前言

近年來(lái)我國(guó)環(huán)保和生產(chǎn)能耗管控力度逐年加大，從國(guó)家到地方陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策。在《水泥行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》中提出，以加強(qiáng)攻關(guān)先進(jìn)技術(shù)、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(shù)，利用生活垃圾、固體廢棄物和生物質(zhì)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(dòng)替代燃料的發(fā)展，可以在一定程度上緩解用能企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)化石燃料的依賴(lài)，對(duì)減少二氧化碳等溫室氣體排放及環(huán)境保護(hù)有著重大意義。國(guó)家在“十四五”規(guī)劃中提到要提升清潔能源消費(fèi)比重，鼓勵(lì)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(yè)的應(yīng)用，發(fā)展替代燃料技術(shù)將是水泥企業(yè)降本增效、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑之一。

為了積極適應(yīng)國(guó)家雙碳戰(zhàn)略，助力公司碳減排工作，掌握替代燃料使用的控制技術(shù)，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(chǎn)線進(jìn)行試驗(yàn)研究，開(kāi)展了替代燃料工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)用原材料主要來(lái)源于周邊地區(qū)，由廢舊服裝邊角料和廢舊衣物等廢紡組成。根據(jù)試驗(yàn)要求，在試驗(yàn)開(kāi)展前對(duì)替代燃料進(jìn)行取樣分析，具體分析結(jié)果見(jiàn)表1，對(duì)試驗(yàn)期間用煤進(jìn)行取樣分析，具體結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表1、表2可知，試驗(yàn)用替代燃料相比于煤熱值偏低，全硫含量偏高，由于試驗(yàn)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(zhì)為棉布、滌綸、皮革等，因此其燃燒后基本無(wú)灰分殘留叭按照替代燃料及煤粉發(fā)熱量進(jìn)行換算，在熱轉(zhuǎn)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(yàn)煤粉，具體結(jié)果待試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行分析。

為研究水泥窯用替代燃料對(duì)節(jié)煤降碳的效果，本試驗(yàn)選擇采用廢紡等材料作替代燃料替代部分煤生產(chǎn)水泥熟料。試驗(yàn)依托該條4800t/d水泥熟料生產(chǎn)線已建設(shè)的水泥窯協(xié)同處置500t/d生活垃圾項(xiàng)目進(jìn)行。

本次研究采用梯度試驗(yàn)方式進(jìn)行，利用該窯線水泥窯協(xié)同處置500t/d生活垃圾項(xiàng)目喂料系統(tǒng)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(jìn)行試驗(yàn)，探索水泥窯使用替代燃料的控制技術(shù)，確定現(xiàn)階段利用協(xié)同處置生活垃圾喂料系統(tǒng)下替代燃料的最大使用量，為后期替代燃料使用及設(shè)備節(jié)能降碳改造提供指導(dǎo)。試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中分別對(duì)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(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)期間關(guān)鍵數(shù)據(jù)記錄

替代燃料喂料量給定值為0t/h時(shí)，為空白實(shí)驗(yàn)組，尾煤用量平均值為18.4t/h，噸熟料實(shí)物煤耗平均值為125.92kg。替代燃料喂料量給定值為3t/h時(shí)，皮帶秤反饋值為2.1t/h，實(shí)際喂料量為2.07t/h，尾煤用量平均值為17.04t/h，噸熟料實(shí)物煤耗平均值為119.96kg。替代燃料喂料量給定值為5t/h時(shí)，皮帶秤反饋值為3.1t/h，實(shí)際喂料量為3.19t/h，尾煤用量平均值為16.81t/h，噸熟料實(shí)物煤耗平均值為114.39kg。替代燃料喂料量給定值為8t/h時(shí)，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(xiàn)有生活垃圾可燃物輸送通道對(duì)替代燃料輸送能力有限，喂料過(guò)程中造成撥料輪及運(yùn)輸皮帶堵料，故無(wú)法完成該梯度下的試驗(yàn)。

由表3及圖1可知，開(kāi)始投加替代燃料后，尾煤和噸熟料實(shí)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(shí)物煤耗呈明顯遞減趨勢(shì)。

圖1 替代燃料喂料量與噸熟料煤耗及尾煤用量關(guān)系圖

通過(guò)對(duì)替代燃料投加前后在中控系統(tǒng)對(duì)尾煤實(shí)際用量進(jìn)行觀察分析，其投加過(guò)程中尾煤具體波動(dòng)如圖2、圖3所示。

通過(guò)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(guò)表3數(shù)據(jù)計(jì)算，試驗(yàn)期間替代燃料總共消耗量為470t，共節(jié)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(jié)煤總量=470/269.54=1.74，因此得出每1.74t替代燃料可以節(jié)約1t煤。按照表1、表2替代燃料及煤粉發(fā)熱量進(jìn)行換算，在熱轉(zhuǎn)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(yàn)煤粉，實(shí)際計(jì)算得1.74t該替代燃料可以替代1t煤，據(jù)此測(cè)算替代燃料熱效率轉(zhuǎn)化率為93.1%，即在目前窯工況下，該替代燃料熱值轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)優(yōu)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(zhuǎn)化效率高，試驗(yàn)證明1.74t替代燃料可以替代1t標(biāo)煤。

(2)通過(guò)此試驗(yàn)證明，在當(dāng)前條件下，替代燃料喂料5t/h時(shí)，對(duì)窯況影響小，窯內(nèi)較為穩(wěn)定，可以確定現(xiàn)階段利用協(xié)同處置生活垃圾喂料系統(tǒng)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(xiàn)有的可燃物接納系統(tǒng)輸送能力有限，且因物料較輕，易發(fā)生纏繞堵料。因此在未來(lái)投資設(shè)計(jì)替代燃料項(xiàng)目輸送設(shè)施時(shí)，需針對(duì)性的進(jìn)行計(jì)量、輸送設(shè)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(lái)源：《葛洲壩潔新(武漢)科技有限公司》

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