废弃皮革在水泥工业减碳生产中的应用研究.pdf

造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 材料及应用93废弃皮革在水泥工业减碳生产中的应用研究江 蕾，杜松昭，黄敏锐浙江红狮水泥股份有限公司，浙江 兰溪 321100摘要：废弃皮革属于热值较大，燃烧率较高的工业固体垃圾，废弃皮革作为水泥工业生产的替代染料，可以实现生物资源的有效利用，促进水泥工业减碳目标的实现，提高水泥工业的经济效益。文章首先分析了水泥生产过程中二氧化碳的主要来源，然后对废弃皮革的主要来源及替代燃料的生产进行了概述，最后对皮革边角料在水泥工业生产中应用流程及预期效果进行了探究，并提出了废弃皮革在水泥工业生产中应用的技术要点。希望能够为废弃皮革的再生利用，水泥工业替代燃料的生产利用，以及水泥工业减碳目标的实现，提供一定的理论和实际参考。关键词：废弃皮革；水泥生产；减碳技术；节能减排分类号：X322；TQ172.8当前，建材行业的年二氧化碳排放量达到了1.48109 t，占全国二氧化碳排放量的 13.2%。因此，建材行业必须要致力于生产技术、生产原料的创新，加快实现减碳目标，促进“双碳”战略的落实1。水泥工业减碳的成效直接影响到我国“双碳”目标是否能够如期实现。因此，水泥生产行业必须要依据国家所出台的碳减排技术要求和标准，采取合理的方法和措施，进行科学减碳。当前，在水泥生产行业减碳的方法思路中，采取替代燃料的方法减碳效果最为突出，同时，也有利于废弃工业垃圾，生活垃圾的处理，实现资源的循环利用。现阶段使用的替代燃料包括垃圾衍生燃料、固体回收燃料、次酶衍生燃料和纸塑垃圾衍生燃料。通过将以上的工业、生活垃圾进行流程化的处理，生成水泥生产的替代燃料，可以实现高热值、低碳排的效果。在上述替代燃料中，固体回收物的燃料热值最高，甚至比某些优质煤的热值高，废弃皮革就是固体回收物的一种，具有清洁、高质量、高热值、均质等突出的特点，是水泥生产过程中理想的替代燃料。同时，皮革边角料在燃烧过程中所排放的二氧化碳和氮氧化物含量更低，其碳排放量仅为燃煤排放量的 1/4。因此，研究工业皮革边角料在水泥生产中的应用技术对于实现“双碳”目标具有重要意义。1 水泥生产过程中二氧化碳的主要来源在水泥的工业生产过程中，其主要的生产流程分为生料准备、熟料煅烧和水泥生产三个阶段。水泥的主要生产原料包括石灰石、矿渣、铁粉、黏土及部分的石膏。这些原材料为水泥提供了铝、铁、钙、硅等必要元素。在生料准备阶段，需要将上述原材料进行破碎处理，通常需要将原材料破碎成直径小于 10 cm的碎石块，然后将不同的原材料按照标准的比例进行混合，送入粉末机中进行粉磨处理，并生成粉末状的生料。在生料准备阶段，主要是对原料进行物理破碎，并没有生成二氧化碳2。在粉状的生料制成后，需要将生料进行煅烧，从而生成熟料。在煅烧的过程中，需要消耗大量的燃料来供给热量，从而促进碳酸盐的分解和矿物质的形成。其主要的技术流程如下：在预热器中对生料进行预热，此时需要将预热器的温度维持在 900 以上。在预热进行的过程中，碳酸盐会逐渐分解成氧化镁、氧化钙以及二氧化碳。因此，在生料预热的过程中，会产生部分二氧化碳。生料预热完成之后，需要将预热后的材料传送到回转窑中进行持续的加热煅烧，并通过一系列的流程生成，生成熟料所含的矿物成分。熟料生成之后，将熟料传送到冷却设备中进行冷却，将冷却后的熟料传送到熟料仓中进行粉碎和研磨。最后，将熟料仓中的熟料传送至水泥粉磨系统与其他的矿物掺杂料进行混合粉碎和研磨，最终生成工业水泥。因此，总结水泥生产过程中二氧化碳主要来源于石灰石的煅烧过程和水泥生产过程中的燃料燃烧。其中，石灰石煅烧释放的二氧化碳含量约占总排放量的 60%，燃料燃烧产生的二氧化碳占总排放量的 35%。作者简介：江蕾，女，硕士，工程师，研究方向为环保治理、固废处置与资源化。文章编号：2096-3092（2023）08-0093-03 材料及应用 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料942 废弃皮革的主要来源和替代燃料的生产皮革是生产鞋子、沙发、皮包等皮质产品的主要原材料。皮革具有高热值，燃烧均匀，低碳排的特点。