水泥行業(yè)替代燃料的預(yù)處理與協(xié)同處理

20世紀(jì)70年代，當(dāng)?shù)聡?guó)和奧地利的水泥廠使用第一批替代燃料時(shí)，按照現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)的替代燃料比較粗糙，喂料系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單?；剞D(zhuǎn)窯中熟料生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性能夠保證塊狀顆粒燃料進(jìn)入系統(tǒng)，且有較長(zhǎng)的停留時(shí)間直至完全燒盡。這些燃料包括從窯尾煙室直接喂入的整條輪胎和輪胎碎片，基本可以為熟料生產(chǎn)提供所需將近20%的熱能。沒過(guò)多久，在水泥生產(chǎn)行業(yè)使用“廢物”作為替代燃料的經(jīng)濟(jì)效益就在該行業(yè)得到了廣泛認(rèn)可，進(jìn)而也導(dǎo)致不同類型的垃圾衍生燃料（RDF）的使用增加，例如預(yù)處理的城市垃圾和工業(yè)生產(chǎn)殘留物中的塑料。

然而，早期使用替代燃料的方法的局限性很快也暴露出來(lái)，水泥廠無(wú)法簡(jiǎn)單的通過(guò)向窯尾煙室喂入塊狀顆粒更細(xì)的燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)超過(guò)20%的熱替代率（TSR）。如果想要實(shí)現(xiàn)更高的熱替代率以進(jìn)一步節(jié)約燃料成本，就需要通過(guò)其他途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。最開始，水泥廠將熱值高、尺寸顆粒小的RDF混合到主燃燒器燃料中進(jìn)行燃燒，后來(lái)隨著預(yù)分解工藝越來(lái)越廣泛地推廣，向分解爐中喂入RDF可以使得總熱替代率（TSR）超過(guò)40%，但是該方法需要引入氯旁路放風(fēng)系統(tǒng)，以避免窯尾煙室和分解爐下部的粘性結(jié)塊。

那么，什么是替代燃料？

替代燃料指的是使用可燃廢棄物作為水泥窯熟料生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)天然化石燃料?？扇紡U棄物在水泥工業(yè)中的應(yīng)用不僅可以節(jié)約一次能源，并且有助于環(huán)境保護(hù)，助力我國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治所遵循的“減量化”、“資源化”、“無(wú)害化”（簡(jiǎn)稱“三化”）基本原則。數(shù)據(jù)顯示，如果在水泥生產(chǎn)中使用40％的替代燃料，每生產(chǎn)100萬(wàn)噸熟料將少排放約10萬(wàn)噸二氧化碳，與水泥行業(yè)綠色低碳的發(fā)展方向密切相關(guān)。

我們行業(yè)所稱的“替代燃料”實(shí)際上包含了大量具有不同物理和化學(xué)特性的材料。而且它們之間都有一個(gè)共同點(diǎn)：是由最初并非用作燃料的材料制成的，其顆粒尺寸、化學(xué)組成和水分含量都不是“預(yù)先處理好的”，而且熟料生產(chǎn)過(guò)程需要燃料在水泥窯和分解爐的指定區(qū)域精確釋放熱能，因此，替代燃料需要根據(jù)水泥工藝的要求在特殊的預(yù)處理工廠中進(jìn)行預(yù)加工處理。

替代燃料的預(yù)處理與協(xié)同處置

在水泥廠，任何一種替代燃料使用的經(jīng)濟(jì)性，都是在預(yù)處理和協(xié)同處理之間找到適當(dāng)?shù)钠胶?。他們兩者之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的聯(lián)系：在預(yù)處理上花費(fèi)的投入越多，協(xié)同處理的過(guò)程就越簡(jiǎn)單，因?yàn)樵郊?xì)碎的且深度干燥的替代燃料顆粒，越容易燃燒。例如，在主燃燒器中燃燒替代燃料就不需要復(fù)雜的燃燒技術(shù)，相比之下，粒徑大的、水分高的、輕度預(yù)處理的塊狀替代燃料顆?？赡苄枰粋€(gè)特殊的反應(yīng)器來(lái)幫助它們充分燃燒。一旦實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，就可以在水泥廠進(jìn)行協(xié)同處理。

