水泥工业是我国产业结构中重要的耗能产业，煤炭年消耗量约占全国燃煤总消耗的10%，煤炭燃烧的同时释放出大量二氧化碳，具有高能耗、高排放和高资源消耗特点。欧洲、美国等发达国家早在20世纪末期就开始研究水泥工业应用可燃废弃物作为替代燃料的工程技术，对于替代燃料的使用已经相当成熟。相比较而言，国内的替代燃料使用技术起步较晚、发展较缓，尤其是在国家“碳达峰、碳中和”的背景下，水泥工业应用可燃废弃物作为替代燃料替代燃煤技术的发展就尤为重要。
目前，国内水泥工业在替代燃料应用技术方面仍处于初级阶段，缺乏相关标准规范，甚至对于替代燃料的表述和称谓都未能统一。能够用于水泥工业替代燃料的固体废物一般为具有一定热值的废弃物，包括废旧纺织品、废皮革制品、废木制品、废纸、废橡胶制品、废塑料制品、废复合包装等，表1为部分替代燃料成分的工业和元素分析结果，可以看出替代燃料成分复杂、性质各异，所以至今没有统一的检验标准。
粤东地区某水泥企业某条新型干法水泥生产线利用一般固废作为替代燃料，替代燃料主要来源于珠三角地区，由废塑料、废服装边角料等废弃物经过初步干燥和轻微压缩减容后运送至厂区经暂存、检验后搭配入窑。替代燃料进厂和检验流程见图1。
在替代燃料使用过程中出现了一些问题，如表2所示，理论上燃料的挥发分组成和含量相当的情况下，发热量应与水分成反比，但是实际上部分替代燃料水分高的同时弹筒发热量也较高，甚至含有20.5%水分的替代燃料弹筒发热量高达5989×4.18kJ/kg。根据图2可以看出，替代燃料整体弹筒发热量低于煤，且弹筒发热量与水的含量的关系成反比，但是还是存在弹筒发热量偏高的问题。
针对上述问题，提出三种猜想：
（1）在替代燃料破碎过程中水分大量蒸发，降低了样品的水分含量，导致测出弹筒发热量过高；
（2）替代燃料成分复杂，均值化程度不够，导致检测结果有偏差；
（3）替代燃料中其他成分导致测得弹筒发热量偏高。
根据猜想，制定下述实验方案：
（1） 验证破碎过程对水分的影响：检验同一份样品破碎前和破碎后的水分含量，比较两次水分含量之差，并用水分损失量修正发热量；
（2） 如图3所示，将一份替代燃料样品破碎均化后，分为5份，分别进行发热量的测试，比较各份样品发热量差值；
（3） 利用煤的收到基低位发热量计算方法估算替代燃料低位热值，去除其他元素对发热量的影响。
由表3可知，替代燃料的破碎过程会对水分和热值产生影响。这是由于替代燃料破碎过程铰刀的高速旋转做功发热，会导致替代燃料的部分水分挥发，破碎后水分损失约0.8%~1.3%，根据水分的蒸发热计算其对弹筒发热量的影响约为（70~100）×4.18kJ/kg。
替代燃料样品在破碎均化前能够清晰分辨出其纸张、塑料、布料等各种成分，均化程度较差。经破碎后，成为蓬松絮状物，已无法分辨各种成分，对其检验分析，分析结果如表4，均化程度较好，但仍有一定偏差。
根据《煤的工业分析方法》（GB/T 212—2008）对替代燃料进行工业分析，并通过煤的低位热值计算公式估算替代燃料的低位热值，结果如表5所示，替代燃料低位热值估算值较弹筒发热量低500~1000 ×4.18kJ/kg不等，证明替代燃料在试验条件下燃烧发热量高于实际条件下燃烧发热量，造成弹筒发热量值偏高。
弹筒发热量是燃料在过量氧气内燃烧发出的热量，最终产物为25 ℃的二氧化碳、过量氧气、液态水、硫酸、硝酸和固态灰，而低位发热量是燃料在恒容状态下燃烧发出的热量，最终产物为二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、气态水以及固态灰，实际上低位发热量更接近于燃料实际应用时的发热量，用低位热值作为衡量标准更为准确。但是由于煤的低位热值计算公式中常数为经验值，并不适用于组成成分不同的替代燃料，且替代燃料种类繁多、成分复杂，目前低位热值仍没有准确的计算方法，所以对于替代燃料的分析和计算还需进一步研究。
通过对替代燃料弹筒发热量的实验分析，得出以下结论：
（1） 替代燃料在制样破碎时，由于破碎机的高速转动做功发热，会导致水分挥发、弹筒发热量结果偏高，需要根据水分损失量对弹筒发热量进行校正；
（2） 替代燃料种类繁多、成分复杂，即便已破碎成絮状物，弹筒发热量检验结果仍存在一定偏差；
（3） 由于替代燃料在检验发热量时与实际使用时的环境条件和燃烧产物不同，导致弹筒发热量的测量结果偏高，在分析检验、配伍投加和价格结算时会造成影响，对于低位热值的计算还需要进行进一步研究。
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