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废旧轮胎替代燃煤作为燃料解决方案

张宝2021-01-25

  中国工业和信息化部在2010年12月30日发布的《废旧轮胎综合利用指导意见》指出,轮胎是我国最主要的橡胶制品。2009年,我国生产轮胎消耗橡胶已占全国橡胶资源消耗总量的70%左右,年生产废轮胎2.33亿条,重量约合860万吨,折合橡胶资源约300多万吨。我国废旧轮胎综合利用产业发展还不能适应当前严峻的资源环境形势的要求。据不完全统计,到2013年底我国废旧轮胎生产量达到2.99亿条,重量达到1080万吨并以每年约8%-10%的速度在增长。如果以平均产量5000t/d的水泥生产线为例,燃料替代率40%,每年可处理废旧轮胎约70,000t。

轮胎破碎机

  废旧轮胎tire derived fuel 简称为TDF能源,由于含碳高、高热值(达到35.6MJ/kg)和低水分等优势,使得波兰、乌克兰等东欧国家使用废旧轮胎作为水泥回转窑的能源(燃料替代率达到60%以上)。其投入方式可以进行调整:废旧轮胎可以整体投入和切成碎片投入,并且投入的位置有从窑尾预分解投入,窑尾上升烟道投入,以及回转窑中部投入等。废旧轮胎在水泥窑燃烧时,它的所有成分都对水泥生产有用。尤其是当完整的轮胎作为原材料时,轮胎中的强化铁丝可以用来替代原料中的铁元素;并且适量的ZnO可以降低水泥的烧成温度。Puertasand Blanco-Varela指出使用TDF或者化石能源生产的水泥熟料,其化学组成没有明显区别,并且不同粒度的轮胎可以均可作为替代能源使用。

  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,550℃结束。大体上,轮胎分解的固体灰分与水泥熟料融合。通常铁矿石加入到水泥工艺中,但是轮胎的轮胎卷边和钢带含有铁,因此可以减少铁矿石的加入量。但是同时卷边和钢带中含有将近1.4%的锌,将会对水泥的水化和硬化产生负面影响。

  另外值得关注的是轮胎的硫含量较高。轮胎中硫含量在2%左右,水泥生产中煤的硫含量接近0.3%。最后,轮胎碎片中的部件尤其是锌,铬等重金属一旦与水泥熟料反应,不太容易渗出。

  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。其次,水泥熟料生产过程中需要预防使用不同种类能源燃烧导致的氯化钾、硫酸钾、硫酸钠、硫酸钙等盐挥发形成的结皮,因此要注意在窑口、下料斜坡等部位使用抗结皮浇注料。

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