高炉炼铁协同处理城市可燃固废

2.3.2可行性分析

(1)喷吹混合燃烧的可行性。高炉喷吹煤粉时，在燃烧初始阶段，煤粉的挥发分逸出燃烧。挥发分的燃烧加速了煤粉颗粒的升温，挥发分逸出后煤粉显微结构发生变化，改善了氧气的传质条件，加速了气体在炭粒中的扩散，炭粒表面快速升温和燃烧又反过来加快其内部残留挥发分的逸出。因此，在高炉喷煤时，一般通过混合喷吹来调节煤粉中挥发分和固定碳的组成。

一般而言，烟煤结构疏松，挥发分较高，燃烧性能较好。而无烟煤挥发分较低，结构密实，燃烧性能较差，但热值比烟煤高。在实际喷煤过程中，将无烟煤和烟煤按照一定的比例进行混合喷吹，能够促进燃烧，提高煤焦置换比，合理的配煤还可以降低煤粉的爆炸性，提高煤粉燃烧性能，减少未燃煤粉的发生量，有利于高炉炉况顺行。

城市可燃固废的共同特点是挥发分质量分数非常高，见表1，而无烟煤挥发分较低，因此，城市可燃固废可以与无烟煤粉进行混合喷吹。不同城市可燃固废的热值不同，如图2所示，即不同城市可燃固废对焦炭的置换比不同，可以通过调节可燃固废的比例使混合固废的热值与煤粉相似，以减少对高炉顺行的影响。

除化学成分、工业成分和热值外，燃料的工艺性能也非常重要，具体包括着火点、灰熔融性、流动性、粒度、爆炸性以及反应性。对于城市可燃固废而言，着火点较低，在仓储时应注意防火防高温，以免发生自燃;城市可燃固废的灰分比煤粉要低很多，其灰熔融性对高炉影响较低;城市可燃固废的挥发分非常高，这增大了其爆炸性，应当采取相应措施，降低混合固废的挥发分;城市可燃固废的燃烧温度都低于煤粉，挥发分高于煤粉，其反应性优于煤粉。

(2)制粒与输送的可行性。城市可燃固废的粒度是高炉喷吹的关键，由于城市可燃固废多以有机物为主，传统的磨煤制粒法并不适用，应采取其他制粒方法进行制粒，城市可燃固废按照物理性质可分为两类，一种是热塑性固废，另一种是非热塑性固废。热塑性固废可采用热熔水淬造粒法、软融挤压造粒法、微热塑化造粒法进行制粒[4]，这种制粒一般通过造粒机实现。

图5所示为废旧轮胎的制粉回收流程，该技术已经非常成熟，通过处理可获得1～10mm的颗粒[39]，如图6所示。废塑料和废布料的物理性质和废旧轮胎相似，也可采用类似的工艺进行混合造粒。对于非热塑性固废，主要以木质生物质为主，可采用机械粉碎进行制粉。由于其纤维质量分数较高，具有一定的韧性，物料间经碰撞而破碎的概率较小，因此不宜采用压碎的粉碎方法，可采用锯切粉碎、击碎和磨碎进行制粉，中国在此方面已开展了多年的研究，可制得粒度为0.074～1.000mm不等的颗粒[40]，因此，废纸张、废家具以及餐厨固废的处理可直接引用或者借鉴生物质制粉技术。此外，城市可燃固废的制粉工艺流程较长，占用大量用地，高炉炉前空间内基本无法布置相关的工艺设备，因此可采用厂外制粉，然后运输到高炉喷吹料仓。

城市可燃固废与煤粉混合后，由于各种物料的密度等物性不同，采用传统的煤粉输送工艺可能会出现一定的输送偏析，因此需对混合输送进行研究，开发新的城市可燃固废的输送工艺。目前日本和德国已有煤粉废塑料混合输送的成功先例[41]，生物质和煤粉混合喷吹也在不断研究之中[42]，这些都可为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的发展提供借鉴。综上，需开展城市可燃固废的理化性质和工艺性能的研究，然后根据不同可燃固废的性质和性能开发出固废混合配比模型，根据模型对可燃固废进行称重混合，混匀后由输送装置喷入高炉风口。

3结论

(1)与煤粉相比，城市可燃固废都具有较高的氢质量分数，但同时具有较高的氧质量分数，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，采用多种固废混合喷吹可使其热值与喷吹煤粉相当。

(2)高炉喷吹城市可燃固废理论上可行，在国外已有高炉喷吹废塑料的工业应用先例，中国目前依然处于起步阶段，仍需开展大量的研究工作。

(3)中国城市可燃固废种类繁多，产生量大，开展多种可燃固废高炉混合喷吹是未来发展的一个方向。利用高炉处理城市可燃固废既能够给高炉带来新的燃料，又能完成对周边社会的固废处置，扩充城市钢厂的社会功能。

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