AFR在水泥回转窑替代煤的研究与应用

ＡＦＲ在水泥回转窑替代煤的研究与应用

2007-12-21 作者:

在熟料生产过程中可提供能量和原料

的废物，国外简称ＡＦＲ。

有效利用可燃性固体废弃物替代部

分燃料和原料，既可以使企业实施清洁

生产、节约能源、降低成本、提高效益，

又为其它企业解决了废弃物的出路。在

过去２０年中，欧洲水泥工业的能源消

耗已减少约３０％，相当于每年节省１１００万吨标煤。表１是几个国家水泥工业替代燃料和原料（ＡＦＲ）使用概况。

我公司在２００４年开始进行利用工业固体废料作为水泥生产二次燃料的试烧工作，经过较长时间的摸索和实践，在这方面取得一些数据和经验。本文主要介绍我公司工业可燃性固体废料从收集、处理到试烧阶段，窑系统工艺的综合情况（数据的收集集中在进行试烧试验的两天内）。

１可燃性废弃物的收集

通过调查，在珠三角一带地区可以收集到相当数量可用于替代水泥燃原料的可燃性固体废弃物，包括废纸、废塑料、废生物燃料（如稻壳、干的下水道污泥）、废皮革、废机油、木屑、废布料、废海绵、废电线等。公司下属的珠江水泥厂、越堡水泥厂都具备处理这些废料的能力。就这些废料的供应量和热值，我们也做了充分的调研，主要情况是：（１）废纸的可用数量较大，可供总量大于６０００ｔ／月，热值约在１６７２０～２０９００ｋＪ／ｋｇ左右。

（２）汽车废料主要来源于拆除报废车弃置的塑料、皮革和木屑等，其热值约有２０９００～２５０８０ｋＪ／ｋｇ，其中一个供应点每天就能提供４～５ｔ的废料，货源较为充足，而且以我国汽车工业的发展状态看，汽车废料资源将会是今后最大的资源之一。

（３）皮革废料的热值在１８８１０～２２９９０ｋＪ／ｋｇ左右，数量６００ｔ／月以上。

（４）废电线的热值在２０９００～２５０８０ｋＪ／ｋｇ左右，数量１００ｔ／月左右。

（５）废布料的数量较多，但热值不高，加工有一定难度，直接焚烧处理。

２废料的预处理和喂料方式

为使废料试用工作顺利进行，我们选点设立了废料处理站，通过一系列工序对固体废料

进行分类、筛选、烘干、破碎、包装和搭配等预处理，使不同类别、不同热值的废料混合比较均匀，水分小于１０．０％，粒径小于３０ｍｍ×３０ｍｍ，便于输送和煅烧。另外废料处理站会发出轻微的异味，对工作人员影响不大，正式处理时考虑负压操作。

目前选择公司下属的珠江水泥厂进行废料的试用工作，在不同的喂料点将ＡＦＲ喂入窑内，如：通过窑头主燃烧器、通过窑尾烟室、经由分解炉燃烧器等；我厂的水泥窑系统为带分解炉的双列（分窑列和炉列）五级预热器窑，配备篦式冷却机。试用前期，废料投料口设在靠近三次风管与分解炉（窑尾）的连接处，利用可调速的绞刀运槽，通过分隔轮喂入三次风管后进行煅烧。通过反复试用、不断改进，该部位的试烧工作比较成功。

近期，为加大废料试用量，我们又在窑头部位增设投料口，尝试从窑头将废料输送入窑煅烧，以进一步减少用煤量。

３试烧过程数据统计与分析

用调速绞刀输送机将废料（废旧皮革和塑料，其成分见表２）喂入分解炉底部三次风管，废料平均喂料量为０．９０ｔ／ｈ。实践证明，废料喂料的稳定性非常重要，如果波动太大，三次风温受影响的程度也会随之增加，不利于窑系统工况的稳定。另外，废料在三次风管内如果燃烧不够完全，将会下沉至分解炉底部燃烧，将对煅烧产生不利影响，所以必须提高废料的燃烧速度。这一点可通过控制废料的水分和降低废料的粒径实现。

下面通过一些数据来说明窑尾试烧废料的情况（表中的“试烧前”数据为废料投料前１６ｈ的平均值，试烧废料为废旧皮革和塑料碎物）：

（１）试烧前和试烧期间三次风温和窑、炉喂煤对比（表３）。

由表３可见，在试烧废料期间，三次风的温度提高了６２．８℃。总喂煤量较之前减少了０．６９ｔ／ｄ，降低幅度达３．５％，即１ｔ废料可替代０．７７ｔ煤粉。

这说明用废料替代燃煤，有效地提高了燃烧温度，同时也使用煤量有所减少。

（２）试烧前和试烧期间入窑生料成分比较（表４）。

通过用试烧期间１５个数据的平均值与试烧前的数据进行对比，发现入窑生料的成分，

特别是Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＳＯ３、Ｃｌ－等有害成分的含量无明显变化。说明废料中的成分对入窑生料的成分没有影响。