在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，首選的方法傾向于加大預(yù)處理力度，以生產(chǎn)易于燃燒的工廠友好型替代燃料。事實(shí)上，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化RDF使用的市場(chǎng)和技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了幾次“標(biāo)準(zhǔn)化”RDF的嘗試。然而，由于替代燃料使用的主要?jiǎng)訖C(jī)是降低成本，每個(gè)工廠都會(huì)根據(jù)自己的條件，利用不同的手段來(lái)優(yōu)化其預(yù)處理和協(xié)同處理成本之間的平衡，而且每個(gè)水泥廠的平衡點(diǎn)都是不同的。這種不匹配，再加上各種類型替代燃料的分布不一致，以及水泥廠的專業(yè)技術(shù)能力的不一致，意味著RDF標(biāo)準(zhǔn)化的嘗試迄今尚未得到足夠的支持。

下圖顯示了水泥廠中替代燃料預(yù)處理和協(xié)同處理的投資成本與替代燃料質(zhì)量之間的相互依賴關(guān)系。由于無(wú)論替代燃料預(yù)處理的程度如何，都必須安排接收、儲(chǔ)存、處理和計(jì)量的相應(yīng)裝置，因此該投資成為了使用任何質(zhì)量替代燃料的基礎(chǔ)平臺(tái)。從這一點(diǎn)開始，隨著質(zhì)量的進(jìn)一步提高，預(yù)處理成本顯著上升。

安裝深度處理替代燃料設(shè)備的投資成本與低預(yù)處理替代燃料設(shè)備的投資成本相差不大，然而，與深度處理替代燃料相比，使用低預(yù)處理替代燃料的成本效益表明，隨著時(shí)間的推移，運(yùn)營(yíng)支出顯著降低。這一點(diǎn)，以及越來(lái)越多的使用更多的主要是水分高的、難以點(diǎn)燃的生物質(zhì)替代燃料的需求，導(dǎo)致越來(lái)越多的水泥生產(chǎn)商尋找能夠處理任何類型或質(zhì)量的替代燃料技術(shù)。這為他們的替代燃料采購(gòu)流程提供了靈活性，可以工廠自行采購(gòu)或由外部供應(yīng)商交付，同時(shí)節(jié)省了預(yù)處理成本。

德國(guó)洪堡PYROROTOR?

德國(guó)洪堡在線回轉(zhuǎn)焚燒爐 PYROROTOR?用于處理水泥生產(chǎn)中燃燒性能較差的替代燃料，通過(guò)德國(guó)洪堡在水泥工藝中對(duì)替代燃料進(jìn)行協(xié)同處理的系列模塊化解決方案，PYROROTOR ?能夠滿足即使是預(yù)處理程度最低的替代燃料，也能達(dá)到最高熱替代率的要求。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)于需要處置的替代燃料的尺寸和材料方面具有很大的靈活性，整個(gè)輪胎、輪胎碎片、粗糙和塊狀材料、難點(diǎn)燃材料，甚至污染和危險(xiǎn)材料都可以在回轉(zhuǎn)焚燒爐中燃燒，可以盡量減少或完全避免對(duì)替代燃料進(jìn)行復(fù)雜且昂貴的預(yù)處理。

對(duì)于水泥廠而言，PYROROTOR?無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)上還是在環(huán)境上都是對(duì)工廠運(yùn)營(yíng)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的可持續(xù)投資，而且其物料適應(yīng)性強(qiáng)的工藝特點(diǎn)，能夠滿足對(duì)未來(lái)可能處理的任何廢物衍生燃料進(jìn)行協(xié)同處理，且無(wú)需進(jìn)行額外的后續(xù)改造。此外，因使用廢棄材料生產(chǎn)水泥，在減少氮氧化物排放的同時(shí)也降低了生產(chǎn)水泥熟料對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的影響。是一種將可持續(xù)、低成本的水泥生產(chǎn)與更清潔的環(huán)境相結(jié)合的技術(shù)。

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