水泥企业如何选择合适的替代燃料工艺？

随着“双碳”目标推进及能源结构转型深化，水泥行业作为碳排放领域的重点关注对象，正面临前所未有的节能环保压力。

替代燃料以其资源循环利用属性和低碳潜力，成为水泥企业实现节能降碳与成本优化的重要路径。然而，替代燃料种类繁杂，直接引入将对水泥窑煅烧系统产生复杂影响。因此，水泥企业在引入替代燃料热处理技术时，需针对实际应用情况以进行系统性调整分析，并结合自身生产规模、原料特性及环保要求科学选择适配工艺方案。

对此，中国水泥网特别采访了中国科学院工程热物理研究所热工专家王俊杰，聚焦水泥企业替代燃料使用工艺的选择，分类探析工艺原理。

王俊杰表示，替代燃料的热处理非常关键，对于水泥行业来讲，利用替代燃料就是利用它含有的热量，不同的热处理过程也会影响到替代燃料热量的利用效果。这里所说的热处理指的是替代燃料在接收一定热量、给入一定气体（比如空气）后发生的物理化学反应过程，包括烘干、热解、气化、燃烧等。水泥企业主要接触烘干和燃烧，比如分解炉和回转窑内发生的都是燃烧反应，生料磨和煤磨则包括烘干过程，相对缺少对于热解、气化的认识。

（一）热解

热解指替代燃料在无氧或缺氧的条件下，高温分解成燃气、燃油等物质的过程。就是说直接给替代燃料加热到一定温度，比如500-800℃，但是不通空气或者少通空气，这样替代燃料里面的水分会蒸发、挥发分会析出等，析出的挥发分会进一步冷凝或裂解为气体（如CH4、H2）和液体（焦油）等，固定碳则因为水分蒸发、挥发分析出等孔隙结构变得发达。

水泥行业有天然的“热源”，那就是预热器里面的热生料，如果将倒数第二级预热器的热生料和替代燃料混合，不通空气或者少通空气，在热生料的加热下替代燃料就会发生热解，热解后的产物再随生料一起进入分解炉，这样替代燃料水分蒸发了，挥发分也大量析出了，尺寸也会有所减小，再到分解炉里燃烧就更加容易。国际上Taiheiyo、FLSmidth分别有自己的TTR®、FUELFLEX® Pyrolyzer反应器，就是属于热解炉，均在水泥行业得到了应用。

（二）气化

气化就是用气化剂对替代燃料进行热加工的过程，使其转化为可燃性气体等，温度通常在600-900℃。通常水泥行业替代燃料气化所用气化剂为空气。通入空气不能太多，如果通入空气太多就是燃烧反应了。

水泥行业接触气化不多，但是最早在上世纪90年代就有欧洲水泥企业采用了替代燃料气化工艺，通过气化将大尺寸的替代燃料变成热燃气(同时含有少量的固体颗粒，包括炭和灰)，再送入分解炉去燃烧。这样一来就把本来是大尺寸、高水分且入炉温度低的替代燃料变成了高温的气体燃料，在保证燃烧效率的同时能避免替代燃料颗粒的沉降，且气化产生的可燃气还有助于过程脱硝。

替代燃料气化后除了直接用于后续燃烧外，国外有个HYIELD计划，计划在CEMEX集团下属的企业建设一套制氢系统，利用生物质废弃物通过气化等诸多过程后转化为纯度超过99.7%的绿氢。

（三）总结

总之，这些热处理过程的适应情景、对生产的影响、运行操作等各有差异。对于水泥企业来讲，首先要理解这些热处理过程，然后了解其实际的应用情况，最后再结合企业自身特点、采用的替代燃料等，选择适合自己的热处理工艺过程。

当前，水泥行业正面临节能环保及产业智能化升级双重考验，为贯彻相关政策要求，加速推进水泥工业绿色低碳转型与高质量发展，中国水泥网定于9月23日-24日，在山东淄博召开“第十四届中国水泥节能环保技术交流大会暨第六届智能化高峰论坛”。本次大会将汇聚行业专家、企业代表及众多产业相关方，集群体智慧，推动水泥行业节能环保及智能化转型升级。届时，中国科学院工程热物理研究所热工专家王俊杰将重点就替代燃料热处理技术及其在水泥行业的应用带来精彩报告。

会议期间还将组织参观青州中联水泥有限公司年产20万吨二氧化碳全氧燃烧耦合碳捕集示范项目。