（３）试烧前和试烧期间热生料成

分比较（表５）。

从表５可以看出，随着废料在窑系统焚烧的时间延长，初期热生料中的Ｋ２Ｏ、ＳＯ３、Ｃｌ－等成分含量会逐渐升高，特别是从第１２个样品开始，数值明显升高，但一定时间后，会达到一种动态的平衡，基本稳定在比较高的水平，尤其是Ｃｌ－含量由试烧前的０．１６１％上升为试烧后的０．３９６％，增幅较大。这些有害成分的增加会对上升管的结皮带来不利影响。

这些热生料中有害成分的增加，主要是由废橡胶中的Ｓ和Ｃｌ－带入的，所以我们在不断摸索废料的最大投入量，控制其占燃料总量的比值，以减轻废料的焚烧对水泥生产的影响程度。

（４）试烧前和试烧期间增湿塔回料成分比较（表６）。

废料试烧过程中，增湿塔的回料中ＳＯ３、Ｃｌ－含量较试烧前有所上升，尤其是Ｃｌ－含量由０．０４６％上升为０．０８７％，增加了近一倍。窑尾的袋式收尘器运行稳定，压差无明显的变化，所排出的烟气颜色未发生明显变化。

值得说明的是，由废料带入到热生料及增湿塔回料中ＳＯ３、Ｃｌ－成分，最终经烧成带后会固熔到熟料中，对最终产品水泥的质量不会产生影响。

回转窑煅烧过程由于主要原材料是石灰石，窑系统工艺造就了一个碱性吸收的环境，也使得烟气中ＳＯ３、Ｃｌ－经化合的排放量减少，甚至经窑系统高温处理后，二次燃料有害成分中的大部分的微量重金属离子将会固熔在熟料中，避免在大气中扩散，成为二次污染。

我们认为，在水泥生产过程中，协同处理固体废物具有如下几点特征：

ａ窑系统的碱性环境有利于挥发份在气体阶段进行吸附，这种内部气体清洁造成了诸如ＳＯ２、ＨＣｌ、ＮＨ３成分的低排放，除了水银外，大多数重金属也会出现这种情况；

ｂ１４５０℃的熟料反应温度可以把废料焚烧的残渣，尤其是重金属以化学方式固化到熟料中去，解决了焚烧残渣的出路问题；

ｃ通过高热值的废物取代一次燃料，可以使能量高效回收。

（５）试烧前和试烧期间熟料化学成分和物理性能比较（表７、８）。

从表７、８可以看出，除熟料中ＳＯ３含量和烧失量稍有上升外；其物理性能包括比表面积、凝结时间和强度等方面均未受到不利影响，３ｄ强度＞３１ＭＰａ，２８ｄ强度＞５９ＭＰａ，熟料质量基本稳定。

（６）试烧前和试烧期间环保检测结果见表９。

由环保检测结果表明，废气中ＮＯＸ和粉尘的含量变化不大，但是ＳＯ２和ＣＯ含量略有上升，分别增加了７．６６ｍｇ／ｍ３和５４．６ｍｇ／ｍ３。按常理来说，主要与我们窑系统控制操作有关。随着操作控制的熟练和喂入二次燃料的稳定，窑系统能监控到的ＣＯ含量将恢复正常。

为进一步检验燃烧废料的烟气对大气产生的影响，我公司委托浙江大学分析测试中心，在２００６年１月进行的废皮革、塑料的燃烧试验过程中，进行了回转窑烟囱烟气现场采样及样品的“二恶英”毒性当量含量检测。根据两个样品的测试结果，二恶英的排放量分别为０．０５５ｎｇＩ－ＴＥＱ／ｍ３（标）（工况一）和０．０３１ｎｇＩ－ＴＥＱ／ｍ３（标）（工况二），远低于我国垃圾焚烧炉污染排放标准?眼１ｎｇＩ－ＴＥＱ／ｍ３（标）?演以及危险废物焚烧污染排放标准?眼０．５ｎｇＩ－ＴＥＱ／ｍ３（标）]，还优于欧盟垃圾焚烧炉污染排放标准[０．１ｎｇＩ－ＴＥＱ／ｍ３（标）]。

４结论

（１）我公司利用废皮革、塑料等工业、生活等可燃废料做水泥回转窑的二次燃料，其收集、处理和试烧工作已初步达到预期的目的，１ｔ废料相当于０．７１～０．７７ｔ煤粉。我公司通过试烧后一直在用可燃性废料来替代一部分煤，目前的废料的掺入量从试生产的１．５％增加到４．８％，我们还将加强研究，进一步加大废料掺入量，减少原煤消耗量，控制其、对水泥生产的危害，以及对水泥质量的不利影响。

（２）废料试烧期间，我们已经对周围环境的影响进行过监控论证，如“二恶英”的检测，数据表明对环境不会造成二次污染。

（３）在资源收集方面，通过多方位、多渠道的努力，可燃性固体废料的使用量是能够得到保障的。

（４）在试烧废料时，只要中控室对窑的工况控制得当，产品质量以及周边环境都不会有影响。