0 引言
全球能源消费刚性增长与化石能源储量枯竭的矛盾日益凸显，开发可替代化石能源已成为摆脱能源与环境双重困境的核心举措。水泥行业作为支撑我国基础设施建设的国民经济重要基础产业，既是资源综合利用的关键领域，也是典型的高耗能、高排放行业，更是我国“双碳”目标实现的核心攻坚领域。自2020年碳达峰、碳中和战略明确以来，行业减排政策约束持续加码，2024年国家发展改革委等五部门联合印发的《水泥行业节能降碳专项行动计划》（发改环资〔2024〕733号）更是提出硬性要求，明确到2025年底水泥行业替代燃料消费比例力争达到10%，且水泥窑使用替代燃料技术生产线比例需提升至30%。在此政策导向下，替代燃料技术成为水泥行业短期最具可行性的减排路径。而泡棉类替代燃料主要成分是设备设施的保温隔热减震等所用的聚氨酯类材料，其特征为质量轻、粒径小、热值高、遇明火易燃，目前采购原煤单价为819元/t，泡棉类替代燃料单价为471元/t，泡棉更具经济性，可作为替代燃料用于水泥熟料煅烧。
我公司在水泥窑炉中使用泡棉类替代燃料进行工业试验，为充分发挥泡棉燃烧效率和能量利用率，采用气力输送方式单独喷入分解炉来替代尾煤。本文从泡棉进厂检测数据、输送工艺流程、试验数据等进行了具体分析，研究泡棉作为水泥窑替代燃料的可行性与经济性，助力水泥行业碳达峰、碳中和目标的实现。
1 进厂泡棉数据检测
本次试验进厂泡棉70.65 t，进厂数据检测见表1，泡棉水分为7.96%，发热量均值为5 235 kcal/kg，全硫含量为0.18%，为粉状燃料，如图1。根据进厂检测数据，泡棉具有热值高、粒径小等特点，理论上可替代煤粉燃烧，并且全硫含量较低，对系统硫排放无较大影响。根据理论计算，近期使用原煤加权热值5 985 kcal/kg，当泡棉100%燃尽时，理论替代比为1.143∶1。
2 输送系统及工艺流程
泡棉是一种质轻的粉状物质，利用皮带不易输送，故新增一套泡棉输送系统，具体设备配置见表2。
泡棉输送工艺流程图如图2所示，现场布置如图3所示。具体工艺流程：运输物料的卡车停在预热器西侧道路上，吨包物料通过皮带机输送至集装箱顶部进行破包，集装箱内的粉状物料由吸尘器的吸尘管道将泡棉吸至替代燃料小仓内，仓内泡棉经回转下料器进入气力输送泵，再由罗茨风机通过管道吹入分解炉。
3 试验方案
本次试验周期为5月14日~20日，方案要求：在确保其他替代燃料（可燃物、废纺）用量稳定的前提下，于泡棉进厂后启动输送系统，并按3 t/h的初步设定量将其喷入分解炉，替代相应尾煤。为科学评估效果，我们收集了未使用泡棉时的数据作为空白对照组，与使用泡棉的实验组数据进行对比，旨在精准分析其对煤耗与成本的影响，具体试验记录见表3。
3.1 试验基本情况
试验完成后，统计相关数据，对比空白组和实验组数据，见表4。使用泡棉期间回转窑运行正常，通过尾煤自动控制系统能够较好地调节尾煤用量，稳定分解炉温度。整个试验期间泡棉平均每小时用量为1.87 t/h，未能达到3 t/h，主要因泡棉中存在杂物及未粉碎的片状塑料，使用软管吸取的过程中存在堵料现象，并且人工喂料存在喂料效率低、喂料量不均匀的情况。本次试验中，数据显示，实验组中可燃物和废纺用量与空白组中数据相差不大，使用泡棉后，尾煤用量明显下降1.11 t/h。
3.2 工艺参数对比
本次试验工艺参数统计见表5，根据试验期间数据，分解炉出口温度及尾煤用量波动幅度较大及C1出口CO含量上升了252 ppm，主要是因为泡棉类替代燃料为粉状且热值高，进入分解炉后燃烧快，升温速度快，但公司已上线窑磨专家系统，尾煤实现自动控制，故尾煤用量波幅大对工艺操作无明显影响；泡棉单独入分解炉后系统整体氧含量偏低，C1出口氧含量偏低，导致CO含量上升，同时输送设备具有一定局限性，偶尔会出现断料现象。其余各项工艺参数控制较为稳定，未出现较大波动现象，回转窑运行正常，泡棉类替代燃料直接入分解炉燃烧对工艺操作无明显影响。
3.3 质量数据对比
统计熟料质量相关参数（见表6），与空白组对比，熟料三率值未有明显变化，熟料升重和游离钙均在可控范围内，使用泡棉类替代燃料对熟料质量无明显影响。
3.4 燃料成本分析
试验期间原煤热值5 985 kcal/kg、泡棉热值5 235 kcal/kg、可燃物热值2 250 kcal/kg、废纺类替代燃料热值4 450 kcal/kg。根据试验数据显示，试验组吨熟料泡棉用量7.05 kg/t，只考虑尾煤变化，尾煤燃料总折标准煤下降4.52 kg/t，泡棉替代比为1.33∶1，吨熟料燃料成本下降0.96元/t，碳排放成本下降0.70元/t（碳价按60元/t计），推算泡棉理论燃烧效率为85.89%，煤炭除税单价725元/t时，每使用1 t泡棉燃料成本下降144.21元/t。试验期间燃料成本计算见表7。
目前由于输送设备限制，每天使用泡棉约12 t，生产6 400 t熟料计，吨熟料燃料成本下降0.239元/t，碳排放成本下降0.186元/t。若后续对输送设备进行改造，泡棉用量提高至40 t/d，吨熟料燃料成本可下降0.798元/t，碳排放成本下降0.620元/t。
3.5 窑尾废气排放数据对比
本试验过程中使用泡棉期间窑尾废气排放数据见表8。根据数据，窑尾烟囱中SO2排放和NOx排放数据基本一致，未出现超标排放现象。
4 总结及建议
（1）泡棉类替代燃料能够较好地应用于熟料煅烧过程中，试用泡棉期间尾煤用量明显下降，尾煤燃料总折标准煤耗下降4.52 kg/t，泡棉实际替代比为1.33∶1，吨熟料燃料成本下降0.96元/t，碳排放成本下降0.70元/t，煤炭除税单价819元/t，泡棉单价471元/t时，每使用1 t泡棉燃料成本下降144.21元/t。
（2）泡棉在使用过程中瞬时喂料量能达到3 t/h，但由于输送设备局限性和物料中有塑料片等杂质影响，存在断料现象，实际喂料量均值1.87 t/h。下一步拟新建泡棉自动喂料系统，确保卸车、喂料自动化，减少人工劳动强度，同时保证喂料均匀稳定，减少对窑系统的影响。
（3）以目前生产状况，通过优化完善输送系统，若能提高泡棉输送能力，日输送量可达40 t，按每天生产6 400 t熟料计算，吨熟料燃料成本可下降0.798元/t，碳排放成本下降0.620元/t。
作者单位:葛洲坝老河口水泥有限公司
文章来源：《水泥》杂志2026年第8期
编辑：何昊
审核：胡如进
