可持续发展已成为全球各行业的核心议题，水泥行业也不例外。替代燃料与原材料（AFR）的使用是水泥行业减少碳排放、降低能源消耗和实现绿色转型的关键路径。全球领先的水泥企业，如海德堡材料集团（Heidelberg Materials）和拉豪集团（LafargeHolcim），很多工厂已经通过技术创新和工艺优化，将替代燃料与原材料的使用率提升至60%-70%以上，甚至在某些工厂达到90%以上。然而，实现这一目标并非易事，需要综合考虑生料化学成分、燃料特性以及窑炉-冷却机系统的运行操作。
实现高替代率的关键要素
1. 生料化学成分的平衡
生料的化学成分对熟料质量至关重要。为了确保熟料的稳定性，必须维持以下关键参数：
- 石灰饱和系数（LSF）：通常保持在90%-95%之间。
- 硅率（SR）：控制在2.2-2.4之间。
- 铝率（AR）：维持在1.3-1.6之间。
这些参数的稳定可以抵消替代燃料与原材料带来的灰分和挥发物的影响，确保熟料质量。
2. 燃料混合特性的管理
替代燃料与原材料（如垃圾衍生燃料RDF或生物质）通常具有低热值（约2000千卡/千克）和高水分含量（最高可达50%）。为了有效利用这些燃料，需要：
- 平衡硫、氯和碱的含量，避免结垢问题。
- 优化燃料混合比例，确保燃烧效率和热量传递。
3. 工艺同步与优化
窑炉-冷却机系统的运行操作对替代燃料的使用至关重要。具体措施包括：
- 优化燃烧器设置和二次风参数，确保稳定燃烧。
- 调整冷却机参数，提高热量回收效率。
- 使用氯旁路系统等技术，解决挥发物循环问题。
全球先进实践
全球领先的水泥企业通过技术创新和数字化手段，进一步提升了替代燃料与原材料的使用率：
- 数字化技术：人工智能和数字孪生技术可以预测燃料性能并优化生产流程。例如，海德堡材料集团在挪威布雷维克的工厂通过数字化技术实现了83%的替代燃料使用率。
- 节能效果：先进的替代燃料与原材料策略可以将每吨熟料的热耗降低80-100千卡，显著减少能源消耗。
中国水泥行业的现状与挑战
中国水泥行业在替代燃料与原材料的使用方面也取得了一定进展，例如华新集团的替代率已达到25%左右。然而，与全球领先水平相比，中国仍面临以下挑战：
- 预处理基础设施不足：缺乏对替代燃料的预处理设施，限制了其使用效率。
- 专业技术能力有限：替代燃料与原材料的管理需要高度专业化的技术能力，而中国在这方面仍有提升空间。
专业能力的重要性
替代燃料与原材料的优化是一项高度专业化的工作，管理不善可能导致熟料缺陷、耐火材料损坏以及非计划性停产。因此，企业需要：
- 培养专业团队，掌握燃料特性和工艺优化技术。
- 借鉴全球先进经验，结合本地实际情况制定适合的策略。
结语
通过技术创新、工艺优化和专业能力建设，水泥行业可以显著提高替代燃料与原材料的使用率，为实现可持续发展目标贡献力量。全球领先企业的成功经验表明，高替代率不仅是可能的，而且可以带来显著的经济和环境效益。让我们携手努力，推动水泥行业向更绿色、更可持续的未来迈进！