当前，我国每年平均生产的皮革边角料约 1.4106 t。这些皮革在正常燃烧和填埋处理中给环境造成了严重的污染，并且造成了皮革边角料中胶原蛋白和三氧化二铬的流失，是较为严重的生物资源浪费。因此，为促进皮革边角料再生资源的利用，我国各地加强了对皮革边角料的创新利用，例如，利用皮革边角料生产皮贴画，利用皮革边角料生产二次皮革，利用皮革作为替代燃料用于水泥生产或工业煅烧。废弃皮革的利用，提高了皮革主要生产区的经济收入，节约了生物资源，同时，避免了废弃皮革对环境产生的严重危害。我国废弃皮革的主要来源包括两个方面：一是皮革工厂在皮革加工时所生产的皮革边角料；二是居民淘汰的皮革制品，包括废旧衣物，废旧沙发，废旧皮包，废旧皮鞋等多种类型的皮革废弃物。产量巨大的废弃皮革边角料可以作为水泥生产中的替代燃料，从而替代水泥生产中的煤、油等二氧化碳排放量较高的燃烧物，减少水泥生产过程中的碳排放，促进“双碳”战略的落实。目前，我国在废弃皮革边角料替代燃料生产中，形成了系统化的工艺流程。其主要工艺流程包括废弃皮革的破碎，废弃皮革中铁物质的磁选，废弃皮革的打包，替代燃料的造粒和除尘，实现了废弃皮革替代燃料生产的流程化和规模化。例如，在废弃皮革替代燃料生产中，中山斯瑞德一站式皮革边角料加工设备得到了推广应用，可以实现皮革废弃边角料、废弃衣物、废弃塑料等混合物的破碎和成型，从而将热值较高的工业垃圾转换成替代燃料销售给燃煤电厂、水泥厂等燃料消耗较大的工厂。从而降低了燃煤企业的煤炭消耗量，减少碳排放的同时提高了水泥厂经济收入。3 皮革边角料在水泥工业生产中的应用流程废弃皮革边角料替代燃料的生产，要考虑到废弃皮革的理化特性和废弃皮革处理的难度。参考废弃轮胎和其他生物质水泥生产替代燃料生产的基本步骤和工艺流程，最终确定了废弃皮革边角料生产和用于水泥生产的工艺流程。该工艺流程主要分为三个部分，即破碎系统、上料输送系统和碎皮革喂料系统。3.1 废弃皮革破碎系统由于废弃皮革具有较强的韧性，并且部分废弃皮革含有金属制品。因此，废弃皮革破碎系统需要将大块的皮革破碎成较小的皮革碎片。首先需要通过铲车将大量的废弃皮革边角料和废弃皮革制品运至受料斗，通过受料斗传送到链板输送机上，然后通过链板输送机将废弃皮革散料输送到散料板上。通过短皮带机将废弃皮革传送到上料皮带机上，最后将废弃皮革边角料和废弃皮革制品输送到一体化破碎机中3。经过一体化破碎机破碎处理后的皮革边角料，通过出料皮带机进行输送。在出料的过程中，将废弃皮革边角料中的铁制品，通过磁吸系统进行磁选。将破碎后的废弃边角料再放入滚筛中，按照指定的筛网尺寸进行筛选，确保破碎后的皮革边角料能够达到替代燃料燃烧的尺寸标准。尺寸标准可以根据不同水泥厂生产时替代燃料的需求设置，其主要目的是保障废弃皮革燃烧的热值和燃料替代率。3.2 废弃皮革上料输送系统废弃皮革上料输送系统主要用于接收破碎机处理合格的废弃皮革，然后将废弃皮革通过传送带传送到喂料系统。其主要的工艺流程如下：首先需要通过铲车将大量处理后的碎皮革通过上料料斗传送到皮带秤上，然后通过皮带秤传送到管状皮带机上。其中，上料料斗内置小型的破碎装置可以将凝结的破碎皮革打碎，避免皮革粘连，形成皮革结块，影响后期皮革碎料的运输和燃烧效率。皮带秤的主要作用是计量水泥生产所需要的碎皮革量，当碎皮革的量达到水泥生产所需要的替代燃料量后，可以通过废弃皮革处理系统发送指令，从而停止废弃皮革的处理。管状皮带机的主要作用是将破碎后的废弃皮革输送到水泥的预热器塔架。3.3 废弃皮革喂料系统废弃皮革喂料系统的主要作用是将皮革输送到水泥的烧成系统进行燃烧。首先，将一条短皮带机和输送系统的管状皮带机相连，短皮带机的作用是调整预热器塔架上设备布置的走向。碎皮革料通过短皮带机传送给振动给料机，振动给料机通过一定频率的振动，将碎皮革进行均匀地布料。然后，将布料均匀的碎皮革通过电动双翻板阀和气动插板阀输送到水泥分解炉的中部，实现碎皮革的喂料4。其中，电动双翻板阀和气动插板阀的主要作用是确保碎皮革能够有足够的停留时间和最大的燃尽率。为了确保电动双翻板阀下造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 材料及应用95半部和气动插板阀在高温下的安全性，在上述区域配置了 10 cm 厚度的耐火混凝土作为内衬，其中分解炉进料的溜子内同样设置了 10 cm 的厚浇筑料，从而避免高温对阀门安全和分解炉进料溜子产生影响。