2 廢舊輪胎
中國工業和信息化部在2010年12月30日發布的《廢舊輪胎綜合利用指導意見》指出,輪胎是我國最主要的橡膠制品。2009年,我國生產輪胎消耗橡膠已占全國橡膠資源消耗總量的70%左右,年生產廢輪胎2.33億條,重量約合860萬t,折合橡膠資源約30多萬t。我國廢舊輪胎綜合利用產業發展還不能適應當前嚴峻的資源環境形勢的要求。據不完全統計,到2013年底我國廢舊輪胎生產量達到2.99億條,重量達到1 080萬t并以每年約8%~10%的速度在增長。如果以平均產量5 000 t·d-1的水泥生產線為例,燃料替代率40%,每年可處理廢舊輪胎約70 000 t。
廢舊輪胎簡稱為TDF能源,由于含碳高、高熱值(達到35.6 MJ·kg-1)和低水分等優勢,使得波蘭、烏克蘭等東歐國家使用廢舊輪胎作為水泥回轉窯的能源(燃料替代率達到60%以上)。其投入方式可以進行調整:廢舊輪胎可以整體投入和切成碎片投入,并且投入的位置有從窯尾預分解投入,窯尾上升煙道投入,以及回轉窯中部投入等。廢舊輪胎在水泥窯燃燒時,它的所有成分都對水泥生產有用。尤其是當完整的輪胎作為原材料時,輪胎中的強化鐵絲可以用來替代原料中的鐵元素。并且適量的ZnO可以降低水泥的燒成溫度。Puertas and Blanco-Varela指出使用TDF或者化石能源生產的水泥熟料,其化學組成沒有明顯區別,并且不同粒度的輪胎可以均可作為替代能源使用。
輪胎橡膠由60%的揮發性有機物、30%的固定碳和10%的灰飛組成。熱重分析顯示橡膠輪胎在250 ℃開始高溫分解,550 ℃結束。大體上,輪胎分解的固體灰分與水泥熟料融合。通常鐵礦石加入到水泥工藝中,但是輪胎的輪胎卷邊和鋼帶含有鐵,因此可以減少鐵礦石的加入量。但是同時卷邊和鋼帶中含有將近1.4%的鋅,將會對水泥的水化和硬化產生負面影響。
另外值得關注的是輪胎的硫含量較高。輪胎中硫含量在2%左右,水泥生產中煤的硫含量接近0.3%。最后,輪胎碎片中的部件尤其是鋅,鉻等重金屬一旦與水泥熟料反應,不太容易滲出。
相同質量的廢舊輪胎比標煤多產生25%的熱量,即使用TDF能源替代煤時,1 t TDF燃料產生的熱量相當于1.25 t標煤。與單獨使用廢輪胎和煤作燃料相比,廢舊輪胎的使用可以明顯改善高灰煤的燃燒特性,尤其是其點火性能,表明廢輪胎與低質煤可以共同燃燒,因此使用TDF替代能源可以減少優質煤炭的使用。其次,水泥熟料生產過程中需要預防使用不同種類能源燃燒導致的氯化鉀、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣等鹽揮發形成的結皮,因此要注意在窯口、下料斜坡等部位使用抗結皮澆注料。