摘 要：粤东地区某水泥厂利用预分解窑水泥生产线进行替代燃料直投试验，试验中发现预燃炉工况稳定性差，系统中氯含量上升，物料结皮严重。实践表明，可燃废弃物收集、分类、配伍、均化、预处理有利于替代燃料成分、性质的稳定，能够减小对水泥窑炉热工状况的影响；水泥窑协同过程中可以投加的位置多，需要根据替代燃料的性质选择合适的投加点，针对大块难燃的替代燃料就需要增加其燃烧空间和时间，减少堆积结块的风险。

关键词：水泥窑；替代燃料；预处理；投料点

0 引言

垃圾是放错位置的资源，尤其是一些具有一定热值的可燃废弃物，能够作为替代燃料有效代替化石燃料。发达国家经过多年的发展，替代燃料应用模式早已度过了一家一户、自制自用的初级阶段，水泥窑应用替代燃料技术更是得到了长足的进步，一些欧洲发达国家水泥窑的替代率(TSR)更是达到了60%以上。

近年来，国内的水泥企业也逐步认识到了使用替代燃料、发展替代燃料产业的重要性，尤其是在“双碳”背景下，使用固体废物作为水泥生产的替代燃料，是水泥行业尽快实现“双碳”目标的有效措施之一。粤东地区某水泥企业利用来自珠三角地区的废布料、塑料、纸屑等一般固体废物作为替代燃料对窑尾燃煤进行粗放式的试验性替代，试验中发现预燃炉工况稳定性差，系统中氯含量上升，物料结皮严重。本文就该试验的情况进行总结。

01 水泥窑用固体替代燃料工艺介绍

目前水泥企业常用的替代燃料包括具有一定热值的布料、塑料、秸秆、木材、纸张、皮革等一般固体废物，由于替代燃料成分复杂，需要经过均化和预处理，使替代燃料粒径达到入窑需求，成分和性质较为稳定后投入水泥生产系统中替代部分燃煤。

如图1所示，在预分解窑水泥生产线中，替代燃料人窑投加点主要有两个，不同的投料点适用于成分和性质不同的替代燃料。窑头主燃烧器周边环境温度较高，是水泥熟料烧成的关键部位，对于燃料热值、火焰位置和形状要求严格，主要用于投加热值较高、粒度较小且足够均质化的气态(填埋气、分解气等)、液态、半固态、固态颗粒替代燃料。窑尾投加对于替代燃料的品质的要求没有那么严格，可以投加粒度较大的固体替代燃料，投料点根据替代燃料尺寸大小、燃尽的难易程度和进入系统后的悬浮发散状态等，选择三次风管、窑尾烟室以及分解炉。

图1 替代燃料投加点示意图

02 工艺方案实例

粤东地区某水泥企业利用来自珠三角地区的废布料、塑料、纸屑等一般固体废物作为替代燃料替代窑尾燃煤。依托一条5000t/d预分解窑水泥熟料生产线，水泥窑规格 Φ4.8m×72m，窑尾为双列5级预热器，分解炉为旋流式分解炉，并带有两列预燃炉。收集的一般固废经初步破碎后粒度约为80mm，运送入厂经简单暂存和计量后，从三次风管水平处投加，经三次风管喂入预燃炉。在三次风管靠近窑尾预燃炉处开口投加，替代燃料在三次风的作用下带入预燃炉，在预燃炉中燃烧的同时在离心力的作用下沿炉壁螺旋下降，最终燃烧残渣落入窑尾烟室，燃烧产生的热量随气流由分解炉底部向上流动。

图2 替代燃料窑尾投加点示意图

经过3个月的使用，替代燃料投料量稳定在1.5～1.8 t/h左右，尾煤送煤风压下降约1.3 kPa，每小时降低尾煤煤粉用量约0.9t，折算原煤用量1t，一天可降低原煤用量约24t，即1t替代燃料可节原差、窑况变得较为敏感、结皮较多、窑皮厚、窑电流波动大、C5预热器热生料和熟料氯含量不断上升(见表2所示)，且在替代燃料落料口(三次风管水平段至预燃炉入口)结渣严重且较硬等现象;结渣堆积严重，影响炉内用风，对系统影响大，需要频繁开门清理。

表1 替代燃料投入使用前后熟料质量对比

表2 替代燃料投入使用前后窑炉工况对比

03 原因分析及对策

实践中发现，预燃炉工况稳定性差，系统中氯含量上升，物料结皮严重。

3.1 预燃炉工况稳定性差及解决办法

解决此问题的方法一方面是发展前端替代燃料市场，做好替代燃料预处理工作，从收料过程就开始进行分类和调配，另一方面扩大替代燃料堆场，在储存的同时做好均化工作调配稳定入窑，成分稳定的入窑物料是工况稳定的条件之一。

3.2 系统中氯含量上升及解决办法

氯是水泥窑协同处置过程中造成系统结皮堵塞的最主要的因素。降低氯含量的方法一是做好替代燃料的质量控制工作，二是增加旁路放风除氯系统，在窑尾烟室氯富集的位置开口抽取一定比例的烟气，经冷却、收尘等工艺处理后排放，以较少的热量损失减少系统中氯的不良影响。

3.3 物料结皮严重及解决办法

经现场勘察发现，在替代燃料中存在一部分大尺寸的结团料和少部分小铁器，这些物料由于粒径和比重较高，现有三次风风速并不足以将其带入预燃炉中，在投料点进行投加后，直接落在落料口下方三次风管水平段中，并在此处堆积，长时间的高温环境使之最终成为硬度较高的结皮，难以清理。解决此问题的方法一方面是增强对替代燃料的管控，另一方面是对工艺进行改进，选择更优的投料点。

图3 结块位置与结块的物料

针对替代燃料落料口结渣的问题，相关部门对工艺进行了改进，将投料位置由原来的三次风管水平段接近预燃炉处改为预燃炉顶，如图4所示，物料从投料点投加后，在预燃炉中有更广阔的空间，有更长的时间供物料燃烧，有利于物料的完全燃烧，未能完全燃烧的物料落入分解炉中继续燃烧，不会造成结渣堵塞现象。工艺改进后系统已经运行了30d，不仅没有出现结块的现象，投加量也稳步增加，约3～3.5 t/h。

图4 工艺改进后投料点示意图

04 结束语

综上所述，水泥窑粗放式地使用固废替代燃料，预燃炉工况稳定性差，系统中氯含量上升，物料结皮严重。本次实践经验如下：

1.对于水泥窑应用固体废物替代燃料过程中，规范前端市场是重要的一环，前端的物料收集、分类、配伍、均化、预处理有利于替代燃料成分、性质的稳定，能够减小对水泥窑炉热工状况的影响。

2.水泥窑协同使用替代燃料，可以投加的位置多，需要根据替代燃料的性质选择合适的投加点，针对大块难燃的替代燃料就需要增加其燃烧空间和时间，减少堆积结块的风险。

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作者：李海雁、张文博

单位：广东塔牌集团股份有限公司

来源：《新世纪水泥导报》2023年第3期