4 废弃皮革在水泥生产中应用的预期效果该试验用碎皮革作为替代燃料进行水泥生产的效果预测。预测项目包括废弃皮革热值、废弃皮革处理设备的处理能力、废弃皮革处理量、节省燃料量、替代燃料的替代率、减碳排放量。经过理论计算，该试验所设计的水泥生产线的日产量为 6 000 t，使用废弃皮革的热值为 30.2 MJ/kg，废弃皮革处理设备的处理能力为 6 t/h，可以实现约 47 000 t/a 的废弃皮革处理，能够帮助水泥厂节约传统煤油燃料约 58 000 t。废弃皮革处理设备所生产的碎皮革替代燃料，替代率达到了24.2%，可以实现水泥厂减碳目标 1.65105 t/a。因此，使用废弃皮革作为替代燃料用于水泥生产，不仅可以实现节约成本的目标，也能够有效的降低二氧化碳的排放量。在促进建材行业新能源改革的同时，能够加快实现“双碳”战略目标，保护好生态环境。5 废弃皮革在水泥生产中应用的技术要点5.1 废弃皮革燃料的形状调整废弃皮革经过破碎和流程化处理后的形状，对于废弃皮革替代燃料的燃烧率有较大的影响。因此，在废弃皮革替代燃料生产过程中，需要根据实际燃烧的情况，及时调整废弃皮革燃料的形状。比如说可以生成块状的替代燃料，或者颗粒状的替代燃料，也可以生成碎屑状的替代燃料。从而使废弃皮革能够达到更好的燃烧率，优化废弃皮革的生产工艺，实现节能减排的目标。5.2 废弃皮革燃料喂料系统的优化废弃皮革燃料喂料系统的制作与安装，关系到废弃皮革生产的效率，以及废弃皮革的综合利用率。该试验所用到的废弃皮革处理设备主要包括破碎系统、上料输送系统和喂料系统，从而构成了流程化的废弃皮革处理设备。但是在实际的应用中，还需要对废弃皮革燃料的喂料系统进行优化，比如优化输出计量设备、系统锁风装置、输送设备、改进舱体大小等具体环节。在对喂料系统进行优化后，需要经过检修和反复的调试，并在调试的过程中及时发现问题、解决问题，在调试正常后再投入使用。5.3 废弃皮革燃料喂入点的确定在废弃皮革替代燃料生产和水泥生产煅烧过程中，废弃皮革燃料喂入点的确定十分关键。喂入点需要依据废弃皮革的燃料性质和松散度进行确定，如果喂入点较低，会导致燃料的不完全燃烧，进而产生有害气体，或者在重力的作用下，将部分气体带入水泥窑中。如果喂入点过高，会导致替代燃料在气流的作用下被带到预热器内进行燃烧，从而造成堵料。因此，在使用废弃皮革燃料时，需要严格把控废弃皮革的紧密度和松散度，确定合适的废弃皮革形状和紧密度，经过多次的喂入点对比，确定合适的喂入点。废弃皮革等生物燃料都具有较高的挥发分，如果在燃料输送的过程中，系统锁风不严，会导致炉内热气流顺着喂入点流入小仓内，从而带来较大的安全隐患。因此，必须要在喂入点和小仓之间安装锁风装置，并且留出一定的防护距离。5.4 废弃皮革替代量的确定在废弃皮革替代燃料生产的过程中，替代量的确定也非常重要。其主要作用是防止在错峰生产情况下，替代燃料燃烧对窑系统产生不可控的影响。因此，在废弃皮革生产设备运行时，需要多次确定替代量。同时，为了确保废弃皮革替代燃料使用的安全性，主要在白天进行废弃皮革的试用燃烧，燃烧约 12 h，记录累计使用的废弃皮革量，并计算每小时废弃皮革燃料的用量。当试生产过程中并未对窑系统产生明显影响时，就可以确定废弃皮革替代燃料的替代量。6 结束语工业皮革边角料的有效利用，可以降低废弃皮革传统燃烧、填埋对环境的影响，同时提高经济效益。该试验通过设置破碎系统，上料输送系统和喂料系统，可以实现流程化的废弃皮革处理和水泥生产燃料供应。经过试验的预期计算发现，采取废弃皮革替代燃料进行水泥生产，可以实现每年减碳 1.65105 t 的目标，从而为“双碳”战略的实现作出建材行业应有的贡献。参考文献1 白玫.中国水泥工业碳达峰、碳中和实现路径研究J.价格理论与实践,2021(4):4-11,53.2 翟瑞,郭军,戴睿,等.废弃皮革再生利用与面对的问题J.皮革科学与工程,2021,31(5):33-38.3 赵步.中国水泥-燃煤发电行业产业共生碳减排效应研究D.北京:清华大学,2018.4 王晋.碳达峰背景下低碳减排政策执行研究D.郑州:郑州大学,2022.