁選機，用于將工業(yè)固廢替代燃料中的鐵器吸出，以免鐵質材料對其它設備造成破壞；皮帶輸送機，用于初步處理后燃料的運輸；細破碎機，用于將燃料再次加工成符合要求的微小顆粒[2]。

2 工業(yè)固廢替代燃料的調查

現(xiàn)代工業(yè)生產中，存在多種不同類型的工業(yè)固廢代替燃料，其中較為常見的有廢布料、廢紙、廢塑料、廢皮革、廢線纜等等。對于這些工業(yè)固廢代替燃料來說，供應量與熱量值存在較大差異。不同的工業(yè)固廢在燃燒過程中，可以為加工系統(tǒng)提供不同的動力能源。為了更好地了解各種代替燃料的具體情況，本研究對五種最為常見的燃料進行了調查。

2.1 工業(yè)廢紙

工業(yè)廢紙數量龐大，每月增長幅度6 000 t以上，并且熱值波動較大，一般在17 850～19 800 kJ/kg范圍內。

2.2 汽車廢料

現(xiàn)代交通迅猛發(fā)展的今天，汽車數量逐年增加，因此汽車廢料也越來越多。汽車廢料的主要成分為塑料等，并且數量十分可觀，每天能夠提供6 t以上。這類廢料來源非常充足，熱值相對較高，在19 800～24 970 kJ/kg范圍內。

2.3 皮革廢料

來源較為充足，每月可提供600 t，但之類廢料熱值略低于汽車廢料，在18 700～22 880 kJ/kg范圍內。

2.4 廢電線

每月能夠提供100 t左右，熱值與汽車廢料基本相同。

2.5 廢布料

來源非常廣泛，但熱值非常低，且加工難度較高，因而不可將其作為工業(yè)固廢代替燃料。

通過以上比較，本次研究當中，選擇廢塑料與皮革進行代替燃料研究。

3 工業(yè)固廢替代燃料的處理

3.1 前端裝載機

物料進廠后堆放在車間暫存區(qū)，前端裝載機（鏟車）把物料倒入鏈板輸送機。

3.2 出料輸送機

雙軸破碎機采用剪切和撕扯的工作原理將皮革邊角料破碎成尺寸小于250 mm的小塊物料，物料破碎后通過下方的出料斗進入出料輸送機。

3.3 磁選機

在出料輸送機中間位置安裝1#磁選機除鐵，除鐵區(qū)域采用鋁合金框架與亞克力板結構的密封室進行密封。

3.4 單軸破碎機

除鐵后的物料通過輸送機進入單軸破碎機進行二級破碎，通過篩網篩孔尺寸將破碎后的物料粒徑控制在60 mm范圍內。

3.5 打包機和捆包機

小粒徑物料的80%經過皮帶輸送機直接到打包系統(tǒng)進行打包，在輸送機中間位置通過2#磁選機再次除鐵，打包機和捆包機將破碎后的松散物料包裹成捆包料。

3.6 造粒成型機

小粒徑物料的20%通過前端裝載機運輸至造粒成型機上料口，通過皮帶輸送機運至勻料倉，在輸送機中間位置通過3#磁選機再次除鐵，經勻料倉緩存勻料后物料均勻進入兩條造粒成型機輸送帶，進入造粒成型機經過布料、高溫壓制、成型后形成SRF燃料棒。

