水泥窯協同處置廢舊輪胎研究分析

　　將廢舊輪胎開發為水泥生產替代燃料，可以減少溫室氣體排放，降低不可再生資源的消耗，已成為水泥企業節能降耗的發展趨勢。北京某某環保科技有限公司開展了廢舊輪胎入窯利用中試研究，簡述了廢棄輪胎的化學組成和特性以及輪胎利用的整體方案，比較了輪胎入窯前后的窯工藝參數、熟料質量和污染物排放水平，指出輪胎替代燃料技術可行，分析了存在的問題，提出了幾點建議，旨在促進廢舊輪胎替代燃料的規模化應用。

　　近十多年來，水泥工業在協同處置固廢方面進行了諸多實踐，取得了初步業績，目前配備協同處置的水泥窯占總數的6%以上，水泥工業的利廢環保功能逐漸得到釋放。對水泥企業來說，利用高熱值廢棄物替代天然化石燃料，不僅具有與協同處置其它固廢基本相同的社會效益和環保效益，還能顯著提升其經濟效益，具有日益增長的需求和廣闊的發展前景。與此同時，我國廢舊輪胎年產達2.33億條(約合860萬噸)，97%以上的廢輪胎被丟棄或露天堆放，而1t廢輪胎相當于1.14t標煤，廢舊輪胎是放錯位置的資源。因此利用廢舊輪胎作水泥窯替代燃料既可以無害化處置廢棄物，保護生態環境，又能節約天然能源，一舉兩得。基于上述理念，北京某某環保科技有限公司[以下簡稱“某某公司”]對廢舊輪胎入窯利用進行了現場試驗，本文將對現場試驗情況作簡要分析。

1.輪胎化學成分和特性

　　汽車輪胎材料的主要成分大致為50%的橡膠、25%的炭黑、15%的鋼絲、10%的硫氧化鋅和硫助劑等。廢舊輪胎樣品的工業分析、元素分析及灰分化學組成的數據見表1。

　　由表1可知，輪胎的燃燒熱值很高，作為水泥回轉窯替代燃料的潛力巨大。廢舊輪胎是國際水泥工業使用最廣泛的替代燃料，可以將熟料熱耗降低到3MJ/kg左右，且對喂料系統及設備改動最小，具有可觀的經濟效益。但也有研究表明，摻燒廢舊輪胎會帶來SO2排放增加的風險。另外，由于燃燒殘留的副產物最終會摻入到熟料中，如果影響到水泥的質量，輪胎替代燃料也會難以應用，所以需要關注輪胎灰分對熟料質量的影響。

2.廢舊輪胎利用的總體方案

　　廢棄輪胎作為替代燃料，主要有兩種方式：一是將整輪胎喂入分解爐或分解爐旁的預燃爐，整輪胎氣化分解后的可燃氣體送入分解爐提供熱量;二是將整輪胎先經預處理切成碎片，再通過準確計量后，喂入分解爐內充分燃燒。由于第一種方式需要的改造較大，為盡可能減少投資和改造帶來的影響，某某公司制定了從廢棄輪胎切碎開始至輪胎切片喂入現有生產線分解爐的生產線系統：包括輪胎破碎及粒徑控制的預處理系統、輪胎計量和輸送系統、輪胎碎片的喂料和控制系統。輪胎破碎處理及入窯利用過程如下：

　　廢舊輪胎通過皮帶輸送機送入撕碎機內，撕碎箱內刀片主軸通過電機、減速機變速獲得中速旋轉，把輪胎剪、切、擠、壓，撕成小塊物體，從出料斗排出，最后出來的產品輪胎碎片喂入2#窯系統的分解爐，2#窯系統的生產能力為2500t/d。

　　輪胎切片的尺寸大小決定其在分解爐中是否充分燃燒，而對于輪胎破碎系統，出料尺寸減小時，處理難度逐漸增加，破碎系統的投資和運行成本也急劇增加，輪胎破碎失去整體的經濟性。結合相關應用經驗進行綜合考慮，設計將輪胎切片的3D尺寸確定為95%小于50mm。

