水泥行业替代燃料的预处理与协同处理

水泥德国洪堡KHD 2022-04-08

替代燃料指的是使用可燃废弃物作为水泥窑熟料生产，替代传统天然化石燃料。可燃废弃物在水泥工业中的应用不仅可以节约一次能源，并且有助于环境保护。

20世纪70年代，当德国和奥地利的水泥厂使用第一批替代燃料时，按照现在的标准，当时的替代燃料比较粗糙，喂料系统也比较简单。回转窑中熟料生产工艺的稳定性能够保证块状颗粒燃料进入系统，且有较长的停留时间直至完全烧尽。这些燃料包括从窑尾烟室直接喂入的整条轮胎和轮胎碎片，基本可以为熟料生产提供所需将近20%的热能。没过多久，在水泥生产行业使用“废物”作为替代燃料的经济效益就在该行业得到了广泛认可，进而也导致不同类型的垃圾衍生燃料（RDF）的使用增加，例如预处理的城市垃圾和工业生产残留物中的塑料。

然而，早期使用替代燃料的方法的局限性很快也暴露出来，水泥厂无法简单的通过向窑尾烟室喂入块状颗粒更细的燃料来实现超过20%的热替代率（TSR）。如果想要实现更高的热替代率以进一步节约燃料成本，就需要通过其他途径来实现。最开始，水泥厂将热值高、尺寸颗粒小的RDF混合到主燃烧器燃料中进行燃烧，后来随着预分解工艺越来越广泛地推广，向分解炉中喂入RDF可以使得总热替代率（TSR）超过40%，但是该方法需要引入氯旁路放风系统，以避免窑尾烟室和分解炉下部的粘性结块。

那么，什么是替代燃料？

替代燃料指的是使用可燃废弃物作为水泥窑熟料生产，替代传统天然化石燃料。可燃废弃物在水泥工业中的应用不仅可以节约一次能源，并且有助于环境保护，助力我国固体废物污染环境防治所遵循的“减量化”、“资源化”、“无害化”（简称“三化”）基本原则。数据显示，如果在水泥生产中使用40％的替代燃料，每生产100万吨熟料将少排放约10万吨二氧化碳，与水泥行业绿色低碳的发展方向密切相关。

我们行业所称的“替代燃料”实际上包含了大量具有不同物理和化学特性的材料。而且它们之间都有一个共同点：是由最初并非用作燃料的材料制成的，其颗粒尺寸、化学组成和水分含量都不是“预先处理好的”，而且熟料生产过程需要燃料在水泥窑和分解炉的指定区域精确释放热能，因此，替代燃料需要根据水泥工艺的要求在特殊的预处理工厂中进行预加工处理。

替代燃料的预处理与协同处置

在水泥厂，任何一种替代燃料使用的经济性，都是在预处理和协同处理之间找到适当的平衡。他们两者之间有一个简单的联系：在预处理上花费的投入越多，协同处理的过程就越简单，因为越细碎的且深度干燥的替代燃料颗粒，越容易燃烧。例如，在主燃烧器中燃烧替代燃料就不需要复杂的燃烧技术，相比之下，粒径大的、水分高的、轻度预处理的块状替代燃料颗粒可能需要一个特殊的反应器来帮助它们充分燃烧。一旦实现了这一点，就可以在水泥厂进行协同处理。

在许多发达国家，首选的方法倾向于加大预处理力度，以生产易于燃烧的工厂友好型替代燃料。事实上，为了进一步简化RDF使用的市场和技术，已经进行了几次“标准化”RDF的尝试。然而，由于替代燃料使用的主要动机是降低成本，每个工厂都会根据自己的条件，利用不同的手段来优化其预处理和协同处理成本之间的平衡，而且每个水泥厂的平衡点都是不同的。这种不匹配，再加上各种类型替代燃料的分布不一致，以及水泥厂的专业技术能力的不一致，意味着RDF标准化的尝试迄今尚未得到足够的支持。

下图显示了水泥厂中替代燃料预处理和协同处理的投资成本与替代燃料质量之间的相互依赖关系。由于无论替代燃料预处理的程度如何，都必须安排接收、储存、处理和计量的相应装置，因此该投资成为了使用任何质量替代燃料的基础平台。从这一点开始，随着质量的进一步提高，预处理成本显著上升。

安装深度处理替代燃料设备的投资成本与低预处理替代燃料设备的投资成本相差不大，然而，与深度处理替代燃料相比，使用低预处理替代燃料的成本效益表明，随着时间的推移，运营支出显著降低。这一点，以及越来越多的使用更多的主要是水分高的、难以点燃的生物质替代燃料的需求，导致越来越多的水泥生产商寻找能够处理任何类型或质量的替代燃料技术。这为他们的替代燃料采购流程提供了灵活性，可以工厂自行采购或由外部供应商交付，同时节省了预处理成本。

德国洪堡PYROROTOR®

德国洪堡在线回转焚烧炉 PYROROTOR®用于处理水泥生产中燃烧性能较差的替代燃料，通过德国洪堡在水泥工艺中对替代燃料进行协同处理的系列模块化解决方案，PYROROTOR ®能够满足即使是预处理程度最低的替代燃料，也能达到最高热替代率的要求。同时，该技术对于需要处置的替代燃料的尺寸和材料方面具有很大的灵活性，整个轮胎、轮胎碎片、粗糙和块状材料、难点燃材料，甚至污染和危险材料都可以在回转焚烧炉中燃烧，可以尽量减少或完全避免对替代燃料进行复杂且昂贵的预处理。

对于水泥厂而言，PYROROTOR®无论是在经济上还是在环境上都是对工厂运营未来可持续发展的可持续投资，而且其物料适应性强的工艺特点，能够满足对未来可能处理的任何废物衍生燃料进行协同处理，且无需进行额外的后续改造。此外，因使用废弃材料生产水泥，在减少氮氧化物排放的同时也降低了生产水泥熟料对于环境产生的影响。是一种将可持续、低成本的水泥生产与更清洁的环境相结合的技术。

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