高爐噴吹塑料技術
????????核心提示：焦炭和100kg煤粉￡a每天漏16000t礦石生產出blish32!風口噴吹塑料存在的問題1前言廢棄塑料的處理已成為世界性難題，從節省能源，減少污染的角度考慮，各國都在研究回收利用的方法。
????????焦炭和100kg煤粉￡a每天漏16000t礦石生產出blish32!風口噴吹塑料存在的問題1前言廢棄塑料的處理已成為世界性難題，從節省能源，減少污染的角度考慮，各國都在研究回收利用的方法。特別是工業發達國家，為此投入了相當資金研究開發廢棄塑料的回收利用技術。在這方面，曰本鋼管京浜制鐵所經過大量的基礎研究，開發出了向高爐噴吹粒狀塑料的技術。自1996年開始噴吹，到1999年噴吹量已達4.5萬t.焦炭使用量每年減少5萬t，碳酸氣體的排放量每年減少20. 2萬t，收到了良好的經濟效益和社會效益。由于該技術在節能和環保方面的雙重效果而受到2000年度日本全國節能促進會的獎勵。
????????在高爐操作過程中，從礦石變成鐵水要消耗大量的焦炭。也就是說，焦炭從高爐上部裝入，同時從高爐下部風口噴入原生煤炭粉末，即噴煤。人們在拼命提高噴煤比的同時，各種廢棄塑料在不斷增加著，而且回收利用率很低。塑料具有41868kJ/kg的發熱值，與煤炭相比，氫的含有率較高。因此向高爐噴吹塑料，不僅可以削減煤炭的使用量，而且還可以減少CO2的排放量。將廢棄的塑料用于煉鐵，既節省資源又保護了環境，實為一舉雙得的好方法。目前這一方法在國外已經投入實用，但在國內還僅限于探討和研究階段。
????????2對現狀的分析2.1高爐操作現狀礦石和焦炭從高爐上部交替裝上爐內的同時，從下面風口鼓入1000°C以上的熱風，鐵水和爐渣同時流出。在高爐下部風口端頭的回旋區，焦炭經燃燒生成高溫煤氣供給礦石還原和熔解。這時大部分焦炭變成⑴氣體與鐵礦石進行還原反應。
????????為了降低焦炭的使用量，噴煤技術已得到普及。
????????以京浜制鐵所1號高爐為例，每噸生鐵使用450kg 10000t生鐵。福山制鐵所每噸鐵的噴煤量超過20Ckg.沒有參與還原反應的煤氣從爐頂排出，用于爐頂余壓發電或供給廠內加熱爐和發電機組作為燃料使用，使煤氣得到完全有效的利用。
????????2.2廢棄塑料的回收利用情況塑料從各種大小包裝袋、餐具到汽車減震器等大型成型品已滲透到人類生活的各個方面，污染日趨嚴重。由于使用范圍和使用量不斷擴大，廢棄量也在逐年增加。其處理方法除少量回收外，一是填埋，二是焚燒。填埋不僅占用土地，而且難于降解解焚燒又造成環境污染。各國政府都在提倡資源再生或回收利用并制出一系列政策法規控制對國土資源和環境的破壞。日本是一個能源小國，十分重視對廢棄物的回收利用，許多節能技術走在世界前列，但對塑料的回收利用率也只有42%(1997年)，這大概是因為塑料形態復雜，有些塑料制品是與其他材料的混合物，難于分離的緣故。
????????3高爐使用塑料存在的問題3.1廢棄塑料的利用方法把塑料作為熱源裝入爐內有兩種方法：(1)自高爐上部裝入;(2)自高爐下部風口吹入。關于高爐爐內溫度分布，下部大約2000在爐的上部，由于下部產生的高溫煤氣與原、燃料(鐵礦石、焦炭)進行熱交換而降低到約150°C.如果塑料從高爐上部隨礦石、焦炭一起裝入爐內，就會隨著原料的下降而升溫。塑料屬于石油化工產品，當溫度達到100~200C時就會熔化，當達到300C以上時就會分解成低分子量化合物。在分解生成物中，因含有石蠟和焦油成分，因此從上部裝入會影響爐料的透氣性，而且還會粘附在煤氣凈化設備上造成故障，可見從上部裝入不是理想的方法。鑒于上述情況著重研究了自風口噴吹的方法……0―.及0mmn以下的的塑料顆粒在回旋區內的氣1油化從風口噴吹固體燃料如所示，在高爐下部燃燒、氣化區(回旋區)變換成還原氣體。從熱風爐向風口鼓入的熱風溫度約1000°q速度約200m/S，由于風的沖擊力，在風口處形成一個約1. 5m長的遇到熱風中的2便急劇燃燒并瞬間生成CO2和H2O，與此同時，燃燒溫度達到2000°C以上?；匦齾^的后半部分(遠離風口部分)，2消失，生成的C2和HO與焦炭反應變換成還原氣體CO和H2.最終形成所示的氣體組成和溫度分布。固體燃料在回旋區內的滯留時間極其短暫，約10提高固體燃料在高爐內的利用率，必須開發使固體燃料以最短的時間燃燒/氣化技術。在噴吹煤粉的情況下，粒徑不得超過100%!。
