前言

近年來我國環保和生產能耗管控力度逐年加大，從國家到地方陸續出臺了相關政策。在《水泥行業節能降碳改造升級實施指南》中提出，以加強攻關先進技術、加快成熟工藝普及推廣為工作方向，推廣大比例替代燃料技術，利用生活垃圾、固體廢棄物和生物質燃料等替代煤炭，減少化石燃料的消耗量。在全球能源緊缺的背景下，大力推動替代燃料的發展，可以在一定程度上緩解用能企業對傳統化石燃料的依賴，對減少二氧化碳等溫室氣體排放及環境保護有著重大意義。國家在“十四五”規劃中提到要提升清潔能源消費比重，鼓勵氫能、生物燃料、垃圾衍生燃料等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業的應用，發展替代燃料技術將是水泥企業降本增效、實現高質量發展的有效途徑之一。

為了積極適應國家雙碳戰略，助力公司碳減排工作，掌握替代燃料使用的控制技術，提高窯線替代燃料使用率，在某公司的一條4800t/d水泥熟料生產線進行試驗研究，開展了替代燃料工業試驗。試驗用原材料主要來源于周邊地區，由廢舊服裝邊角料和廢舊衣物等廢紡組成。根據試驗要求，在試驗開展前對替代燃料進行取樣分析，具體分析結果見表1，對試驗期間用煤進行取樣分析，具體結果見表2。

通過表1、表2可知，試驗用替代燃料相比于煤熱值偏低，全硫含量偏高，由于試驗用替代燃料主要由廢舊服裝邊角料和廢舊衣物等廢紡組成，主要材質為棉布、滌綸、皮革等，因此其燃燒后基本無灰分殘留叭按照替代燃料及煤粉發熱量進行換算，在熱轉化效率100%的情況下，理論上1.62t該替代燃料可以替代1t試驗煤粉，具體結果待試驗結束后進行分析。

為研究水泥窯用替代燃料對節煤降碳的效果，本試驗選擇采用廢紡等材料作替代燃料替代部分煤生產水泥熟料。試驗依托該條4800t/d水泥熟料生產線已建設的水泥窯協同處置500t/d生活垃圾項目進行。

本次研究采用梯度試驗方式進行，利用該窯線水泥窯協同處置500t/d生活垃圾項目喂料系統將替代燃料喂入分解爐，分別以給定0，3，5，8t/h的喂料速率進行試驗，探索水泥窯使用替代燃料的控制技術，確定現階段利用協同處置生活垃圾喂料系統下替代燃料的最大使用量，為后期替代燃料使用及設備節能降碳改造提供指導。試驗開展過程中分別對替代燃料喂料量、替代燃料消耗量、尾煤用量、噸熟料煤耗等關鍵性指標進行了統計分析，具體統計數據見表3。

表3 試驗期間關鍵數據記錄

替代燃料喂料量給定值為0t/h時，為空白實驗組，尾煤用量平均值為18.4t/h，噸熟料實物煤耗平均值為125.92kg。替代燃料喂料量給定值為3t/h時，皮帶秤反饋值為2.1t/h，實際喂料量為2.07t/h，尾煤用量平均值為17.04t/h，噸熟料實物煤耗平均值為119.96kg。替代燃料喂料量給定值為5t/h時，皮帶秤反饋值為3.1t/h，實際喂料量為3.19t/h，尾煤用量平均值為16.81t/h，噸熟料實物煤耗平均值為114.39kg。替代燃料喂料量給定值為8t/h時，由于替代燃料容重較小(0.027t/m3)，僅為生活垃圾可燃物的1/8，現有生活垃圾可燃物輸送通道對替代燃料輸送能力有限，喂料過程中造成撥料輪及運輸皮帶堵料，故無法完成該梯度下的試驗。

由表3及圖1可知，開始投加替代燃料后，尾煤和噸熟料實物煤耗用量明顯減少，且隨著替代燃料投加速率的增加，尾煤用量和噸熟料實物煤耗呈明顯遞減趨勢。

圖1 替代燃料喂料量與噸熟料煤耗及尾煤用量關系圖

通過對替代燃料投加前后在中控系統對尾煤實際用量進行觀察分析，其投加過程中尾煤具體波動如圖2、圖3所示。

通過圖2、圖3替代燃料投加前后尾煤變化可以看出替代燃料使用后尾煤量明顯降低。通過表3數據計算，試驗期間替代燃料總共消耗量為470t，共節約用煤330.38t，替代燃料的燃煤替代效果二替代燃料入窯總量/節煤總量=470/269.54=1.74，因此得出每1.74t替代燃料可以節約1t煤。按照表1、表2替代燃料及煤粉發熱量進行換算，在熱轉化效率100%的情況下，理論上1.62t該替代燃料可以替代It試驗煤粉，實際計算得1.74t該替代燃料可以替代1t煤，據此測算替代燃料熱效率轉化率為93.1%，即在目前窯工況下，該替代燃料熱值轉化率表現優秀。

(1)廢舊服裝邊角料和廢舊衣物等廢紡作替代燃料熱值高，熱轉化效率高，試驗證明1.74t替代燃料可以替代1t標煤。

(2)通過此試驗證明，在當前條件下，替代燃料喂料5t/h時，對窯況影響小，窯內較為穩定，可以確定現階段利用協同處置生活垃圾喂料系統下替代燃料的最大使用量為5t/h。

(3)廢舊服裝邊角料和廢舊衣物等廢紡容重小，僅為生活垃圾可燃物的1/8，現有的可燃物接納系統輸送能力有限，且因物料較輕，易發生纏繞堵料。因此在未來投資設計替代燃料項目輸送設施時，需針對性的進行計量、輸送設施選型，如申克的雙軸懸臂絞刀秤、圓形皮帶等，以提高替代燃料的使用量。

作者：蔡正

來源：《葛洲壩潔新(武漢)科技有限公司》

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