廢舊輪胎替代燃煤作為燃料在水泥窯中的應用分析

廢舊輪胎作為水泥窯替代燃料的合理性

廢舊輪胎tire derived fuel 簡稱為TDF能源，廢棄輪胎是易燃品，其主要成分為橡膠（約占55%）和炭黑（約占27%），其次為鋼絲（約占12%）和硫（約占1%），其燃燒熱值高達7600kcal/kg 以上，且具有水分低的優(yōu)勢，可以作為水泥回轉(zhuǎn)窯的能源替代燃料（燃料替代率最高可以達到50%），尤其是在碳達峰碳中和的目標下以及動力煤價格高企的當下，廢舊輪胎替代燃煤作為燃料有其合理和必然性。水泥窯在燒制水泥熟料的過程中需要大量的熱能，且燒制過程中最高溫度高達1300℃以上，如果將廢棄輪胎替代部分原煤，輪胎在水泥窯中經(jīng)高溫燃燒后：第一可消解滾滾黑煙和惡臭；其次燃燒過程中所產(chǎn)生的煙氣中的硫，可在水泥窯預熱器中被生料吸收，并不外排入大氣，因輪胎中的硫含量低，不會對水泥熟料的燒成過程和熟料品質(zhì)產(chǎn)生影響；第三，輪胎中的鋼絲高溫熔解后正可用作水泥熟料所需的鐵質(zhì)較正原料；第四，炭黑和橡膠燃燒后的灰燼也被吸收燒成為水泥熟料，并不外排任何固體廢物。因而通過水泥窯協(xié)同處置廢棄輪胎，可以消納大量廢棄輪胎的同時，還可部分取代水泥熟料燒制所需要的原煤，節(jié)省煤炭資源，又不新增氣、固體等二次排放污染，可謂一舉兩得。

廢舊輪胎作為替代燃料的特性

相同質(zhì)量的廢舊輪胎比標煤多產(chǎn)生25%的熱量，即使用TDF能源替代煤時，1噸TDF燃料產(chǎn)生的熱量相當于1.25噸標煤。與單獨使用廢輪胎和煤作燃料相比，廢舊輪胎的使用可以明顯改善高灰煤的燃燒特性，尤其是其點火性能，表明廢輪胎與低質(zhì)煤可以共同燃燒，因此使用TDF替代能源可以減少優(yōu)質(zhì)煤炭的使用。

輪胎橡膠由60%的揮發(fā)性有機物，30%的固定碳和10%的灰飛組成。熱重分析顯示橡膠輪胎在250℃開始高溫分解，，起始燃燒溫度約430℃，燃燒終止溫度約760℃。大體上，輪胎分解的固體灰分與水泥熟料融合。輪胎中15%左右的鐵絲，可以在回轉(zhuǎn)窯中的高溫中融化，并參與形成熟料礦物，替代了部分配料中的鐵質(zhì)原料。輪胎中的鋅和其他重金屬元素，很多研究和實際生產(chǎn)已經(jīng)證明，絕大部分被固化在熟料中，實際生產(chǎn)中的熟料質(zhì)量和排放指標都沒有受到影響。另外采用輪胎切片替代燃料，窯尾排放廢氣中的NOx、SOx指標也受到關(guān)注，大多數(shù)的研究報告說明排放沒有明顯的變化，甚至NOx有降低的趨勢。水泥回轉(zhuǎn)窯中1600 攝氏度的高溫有利于廢輪胎膠片高溫燃燒；水泥窯燒成段停留時間長，廢輪胎膠片燃燒時間充足；水泥窯不停旋轉(zhuǎn)，對物料的擾動大，可以保證廢輪胎膠片完全燃燒；同時可在水泥窯窯頭和窯尾設置在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以對污染物進行有效的監(jiān)控。

廢舊輪胎作為替代燃料的處置工藝

水泥窯協(xié)同處置廢棄輪胎，應將廢棄輪胎在穩(wěn)定燃燒溫度以上的區(qū)域投入，以保證焚毀效果。因此，建議將整輪胎先經(jīng)預處理切成碎片，再通過準確計量后，喂入分解爐內(nèi)充分燃燒。

廢棄輪胎收集進場后，經(jīng)自卸車或鏟車輔助卸料至廢棄輪胎堆棚暫存。根據(jù)進廠輪胎外觀直徑確定是否需要抽絲作業(yè)，輪胎直徑≤1000mm 破碎作業(yè)時，經(jīng)鏟車將輪胎喂入料斗內(nèi)；輪胎直徑≥1000mm 在入破碎機之前進行抽絲作業(yè)，經(jīng)過抽絲后的輪胎再入破碎機進行破碎。經(jīng)皮帶輸送機輸送至破碎機進行破碎，廢棄輪胎經(jīng)過破碎后形成粒徑≤50mm 的輪胎碎片，而后經(jīng)皮帶輸送機輸送，并在皮帶機尾端進行一次磁選，分離出部分金屬，磁選后輸送至碎片暫存區(qū)儲存，再進入入窯輸送系統(tǒng)。