水泥窯協(xié)同處置廢舊輪胎研究分析

　　將廢舊輪胎開發(fā)為水泥生產(chǎn)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(yè)節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢。北京某某環(huán)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(xué)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(shù)、熟料質(zhì)量和污染物排放水平，指出輪胎替代燃料技術(shù)可行，分析了存在的問題，提出了幾點(diǎn)建議，旨在促進(jìn)廢舊輪胎替代燃料的規(guī)模化應(yīng)用。

　　近十多年來，水泥工業(yè)在協(xié)同處置固廢方面進(jìn)行了諸多實(shí)踐，取得了初步業(yè)績，目前配備協(xié)同處置的水泥窯占總數(shù)的6%以上，水泥工業(yè)的利廢環(huán)保功能逐漸得到釋放。對水泥企業(yè)來說，利用高熱值廢棄物替代天然化石燃料，不僅具有與協(xié)同處置其它固廢基本相同的社會效益和環(huán)保效益，還能顯著提升其經(jīng)濟(jì)效益，具有日益增長的需求和廣闊的發(fā)展前景。與此同時(shí)，我國廢舊輪胎年產(chǎn)達(dá)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(dāng)于1.14t標(biāo)煤，廢舊輪胎是放錯(cuò)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(hù)生態(tài)環(huán)境，又能節(jié)約天然能源，一舉兩得。基于上述理念，北京某某環(huán)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(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，本文將對現(xiàn)場試驗(yàn)情況作簡要分析。

1.輪胎化學(xué)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(yè)分析、元素分析及灰分化學(xué)組成的數(shù)據(jù)見表1。

　　由表1可知，輪胎的燃燒熱值很高，作為水泥回轉(zhuǎn)窯替代燃料的潛力巨大。廢舊輪胎是國際水泥工業(yè)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(tǒng)及設(shè)備改動最小，具有可觀的經(jīng)濟(jì)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(fēng)險(xiǎn)。另外，由于燃燒殘留的副產(chǎn)物最終會摻入到熟料中，如果影響到水泥的質(zhì)量，輪胎替代燃料也會難以應(yīng)用，所以需要關(guān)注輪胎灰分對熟料質(zhì)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(yù)燃爐，整輪胎氣化分解后的可燃?xì)怏w送入分解爐提供熱量;二是將整輪胎先經(jīng)預(yù)處理切成碎片，再通過準(zhǔn)確計(jì)量后，喂入分解爐內(nèi)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(xiàn)有生產(chǎn)線分解爐的生產(chǎn)線系統(tǒng)：包括輪胎破碎及粒徑控制的預(yù)處理系統(tǒng)、輪胎計(jì)量和輸送系統(tǒng)、輪胎碎片的喂料和控制系統(tǒng)。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(jī)送入撕碎機(jī)內(nèi)，撕碎箱內(nèi)刀片主軸通過電機(jī)、減速機(jī)變速獲得中速旋轉(zhuǎn)，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(chǎn)品輪胎碎片喂入2#窯系統(tǒng)的分解爐，2#窯系統(tǒng)的生產(chǎn)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(tǒng)，出料尺寸減小時(shí)，處理難度逐漸增加，破碎系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本也急劇增加，輪胎破碎失去整體的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)將輪胎切片的3D尺寸確定為95%小于50mm。

　　試驗(yàn)期間，輪胎破碎和入窯利用的現(xiàn)場情況如圖1和圖2所示。

3.入窯試驗(yàn)

　　3.1 試驗(yàn)基本情況

　　破碎輪胎入窯試驗(yàn)的思路是：首先采集測試前1天的窯工藝數(shù)據(jù)及排放的空白數(shù)據(jù)、空白期間煤粉工業(yè)分析數(shù)據(jù)、熟料率值及SO3含量、熟料3天強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù);然后，設(shè)定測試時(shí)間和破碎輪胎喂料量，達(dá)到要求時(shí)確定為試驗(yàn)開始時(shí)間，同時(shí)記錄或測定窯工藝數(shù)據(jù)和排放數(shù)據(jù)等的變化。以達(dá)到全面對比廢舊輪胎入窯帶來的影響，摸索和總結(jié)廢舊輪胎入窯利用的經(jīng)驗(yàn)。琉水公司先后進(jìn)行了兩次輪胎碎片替代燃煤的試驗(yàn)，第一次試驗(yàn)的空白值和試驗(yàn)情況見表2和表3。第二次試驗(yàn)的空白值和試驗(yàn)情況見表4和表5。

　　在兩次廢舊輪胎試驗(yàn)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(biāo)煤分別為0.58t和0.46t，與理論上1t輪胎替代1.14t標(biāo)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(chǎn)生CO，部分CO在分解爐以上部位繼續(xù)燃燒，其產(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(zhì)量情況

　　輪胎入窯利用的試驗(yàn)期間對熟料強(qiáng)度和游離鈣指標(biāo)進(jìn)行了比對，熟料強(qiáng)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(yàn)期間熟料強(qiáng)度沒有明顯變化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)窯頭廢氣溫度提高了20-50℃，略有增加。窯頭溫度是了解窯內(nèi)熟料煅燒質(zhì)量的指標(biāo)，從窯頭溫度指標(biāo)變化也可以看出來，孰料不存在煅燒不完全的情況，孰料質(zhì)量未受到影響。綜合可知，摻加輪胎對熟料質(zhì)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(shè)備造成堵塞，進(jìn)行規(guī)模化應(yīng)用時(shí)，需要整體考慮其經(jīng)濟(jì)性。

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

5.結(jié)論和建議

　　盡管廢舊輪胎作為水泥廠燃料已經(jīng)被眾多國家的許多企業(yè)證明為經(jīng)濟(jì)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(xiàn)場試驗(yàn)，某某公司結(jié)合自身特點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，推動廢舊輪胎的規(guī)模化利用。試驗(yàn)期間，由于喂入不穩(wěn)定造成分解爐喂煤頻繁調(diào)整，對窯況有一定影響，尾煤喂入量要預(yù)留一定的調(diào)整空間，輪胎碎片喂入越穩(wěn)定，尾煤喂入量要預(yù)留的調(diào)整空間可以越小，一般至少要預(yù)留5t/h以上的調(diào)整空間。將廢舊輪胎作為替代燃料用于水泥生產(chǎn)時(shí)，水泥質(zhì)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保排放也能夠達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并不會對環(huán)境產(chǎn)生影響。

　　將廢棄輪胎進(jìn)行有效的熱能利用以代替水泥生產(chǎn)可替代燃料，最大限度降低了水泥生產(chǎn)對原煤的消耗，是水泥工業(yè)降低成本的重要手段，在國內(nèi)尚未建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)督管理體系時(shí)，水泥企業(yè)應(yīng)當(dāng)應(yīng)對需求，實(shí)踐先行，探索更好的技術(shù)和合作模式。