生物质、垃圾衍生燃料（RDF）和工业废料等替代燃料在水泥窑中的应用，正迅速改变着水泥行业。出于对可持续性和成本效益的重视，这些燃料的战略性使用为提升窑炉性能与熟料质量带来了充满希望的契机。
从窑炉性能来看，用替代燃料替代传统化石燃料的比例可达 50% 以上，从而大幅节省 10 - 20% 的能源成本。然而，与煤炭相比，生物质和 RDF 的特性多变且热值较低，这使得控制燃烧过程成为一项关键挑战。为确保窑炉稳定运行，对这些燃料进行预处理，使其热值稳定在 3000 - 4500 千卡 / 千克左右至关重要。这种热值的一致性确保了稳定的热量输入，这对窑炉的整体性能至关重要。
在这种情况下，一个关键的工艺参数是维持稳定的燃烧区温度，理想温度在 1450°C 左右。该温度范围对于保证替代燃料的完全燃烧以及熟料中阿利特（C3S）的适当形成至关重要。即使温度偏差 50°C，也会对熟料的易烧性产生不利影响，可能导致游离氧化钙含量超过 1.5% 的理想阈值。在引入 RDF 和生物质的工厂中，通过调整火焰长度和加强二次风预热，成功稳定了燃烧区温度，使热效率提高了 8%。
从化学角度来看，控制窑炉进料的化学成分同样关键，尤其是对硫氯碱的输入管理。替代燃料通常含有较高的硫和氯含量，如果控制不当，可能导致窑炉堵塞，并对熟料成分产生负面影响。将硫碱比保持在 1.5 以下，对于确保窑炉平稳运行和维持熟料质量至关重要。此外，替代燃料会影响熟料矿物组成，特别是关键的 C3S 和 C2S（硅酸二钙）相，它们在决定水泥强度发展方面起着关键作用。在一个案例中，要实现30～50%的 RDF 替代率，就需要对生料配方进行微调，以确保C3S含量达到60%，游离氧化钙低于 1.5%，从而保证熟料满足所需的反应活性和强度要求
在使用替代燃料时，持续监测关键的窑炉工艺参数，如入窑热生料的硫氯含量、窑尾和分解炉的O2和CO含量等，对于优化燃烧过程至关重要。配备实时数据分析和预测算法的先进控制系统，有助于维持这些参数之间的微妙平衡，防止熟料质量和窑炉整体性能出现波动。
研究表明，通过精确的过程控制，即使替代燃料替代率达到25-50%，也能够持续生产出28天抗压强度55 兆帕以上的熟料。此外，保持熟料冷却速率至少为每分钟40°C，对于防止可能影响强度发展的结晶问题至关重要。
总之，尽管采用替代燃料具有显著的环境和经济效益，但要将其成功整合到水泥窑的运营中，取决于精细的过程控制、化学平衡和实时监测。通过正确的方法，使用替代燃料不仅可以提高窑炉性能，还能维持生产耐用、高强度水泥所需的高质量熟料。