3.7 密封罩除塵除臭裝置

在系統(tǒng)設備上方安裝密封罩除塵除臭裝置，通過風管連接除塵罩進負壓抽塵，經除塵器、活性炭吸附后達標排放。

3.8 細破碎設置

細破碎設置進口日光型火花檢測探頭，配合高壓水噴頭，防止火災風險[3－4]。

具體處理流程如圖1所示。

圖1 工業(yè)固廢替代燃料加工系統(tǒng)運行原理圖

4 結果分析

4.1 三次風溫與窯、爐喂煤比較

在燃料燃燒前與燃燒過程中，通過對3次風溫與窯、爐喂煤量進行檢測，從而得到如表1所示結果。通過對表1的觀察可以發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒過程中，風的溫度有3次顯著增加，共計增加了62.8 ℃。窯內與爐內煤量方面，雖然沒有出現(xiàn)較大差異，但在總煤量方面，則有較為明顯的改變，共降低了0.69 t/h，降低比率為3.37%。以此計算，應用1 t工業(yè)固廢代替燃料時，能夠替代0.79 t的煤炭。由此表明，在水泥回轉窯運行時，通過工業(yè)固廢代替燃料的使用，不僅可以減少煤炭用量，還會提升窯內溫度，從而為水泥的加工提供充足能源。

表1 三次風溫與窯、爐喂煤比較結果

4.2 入窯生料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇10個時間點作為研究對象，進而對生料內的成分進行了檢測，從而得到如表2所示結果。通過對表2觀察可以發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒前后，內部各種成分的變化幅度很小，特別是Cl－、Na2O、MgO與SO3的變化量非常小，基本可以忽略不計。由此表明，在水泥回轉窯運行時，通過工業(yè)固廢代替燃料，不會對生料成分造成影響，可確保生產活動正常進行[5]。

表2 入窯生料成分比較結果

4.3 熱生料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇15個時間點作為研究對象，進而對熱生料的成分進行了檢測，從而得到如表3所示結果。通過對表3觀察可以發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒時間的不斷增加，K2O、SO3、Cl－的含量也在不斷增加，尤其是從第12個檢測點開始，檢測值上升更加迅猛，但之后又保持動態(tài)平衡，處于相對較高的水平。特別是在Cl－方面，更是提升了0.235%，上升幅度非常大。由此表明，在水泥回轉窯運行時，通過工業(yè)固廢代替燃料的應用，在一定程度上干擾上升管的結皮。這是因為在塑料和皮革中，存在少量S元素與Cl－。隨著燃料的燃燒，這些元素與離子則進入到熱生料當中[6]。所以，為了進一步提升工業(yè)固廢代替燃料的應用效果，應加強對燃料內S元素與Cl－的處理。

表3 熱生料成分比較結果

4.4 增濕塔回料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇12個時間點作為研究對象，進而對增濕塔回料的成分進行了檢測，從而得到如表4所示結果。通過對表4觀察能夠發(fā)現(xiàn)，在回料當中，SO3與Cl－含量呈現(xiàn)出增長的態(tài)勢，特別是Cl－含量，更是將近提升1倍，由燃燒前的0.041%，增長到燃燒后的0.082%。且在窯尾處，收塵設備保持穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)較大壓差，且排出的煙氣正常。需要注意的是，經過進一步燒成帶處理后，SO3與Cl－融入熟料內，使得水泥質量保持良好。

表4 增濕塔回料成分比較結果

4.5 熟料物理性能比較

通過對熟料物理性能的檢測，可以得到如表5所示結果。通過表5的觀察可以發(fā)現(xiàn)，三組熟料物理性能基本相同，均符合相關標準要求。由此表明，在水泥回轉窯運行時，通過工業(yè)固廢代替燃料的應用，可得到高質量的水泥材料。

表5 熟料物理性能比較結果

5 結語

綜上所述，本研究針對工業(yè)固廢代替煤炭的需求，開發(fā)出一種工業(yè)固廢代替燃料加工系統(tǒng)，并以此為基礎，選擇廢紡、廢皮革、塑料為主要材料，分析了應用該系統(tǒng)后的節(jié)煤效果。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，采用工業(yè)固廢代替燃料后，可降低3.37%的煤炭用量，且各項生產環(huán)節(jié)不會受到較大干擾，得到的數值物理性能符合要求，因而可對本研究設計出的工業(yè)固廢代替燃料加工系統(tǒng)進行推廣。