废旧轮胎替代燃煤作为燃料在水泥窑中的应用分析

废旧轮胎tire derived fuel 简称为TDF能源，废弃轮胎是易燃品，其主要成分为橡胶（约占55%）和炭黑（约占27%），其次为钢丝（约占12%）和硫（约占1%），其燃烧热值高达7600kcal/kg 以上，且具有水分低的优势，可以作为水泥回转窑的能源替代燃料（燃料替代率最高可以达到50%），尤其是在碳达峰碳中和的目标下以及动力煤价格高企的当下，废旧轮胎替代燃煤作为燃料有其合理和必然性。水泥窑在烧制水泥熟料的过程中需要大量的热能，且烧制过程中最高温度高达1300℃以上，如果将废弃轮胎替代部分原煤，轮胎在水泥窑中经高温燃烧后：第一可消解滚滚黑烟和恶臭；其次燃烧过程中所产生的烟气中的硫，可在水泥窑预热器中被生料吸收，并不外排入大气，因轮胎中的硫含量低，不会对水泥熟料的烧成过程和熟料品质产生影响；第三，轮胎中的钢丝高温熔解后正可用作水泥熟料所需的铁质较正原料；第四，炭黑和橡胶燃烧后的灰烬也被吸收烧成为水泥熟料，并不外排任何固体废物。因而通过水泥窑协同处置废弃轮胎，可以消纳大量废弃轮胎的同时，还可部分取代水泥熟料烧制所需要的原煤，节省煤炭资源，又不新增气、固体等二次排放污染，可谓一举两得。

一、废旧轮胎作为代替燃料的特性：相同质量的废旧轮胎比标煤多产生25%的热量，即使用TDF能源替代煤时，1吨TDF燃料产生的热量相当于1.25吨标煤。与单独使用废轮胎和煤作燃料相比，废旧轮胎的使用可以明显改善高灰煤的燃烧特性，尤其是其点火性能，表明废轮胎与低质煤可以共同燃烧，因此使用TDF替代能源可以减少优质煤炭的使用。轮胎橡胶由60%的挥发性有机物，30%的固定碳和10%的灰飞组成。热重分析显示橡胶轮胎在250℃开始高温分解，，起始燃烧温度约430℃，燃烧终止温度约760℃。大体上，轮胎分解的固体灰分与水泥熟料融合。轮胎中15%左右的铁丝，可以在回转窑中的高温中融化，并参与形成熟料矿物，替代了部分配料中的铁质原料。轮胎中的锌和其他重金属元素，很多研究和实际生产已经证明，绝大部分被固化在熟料中，实际生产中的熟料质量和排放指标都没有受到影响。另外采用轮胎切片替代燃料，窑尾排放废气中的NOx、SOx指标也受到关注，大多数的研究报告说明排放没有明显的变化，甚至NOx有降低的趋势。水泥回转窑中1600 摄氏度的高温有利于废轮胎胶片高温燃烧；水泥窑烧成段停留时间长，废轮胎胶片燃烧时间充足；水泥窑不停旋转，对物料的扰动大，可以保证废轮胎胶片完全燃烧；同时可在水泥窑窑头和窑尾设置在线监测系统，可以对污染物进行有效的监控。

二、废旧轮胎作为代替燃料的处置工艺

水泥窑协同处置废弃轮胎，应将废弃轮胎在稳定燃烧温度以上的区域投入，以保证焚毁效果。因此，建议将整轮胎先经预处理切成碎片，再通过准确计量后，喂入分解炉内充分燃烧。废弃轮胎收集进场后，经自卸车或铲车辅助卸料至废弃轮胎堆棚暂存。根据进厂轮胎外观直径确定是否需要抽丝作业，轮胎直径≤1000mm 破碎作业时，经铲车将轮胎喂入料斗内；轮胎直径≥1000mm 在入破碎机之前进行抽丝作业，经过抽丝后的轮胎再入破碎机进行破碎。经皮带输送机输送至破碎机进行破碎，废弃轮胎经过破碎后形成粒径≤50mm 的轮胎碎片，而后经皮带输送机输送，并在皮带机尾端进行一次磁选，分离出部分金属，磁选后输送至碎片暂存区储存，再进入入窑输送系统。