高炉炼铁协同处理城市可燃固废

北极星环保网来源:安徽工业大学龙红明2018/6/5 9:27:56我要投稿

所属行业: 固废处理关键词：固废处置可燃固废高炉炼铁

北极星环保网讯:随着工业的发展和经济水平的提高，中国城市固体废弃物排放量不断增长，且处理能力远远低于排放能力，致使中国城市垃圾累计堆存量超过80亿t[1]，侵占了大量的土地，约有2/3的城市处于垃圾包围之中[2]。城市固体废弃物按其是否能够燃烧可分为可燃固废和不可燃固废，目前处理不可回收的城市可燃固废时，多采用堆放、填满、直接燃烧等方式，这种处理方式又造成了空气、水及土壤污染等。

城市可燃固废已经成为环境的主要污染源之一，亟需更加有效的办法来处理。与此同时，中国工业得到了飞速发展，大多数工业的发展需要提供大量的能源，如水泥、钢铁等工业。而绝大多数可燃固废的化学成分都是碳氢氧化合物，燃烧过后会释放大量的热量，这部分热量可供工业使用，这样既可以解决城市可燃固废引发的环境问题，又可以为工业发展提供能源。因此，近年来工业炉窑协同处理固废成为一个比较热门的研究方向[3-4]。

高炉是炼铁的主要反应器，为降低焦比一般需要从风口喷入大量煤粉，而可燃固废具有一定的热值，从理论上同样可以喷入高炉。可燃固废喷入高炉后燃烧可为高炉提供能量和还原剂[5]，这种处理方式既可以解决可燃固废带来的环境问题，又可为高炉生产提供一种新能源。因此，高炉炼铁协同处理城市可燃固废具有广阔的应用前景。

1城市可燃固废的性质及处理现状

1.1城市可燃固废的分类与产量

城市可燃固废按照原料属性主要分为废有机制品、废木制品和餐厨固废3类，如图1所示。

废有机制品包括废塑料、废橡胶和废布料等。废塑料种类繁多，包括各种塑料制品，年堆积量约3500万t[6];大宗量的废橡胶主要为废轮胎，年产量约1080万t[7];废布料主要为废布制品，中国每年产生废旧纺织服装类约2400万t。废木制品主要包括废旧建筑木材、废旧木制家具和废旧纸张等。中国每年产生的废旧建筑木材和废旧木质家具等5000万m3[8]，约2500万t;中国废纸回收率低于30%，每年产生废旧纸张1000多万t[9]。餐厨固废是指人类在日常食用的残余，主要成分是纤维素、淀粉类、脂肪、蛋白质等有机物质，中国餐厨垃圾年产量在6000万t以上[10]，餐厨垃圾含水量为80%左右，餐厨垃圾每年干重超过1200万t。总的来讲，中国每年排放上述城市可燃固废总量约0.935亿t，其中废塑料排放最多，占总量的30%;废橡胶(轮胎)排放最少，占9%。由于尚未有专业部门统一统计城市可燃固废年排放量，本文数据来源于2010年后的出版文献，仅供参考。

1.2城市可燃固废的理化性质

不同城市可燃固废的化学成分与工业分析(质量分数)见表1。

比较不同城市可燃固废可以发现，废塑料和废橡胶的碳质量分数比较高，餐厨固废、废木制家具、废纸张和废布料的碳质量分数明显低于前两者，其中废纸张碳质量分数最低。废塑料的氢质量分数最高，其他几种固废的氢质量分数为6%左右。废家具的氧质量分数最高，废布料、废纸张和餐厨固废的氧质量分数次之，废塑料氧质量分数较低，废橡胶氧质量分数最低。与煤粉相比，几种固废的碳质量分数都较低，氢质量分数较高，氧质量分数除废橡胶外，都明显高于煤粉。

除此之外，多种城市可燃固废的氯和硫质量分数比煤粉要高，因此，高炉处理城市可燃固废时，要考虑氯和硫元素给高炉生产带来的问题。

图2所示为不同种类城市可燃固废的高发热值。与煤粉相比，废塑料和废橡胶的高发热值较高，而其余4种的高发热值较低，这种现象是由它们各自的成分决定的。高炉喷吹城市可燃固废时，可以根据各自的高发热值(HHV)将其进行混合，得到与煤粉高发热值相同的混合燃料，这样可减轻喷吹对高炉操作的不利影响。热值计算依据Dulong公式进行，HHV(MJ/kg)=0.3383w(C)+1.422[w(H)-w(O)/8]，混合固废的混合比例为废塑料∶废橡胶∶废纤维∶废家具∶废纸张∶餐厨固废∶混合固废=0.4∶0.3∶0.1∶0.05∶0.1∶0.05。

1.3城市可燃固废的燃烧特性

除化学成分和热值外，城市可燃固废的燃烧特性对高炉炼铁协同处理固废也非常重要。不同种类城市可燃固废的燃烧特性曲线如图3所示，其燃烧特征参数见表2[15，17-18]。