技术 | 水泥窑协同处置废纺作替代燃料的试验研究

前言

近年来我国环保和生产能耗管控力度逐年加大，从国家到地方陆续出台了相关政策。在《水泥行业节能降碳改造升级实施指南》中提出，以加强攻关先进技术、加快成熟工艺普及推广为工作方向，推广大比例替代燃料技术，利用生活垃圾、固体废弃物和生物质燃料等替代煤炭，减少化石燃料的消耗量。在全球能源紧缺的背景下，大力推动替代燃料的发展，可以在一定程度上缓解用能企业对传统化石燃料的依赖，对减少二氧化碳等温室气体排放及环境保护有着重大意义。国家在“十四五”规划中提到要提升清洁能源消费比重，鼓励氢能、生物燃料、垃圾衍生燃料等替代能源在钢铁、水泥、化工等行业的应用，发展替代燃料技术将是水泥企业降本增效、实现高质量发展的有效途径之一。

为了积极适应国家双碳战略，助力公司碳减排工作，掌握替代燃料使用的控制技术，提高窑线替代燃料使用率，在某公司的一条4800t/d水泥熟料生产线进行试验研究，开展了替代燃料工业试验。试验用原材料主要来源于周边地区，由废旧服装边角料和废旧衣物等废纺组成。根据试验要求，在试验开展前对替代燃料进行取样分析，具体分析结果见表1，对试验期间用煤进行取样分析，具体结果见表2。

通过表1、表2可知，试验用替代燃料相比于煤热值偏低，全硫含量偏高，由于试验用替代燃料主要由废旧服装边角料和废旧衣物等废纺组成，主要材质为棉布、涤纶、皮革等，因此其燃烧后基本无灰分残留叭按照替代燃料及煤粉发热量进行换算，在热转化效率100%的情况下，理论上1.62t该替代燃料可以替代1t试验煤粉，具体结果待试验结束后进行分析。

为研究水泥窑用替代燃料对节煤降碳的效果，本试验选择采用废纺等材料作替代燃料替代部分煤生产水泥熟料。试验依托该条4800t/d水泥熟料生产线已建设的水泥窑协同处置500t/d生活垃圾项目进行。

本次研究采用梯度试验方式进行，利用该窑线水泥窑协同处置500t/d生活垃圾项目喂料系统将替代燃料喂入分解炉，分别以给定0，3，5，8t/h的喂料速率进行试验，探索水泥窑使用替代燃料的控制技术，确定现阶段利用协同处置生活垃圾喂料系统下替代燃料的最大使用量，为后期替代燃料使用及设备节能降碳改造提供指导。试验开展过程中分别对替代燃料喂料量、替代燃料消耗量、尾煤用量、吨熟料煤耗等关键性指标进行了统计分析，具体统计数据见表3。

表3 试验期间关键数据记录

替代燃料喂料量给定值为0t/h时，为空白实验组，尾煤用量平均值为18.4t/h，吨熟料实物煤耗平均值为125.92kg。替代燃料喂料量给定值为3t/h时，皮带秤反馈值为2.1t/h，实际喂料量为2.07t/h，尾煤用量平均值为17.04t/h，吨熟料实物煤耗平均值为119.96kg。替代燃料喂料量给定值为5t/h时，皮带秤反馈值为3.1t/h，实际喂料量为3.19t/h，尾煤用量平均值为16.81t/h，吨熟料实物煤耗平均值为114.39kg。替代燃料喂料量给定值为8t/h时，由于替代燃料容重较小(0.027t/m3)，仅为生活垃圾可燃物的1/8，现有生活垃圾可燃物输送通道对替代燃料输送能力有限，喂料过程中造成拨料轮及运输皮带堵料，故无法完成该梯度下的试验。

由表3及图1可知，开始投加替代燃料后，尾煤和吨熟料实物煤耗用量明显减少，且随着替代燃料投加速率的增加，尾煤用量和吨熟料实物煤耗呈明显递减趋势。

图1 替代燃料喂料量与吨熟料煤耗及尾煤用量关系图

通过对替代燃料投加前后在中控系统对尾煤实际用量进行观察分析，其投加过程中尾煤具体波动如图2、图3所示。

通过图2、图3替代燃料投加前后尾煤变化可以看出替代燃料使用后尾煤量明显降低。通过表3数据计算，试验期间替代燃料总共消耗量为470t，共节约用煤330.38t，替代燃料的燃煤替代效果二替代燃料入窑总量/节煤总量=470/269.54=1.74，因此得出每1.74t替代燃料可以节约1t煤。按照表1、表2替代燃料及煤粉发热量进行换算，在热转化效率100%的情况下，理论上1.62t该替代燃料可以替代It试验煤粉，实际计算得1.74t该替代燃料可以替代1t煤，据此测算替代燃料热效率转化率为93.1%，即在目前窑工况下，该替代燃料热值转化率表现优秀。

(1)废旧服装边角料和废旧衣物等废纺作替代燃料热值高，热转化效率高，试验证明1.74t替代燃料可以替代1t标煤。

(2)通过此试验证明，在当前条件下，替代燃料喂料5t/h时，对窑况影响小，窑内较为稳定，可以确定现阶段利用协同处置生活垃圾喂料系统下替代燃料的最大使用量为5t/h。

(3)废旧服装边角料和废旧衣物等废纺容重小，仅为生活垃圾可燃物的1/8，现有的可燃物接纳系统输送能力有限，且因物料较轻，易发生缠绕堵料。因此在未来投资设计替代燃料项目输送设施时，需针对性的进行计量、输送设施选型，如申克的双轴悬臂绞刀秤、圆形皮带等，以提高替代燃料的使用量。

作者：蔡正

来源：《葛洲坝洁新(武汉)科技有限公司》

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