高炉炼铁协同处理城市可燃固废

2.2.2高炉喷吹废橡胶

目前，高炉喷吹废橡胶方面的研究以喷吹废轮胎为主。废轮胎主要是由碳氢化合物组成，氢质量分数比煤粉中的要高，热值也较高，且废轮胎挥发分的析出、燃烧非常迅速[27]，可以做良好的燃料和还原剂。

废橡胶与煤粉混合喷入高炉时可以有效改善煤粉的燃烧特性[31-32]，改善铁矿石的还原，可以有效改善高炉冶炼的经济技术指标，减少温室气体二氧化碳排放。顾明言等[33]通过Fluent软件建立了数学模型，研究了高炉喷吹废轮胎与煤粉时的燃烧特性，研究表明，煤粉与废旧轮胎混合喷吹可以显著改善燃料在风口内的燃烧性能。

只喷吹纯煤粉时，燃尽率为30.38%;只喷吹废旧轮胎时，风口内的燃尽率为89%;废旧轮胎与煤粉比为1∶1时，燃尽率为50%。喷吹燃料中废轮胎的比例越高，燃料燃尽率越高，但废轮胎硫元素质量分数也比较高，因此，将废轮胎与煤粉混合喷入时应合理控制废轮胎的使用量[13]。

操作工艺参数对废轮胎喷吹比也有影响，黄欢等[34]通过理论计算，得出富氧率每提高1%，置换比提高0.3%，氢气利用率每提高1%，置换比提高0.47%，废轮胎中碳质量分数每提高1%，置换比提高1.1%，而鼓风温度和废轮胎灰分对废轮胎喷吹比的提高有抑制作用。另有研究表明，高炉喷吹废轮胎时，燃烧产生的多环芳香族碳氢化合物等有毒气体明显降低，因此可有效减少二噁英、呋喃、PAH等有毒气体[27]。

2.2.3高炉喷吹废木制品

高炉喷吹废木制品方面的研究较为少见，但废旧木制品属于生物质类固废，高炉喷吹生物质方面的研究较多。其中，木炭是被研究最多的。木炭中固定碳质量分数比高炉喷吹用煤的固定碳质量分数要低，其挥发分比高炉喷吹用煤要高，其热值比高炉喷吹用煤的热值要低。

MachadoJGMS等[35]对木炭与CO2的反应特性进行了研究，木炭的反应性比煤粉的反应要好，木炭的最快反应速率达0.22min-1，而煤粉的反应速率仅为0.06～0.16min-1。木炭的反应速度之所以高于煤粉的反应速度，这是由其结构决定的。

生物质在热解形成木炭的过程中形成了大量孔洞，这些孔洞的存在使得木炭的比表面积增大，木炭的比表面积为155m2/g，而煤粉的比表面积仅为89m2/g，这就使得木炭的反应性高于煤粉。木炭的炭化温度对反应性有重要影响，在低温下生产的木炭由于挥发分质量分数比较高，开始时失重很快，但反应结束温度升高[36]。

NgKW等[37]对木炭在空气中的燃烧性能进行了研究，研究表明，木炭的燃烧速率比煤粉要快，木炭的燃烧速率为3.6mg/min，而煤粉的燃烧速率为2.4mg/min。富氧率对煤粉和木炭燃烧的影响是不同的，在燃料的粒度相当时，增加O/C质量比，两者的燃烧率均提高，但木炭的提高幅度比煤粉小，这是因为木炭的气孔率高，富氧率无须提高很多就可以多喷木炭[36]。

博思格钢铁与必和必拓[38]通过自制的燃烧设备对高炉喷吹木炭粉进行了大量的研究，研究发现，相对于煤粉而言，木炭燃烧更容易得到稳定火焰，在鼓风口没有灰分积沉;在风口处，相对于喷吹煤粉，喷吹木炭时压力降较低，波动幅度明显下降;在相同挥发物的质量分数下，木炭的燃烧性能优于煤粉，软木木炭的燃烧性能显著优于硬木木炭;富氧测试表明，软木木炭的燃烧性能得到有效改善，而硬木木炭的燃烧性能稍有改善，这是由挥发分物质的质量分数不同造成的;煤粉和木炭混合的加权平均燃尽点是非线性的，需要通过试验才能得出。

2.2.4高炉处理餐厨固废

高炉喷吹餐厨固废之前要对其进行脱水脱油处理，经过处理后的干燥产物再喷吹进高炉。干燥产物的成分主要分为两类：一类是植物类固废，以纤维素、木质素等为主要成分，属于生物质;另一类属于动物类固废，以蛋白质和脂肪为主要成分。第一类产物其燃烧性能与其他生物质(如木材等)相似，其在高炉风口内的燃烧特性与废木制品相似;第二类在高炉风口的燃烧特性尚未见报道，需要进一步研究。

2.3基于多种固废混合喷吹的高炉炼铁协同处理城市可燃固废技术

2.3.1工艺提出

基于多种固废混合喷吹的高炉炼铁协同处理城市可燃固废技术是一种基于热值相当原则对各种固废进行配比，使混合可燃固废的热值与煤粉相同，然后进行综合处理城市可燃固废的技术，如图4所示。

首先将多种可燃固废进行干燥、预处理等，对含氯的废塑料先进行脱氯处理;然后根据热值相当原则对各种可燃固废进行称重混合，废塑料和废橡胶的热值高于煤粉的热值，废布料、废家具、废纸张和餐厨固废的热值低于煤粉的热值，通过调配前者与后者的比例，进而使其热值与喷吹煤粉相当，以满足高炉喷吹的热量需要，减少对高炉运行的影响;第三，对称重混合后的各种可燃固废进行机械撕碎，做成片状，然后根据可燃固废的物理性质，选择不同的制粉或者造粒工序，最终将混合后的可燃固废与煤粉混合共同喷入高炉。

利用高炉处理城市可燃固废的消纳量取决于高炉自身工艺条件、城市固废的供应量以及高炉的用途形式。若利用废弃的小高炉作为专门的固废处理反应器，固废的喷吹比理论上可以接近煤比，生产1t铁水可消纳150kg左右固废，经过改进后会更高。

若是高炉仍为炼铁反应器，单座高炉的处理量将不会太高，但是全国高炉数量约250座，产铁约70000万t/a，若吨铁消纳10kg城市固废，年消纳量约700万t。因城市可燃固废属于废物，主要成本来源于对城市固废的处理、制粉和运输。运输可采用就近原则，如宝钢高炉处理上海周边产生的城市固废，这样将会节省运输成本。另外，在高炉处理城市固废前需要先对固废进行分类，城市固废分类是一个大工程，目前最好的分类方式是源头分类，建立相关法律法规，提高人民的分类意识，从源头分类堆放城市固废，减少后续处理的难度和成本。

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