趙 欣

（廣船國(guó)際有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著“碳中和”等政策陸續(xù)出臺(tái)，替代燃料是傳統(tǒng)水泥行業(yè)綠色發(fā)展升級(jí)的必然趨勢(shì)，未來(lái)還可能擴(kuò)大到其它燃煤使用行業(yè)?！端嘈袠I(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施制指南》鼓勵(lì)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(duì)化石能源及外部電力的依賴。替代燃料制作技術(shù)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(jīng)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(chǎn)品類別復(fù)雜、無(wú)統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、跨省轉(zhuǎn)移手續(xù)渠道還未完全打通，且前端改造需要耗費(fèi)大量費(fèi)用，替代燃料產(chǎn)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(shí)驗(yàn)分析的方式，對(duì)該系統(tǒng)的節(jié)煤效果進(jìn)行研究。

1 工業(yè)固廢替代燃料加工系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)代水泥回轉(zhuǎn)窯的建設(shè)需求，本課題構(gòu)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(jī)、除臭系統(tǒng)等常規(guī)設(shè)備之外，還增加了以下5種設(shè)備，它們分別為：鏈板輸送機(jī)，用于工業(yè)固廢替代燃料的運(yùn)送；粗破碎機(jī)，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(jī)，用于將工業(yè)固廢替代燃料中的鐵器吸出，以免鐵質(zhì)材料對(duì)其它設(shè)備造成破壞；皮帶輸送機(jī)，用于初步處理后燃料的運(yùn)輸；細(xì)破碎機(jī)，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(diào)查

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(duì)于這些工業(yè)固廢代替燃料來(lái)說，供應(yīng)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(dòng)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(duì)五種最為常見的燃料進(jìn)行了調(diào)查。

2.1 工業(yè)廢紙

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

2.2 汽車廢料

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

2.3 皮革廢料

來(lái)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(nèi)。

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(lái)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(dāng)中，選擇廢塑料與皮革進(jìn)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(jī)

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

3.2 出料輸送機(jī)

雙軸破碎機(jī)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(jìn)入出料輸送機(jī)。

3.3 磁選機(jī)

在出料輸送機(jī)中間位置安裝1#磁選機(jī)除鐵，除鐵區(qū)域采用鋁合金框架與亞克力板結(jié)構(gòu)的密封室進(jìn)行密封。

3.4 單軸破碎機(jī)

除鐵后的物料通過輸送機(jī)進(jìn)入單軸破碎機(jī)進(jìn)行二級(jí)破碎，通過篩網(wǎng)篩孔尺寸將破碎后的物料粒徑控制在60 mm范圍內(nèi)。

3.5 打包機(jī)和捆包機(jī)

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

3.6 造粒成型機(jī)

小粒徑物料的20%通過前端裝載機(jī)運(yùn)輸至造粒成型機(jī)上料口，通過皮帶輸送機(jī)運(yùn)至勻料倉(cāng)，在輸送機(jī)中間位置通過3#磁選機(jī)再次除鐵，經(jīng)勻料倉(cāng)緩存勻料后物料均勻進(jìn)入兩條造粒成型機(jī)輸送帶，進(jìn)入造粒成型機(jī)經(jīng)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(shè)備上方安裝密封罩除塵除臭裝置，通過風(fēng)管連接除塵罩進(jìn)負(fù)壓抽塵，經(jīng)除塵器、活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排放。

3.8 細(xì)破碎設(shè)置

細(xì)破碎設(shè)置進(jìn)口日光型火花檢測(cè)探頭，配合高壓水噴頭，防止火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[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(yùn)行原理圖

4 結(jié)果分析

4.1 三次風(fēng)溫與窯、爐喂煤比較

在燃料燃燒前與燃燒過程中，通過對(duì)3次風(fēng)溫與窯、爐喂煤量進(jìn)行檢測(cè)，從而得到如表1所示結(jié)果。通過對(duì)表1的觀察可以發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒過程中，風(fēng)的溫度有3次顯著增加，共計(jì)增加了62.8 ℃。窯內(nèi)與爐內(nèi)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(jì)算，應(yīng)用1 t工業(yè)固廢代替燃料時(shí)，能夠替代0.79 t的煤炭。由此表明，在水泥回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)，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(huì)提升窯內(nèi)溫度，從而為水泥的加工提供充足能源。

表1 三次風(fēng)溫與窯、爐喂煤比較結(jié)果

4.2 入窯生料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇10個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為研究對(duì)象，進(jìn)而對(duì)生料內(nèi)的成分進(jìn)行了檢測(cè)，從而得到如表2所示結(jié)果。通過對(duì)表2觀察可以發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒前后，內(nèi)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(jì)。由此表明，在水泥回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)，通過工業(yè)固廢代替燃料，不會(huì)對(duì)生料成分造成影響，可確保生產(chǎn)活動(dòng)正常進(jìn)行[5]。

表2 入窯生料成分比較結(jié)果

4.3 熱生料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇15個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為研究對(duì)象，進(jìn)而對(duì)熱生料的成分進(jìn)行了檢測(cè)，從而得到如表3所示結(jié)果。通過對(duì)表3觀察可以發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒時(shí)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(gè)檢測(cè)點(diǎn)開始，檢測(cè)值上升更加迅猛，但之后又保持動(dòng)態(tài)平衡，處于相對(duì)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(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)，通過工業(yè)固廢代替燃料的應(yīng)用，在一定程度上干擾上升管的結(jié)皮。這是因?yàn)樵谒芰虾推じ镏?，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(jìn)入到熱生料當(dāng)中[6]。所以，為了進(jìn)一步提升工業(yè)固廢代替燃料的應(yīng)用效果，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)燃料內(nèi)S元素與Cl－的處理。

表3 熱生料成分比較結(jié)果

4.4 增濕塔回料成分比較

在燃料燃燒過程中，選擇12個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為研究對(duì)象，進(jìn)而對(duì)增濕塔回料的成分進(jìn)行了檢測(cè)，從而得到如表4所示結(jié)果。通過對(duì)表4觀察能夠發(fā)現(xiàn)，在回料當(dāng)中，SO3與Cl－含量呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，特別是Cl－含量，更是將近提升1倍，由燃燒前的0.041%，增長(zhǎng)到燃燒后的0.082%。且在窯尾處，收塵設(shè)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(jīng)過進(jìn)一步燒成帶處理后，SO3與Cl－融入熟料內(nèi)，使得水泥質(zhì)量保持良好。

表4 增濕塔回料成分比較結(jié)果

4.5 熟料物理性能比較

通過對(duì)熟料物理性能的檢測(cè)，可以得到如表5所示結(jié)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。由此表明，在水泥回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)，通過工業(yè)固廢代替燃料的應(yīng)用，可得到高質(zhì)量的水泥材料。

表5 熟料物理性能比較結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究針對(duì)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(chǔ)，選擇廢紡、廢皮革、塑料為主要材料，分析了應(yīng)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(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不會(huì)受到較大干擾，得到的數(shù)值物理性能符合要求，因而可對(duì)本研究設(shè)計(jì)出的工業(yè)固廢代替燃料加工系統(tǒng)進(jìn)行推廣。