　　試驗期間，輪胎破碎和入窯利用的現場情況如圖1和圖2所示。

3.入窯試驗

　　3.1 試驗基本情況

　　破碎輪胎入窯試驗的思路是：首先采集測試前1天的窯工藝數據及排放的空白數據、空白期間煤粉工業分析數據、熟料率值及SO3含量、熟料3天強度等關鍵參數;然后，設定測試時間和破碎輪胎喂料量，達到要求時確定為試驗開始時間，同時記錄或測定窯工藝數據和排放數據等的變化。以達到全面對比廢舊輪胎入窯帶來的影響，摸索和總結廢舊輪胎入窯利用的經驗。琉水公司先后進行了兩次輪胎碎片替代燃煤的試驗，第一次試驗的空白值和試驗情況見表2和表3。第二次試驗的空白值和試驗情況見表4和表5。

　　在兩次廢舊輪胎試驗期間，破碎輪胎喂入量平均2.46和2.76t/h,平均1t輪胎替代標煤分別為0.58t和0.46t，與理論上1t輪胎替代1.14t標煤相比差距較大。其原因如下：

　　(1)輪胎因破碎粒度較大，不完全燃燒產生CO，部分CO在分解爐以上部位繼續燃燒，其產生的熱量并不能明顯減少窯尾的喂煤量，造成輪胎燃燒效率的降低。

　　(2)測試期間尾煤秤波動對測試結果有一定影響。

　　(3)輪胎碎片中含有鋼絲，鋼絲并沒有熱值且還要升溫吸熱，抵消了一部分輪胎燃燒產生的熱量。

　　3.2污染物排放情況

　　從各部位的煙氣成分分析看，加輪胎碎片后燃燒不完全，CO含量增高，輪胎碎片加入量越大燃燒不完全情況越明顯。從窯尾廢氣的排放情況來看，摻燒輪胎未引起水泥窯特征污染物SO2和NOx的增加，且輪胎碎片在加入過程中在同樣排放情況氨水用量有下降趨勢，說明摻燒輪胎可抑制NOx的排放。

　　3.3熟料質量情況

　　輪胎入窯利用的試驗期間對熟料強度和游離鈣指標進行了比對，熟料強度和游離鈣變化情況如表7和表8所示：

　　由表7、8可知，試驗期間熟料強度沒有明顯變化，同時發現窯頭廢氣溫度提高了20-50℃，略有增加。窯頭溫度是了解窯內熟料煅燒質量的指標，從窯頭溫度指標變化也可以看出來，孰料不存在煅燒不完全的情況，孰料質量未受到影響。綜合可知，摻加輪胎對熟料質量的影響不明顯。

4.存在的問題

　　(1)廢舊輪胎破碎和輸送成本比較高，破碎后的大粒徑(60mm)，易對入窯輸送設備造成堵塞，進行規模化應用時，需要整體考慮其經濟性。

　　(2)在輪胎碎片加入量不穩定以及受尾煤波動等因素影響時，會使SO2超標排放的幾率增大，如果要用輪胎替代燃煤必須同時考慮降低SO2排放的措施，以便在SO2超標時能夠迅速的將廢氣中SO2降下來。

5.結論和建議

　　盡管廢舊輪胎作為水泥廠燃料已經被眾多國家的許多企業證明為經濟可行，但這并非意味著可以照搬照抄，通過開展破碎輪胎入窯利用現場試驗，某某公司結合自身特點，總結經驗，推動廢舊輪胎的規模化利用。試驗期間，由于喂入不穩定造成分解爐喂煤頻繁調整，對窯況有一定影響，尾煤喂入量要預留一定的調整空間，輪胎碎片喂入越穩定，尾煤喂入量要預留的調整空間可以越小，一般至少要預留5t/h以上的調整空間。將廢舊輪胎作為替代燃料用于水泥生產時，水泥質量完全符合標準，環保排放也能夠達到有關標準的要求，并不會對環境產生影響。

　　將廢棄輪胎進行有效的熱能利用以代替水泥生產可替代燃料，最大限度降低了水泥生產對原煤的消耗，是水泥工業降低成本的重要手段，在國內尚未建立相應標準與監督管理體系時，水泥企業應當應對需求，實踐先行，探索更好的技術和合作模式。