引言

“十四五”時期經濟社會發展將單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳(CO₂)排放分別降低13.5%、18%作為目標''。水泥行業是CO₂排放大戶，需要承擔CO₂減排重任。在“十四五”期間，水泥行業大概率會被納入全國碳排放權交易，更會對我國水泥工業及其運行產生重大影響。

本文的替代燃料是指較高熱量的包括農作物秸稈、枯枝落葉、廢棄林木的生物質、動物排泄物、城鄉生活和工農業有機廢棄物等，以及其他廢棄物包括廢輪胎、廢塑料、廢棄潤滑油等。

這些廢棄物雖然來源廣泛，但其發熱量不容小覷。通過對浙江某地的不同類型的廢棄物做單筒發熱量實驗(測量方法根據GB/T213-20084)，得到熱值結果，見圖1。

圖1 浙江某地替代燃料熱值統計數據

從圖1可以看出，這些物料自身存在較強的熱值，其在水泥工業中具有很強的燃料可用性，部分物料的熱值已經超過標煤(29306kJ/kg)。利用好廢棄物作為水泥工業化石燃料的替代物，在降低行業碳排放、提升其環境效益的同時，對延續原有水泥生產線的工業壽命產生重大意義。

相對于垃圾發電等其他利用廢棄物作為替代燃料的產業，水泥生產線利用替代燃料具備以下優勢：

(1)在水泥窯內的高溫度、堿性環境有利于廢棄物徹底分解，其中的重金屬及氮硫等有害元素固定，對廢棄物實現減量化、無害化、資源化處理。

(2)水泥生產線利用替代燃料項目投資較低，僅需要儲存、預燃及輸送工藝，對于燃料性質單一的情況，甚至可以減少預燃設備的投資。運營階段可以給水泥生產線降低煤耗，具有良好的經濟效益。

西歐等發達國家的水泥生產線利用替代燃料技術研究較早，不僅替代燃料種類多，燃料替代率也達到一個發達的水平。以德國為例，德國水泥工業燃料替代率通過逐年發展已經接近70%(見圖2)。荷蘭、奧地利、挪威等國燃料替代率也超過60%，且歐盟整體水泥生產線在2012年替代率也達到了39%。

圖2 德國水泥工業替代燃料占比的變化

我國的替代燃料想要在水泥行業中得到較大程度的利用，還存在著眾多挑戰。

(1)由于水泥廠缺乏統一的收購替代燃料標準，使收來的替代燃料性質參差不齊。以城市垃圾為例，我國大部分市政垃圾是未經過分類的，這使得低熱值和高熱值的垃圾混合在一起，影響整體發熱效率。

(2)我國部分水泥企業對于使用廢棄物替代燃料的認可度較低。替代燃料含水率及熱值影響窯內工況，在一定程度上會影響水泥熟料品質，燃料的不穩定使產出熟料質量存在差異。且部分替代燃料的有害元素超標，如CI等元素，使窯體出現結皮現象。

(3)廢棄物被水泥生產線利用為替代燃料本身是一件多方共贏的合作機會，但由于收儲廢棄物有一定成本，且外界給與的補貼較低，不能彌補自身水泥熟料產量減少及質量降低的損失。故從經濟層面上使水泥企業利用替代燃料技術的積極性有所打擊。以生物質為例，生物質燃料的價格逐年提升，由2010年的249元/t，漲到2019 年的317元/t。在實際項目中生物質燃料的價格更高，部分成顆粒燃料價格達到600~700元/t。從項目立項及運營角度而言，原料價格過高使項目經濟性差，不利于立項及日常運營。

“十四五”規劃對水泥行業能耗要求較高，我國水泥企業面臨轉型的迫切需求，積極利用廢棄物來替代化石能源，在創造經濟效益的同時降低對社會自然資源的消耗。只有努力了解并解決替代燃料在水泥行業的痛點后，水泥行業才可以真正利用廢棄物替代燃料，實現高水平的燃料替代率，實現行業可持續性發展。

作者：惠家狀，李惠，趙利卿，馬東光，郁培智

所屬：天津中材工程研究中心有限公司

來源：《中國水泥》

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