????????回旋區內氣體組成和溫度分布噴吹廢舊塑料的粒度要求與煤粉一樣。但對塑料進行粉碎加工過程中會產生熱，加工所產生的熱會導致塑料軟熔，為防止軟熔必須采取冷卻技術這就需要大量的能源。另外，廢棄塑料形態各異，也會使粉碎加工系統復雜化。為此，對以下2個問題進行了研究。
????????塑料在高爐內達到最高利用率的最佳粒徑。
????????實際噴吹時對高爐操作的影響。
????????4解決方法4.1塑料粒徑與燃燒/氣化特性在一般焚燒爐中，固體粒子的燃燒/氣化特性受粒徑大小的影響，粒徑越大，燃燒/氣化率越低。粒徑的大小是由加工機械決定的，因此，對加工機械的設計至關重要。從模擬。為了進行比較，同時表示出了噴焦和噴煤的情況。在噴煤的情況下，煤粉一進入回旋區，氧氣迅速被消耗，風口端頭部氧氣完全耗光。在噴焦情況下，氧氣消耗呈遞減趨勢并出現CO2高峰期，由此可見，回旋區內存在著燃燒帶。
????????從可以看出，噴吹塑料與噴焦情況類似。
????????經對粒徑為0.2~1.0mm與粒徑<10mm的塑料相比，CO2的峰值位置雖靠近風口，但不像煤粉那樣貼近。噴吹焦粉時，最高溫度距風口約250mm;噴煤的情況有所不同，最高溫度區與風口較近。噴吹粒徑<10mm的塑料，其溫度分布與噴焦情況類似。與噴煤相比，由于高溫區離風口稍遠，所以可以減輕對爐壁的熱負荷，同時也可減輕爐壁引起的熱損失。
????????關于塑料燃燒氣化率與粒徑的關系，試驗結果表明，粒徑越大，氣化率越高。而且比煤粉燃燒氣化率高，煤粉的燃燒氣化率僅為56%~60%，而塑料的燃燒氣化率高達90%以上。粗粒塑料之所以燃燒氣化率高，分析原因是吹入風口后由于顆粒較大并不立即著火燃燒，而是在回旋區內作短暫循環滯留，當粒徑達到飛散的程度(極限粒徑)時再燃燒氣速度相對應。回旋區內的燃燒氣化率可用下式表示。
????????由此可以看出，初始粒徑r大的粗粒塑料才能確保高燃燒/氣化率。采用上式進行的計算結果與實測結果基本一致，這說明實驗所使用的模型是適當的。煤粉燃燒/氣化率低的原因是未在回旋區內作循環滯留。即使噴入粗粒煤粉也不能收到循環滯留的效果，因為煤粒受到急劇加熱后會分裂，無法控制其完整性。塑料組織致密，傳熱慢，受到急劇加熱時不易分裂。也就是說，只要粒度得當，就可以把廢棄塑料作為還原劑和熱源使用。
????????4.2在高爐噴吹塑料的實驗經反復分析研究和模擬試驗后，在京浜制鐵所高爐進行了實爐實驗。塑料粒度分為2種，一種是粒徑為0.2~1.0mm，另一種粒徑<10mm，主要測定項目如下。
????????高爐內煤氣分析：在高爐半徑方向上的3個取樣點放置探測器對噴吹塑料的高爐煤氣進行采樣。
????????對高爐粉塵中的焦油進行分析。
????????經對高爐半徑方向上中心、中間、周邊部煤氣中H2含量的分析得知，噴吹塑料時，無論粒度如何，與不噴塑料相比，H2含量都有所增加。特別是噴吹0. ~1.0mm的塑料，與爐中心部相比，中間和周邊的H2含量要高。而噴吹粒徑< 10mm的塑粒時，中間和中心部的H2含量要高。這就是說，噴吹< 10mm的粗粒塑料時，在回旋區內深處循環滯留，生成的還原煤氣有效地滲透到高爐內部。
????????關于高爐內的焦油問題，實驗結果表明，與不噴塑料時高爐粉塵中的焦油含量相同，這就消除了原來的擔心。由此可見，噴吹塑料是不存在問題的，高爐煤氣中H2含量增加，預示著高爐碳酸氣體的排放量將會減少。
????????4.3模擬計算效果經噴煤與噴吹塑料二者相比，噴吹塑料時焦炭的消耗量比噴煤少，這是因為塑料發熱量比煤粉高的緣故。可以計算出，噴吹塑料量若為10kg/t鐵7水焦炭的使用量可削減12.1kg/t鐵水。
????????率也收到了理想的效果。塑料在高爐內轉變成還原煤氣，用于鐵礦石的還原。焦炭的使用量是由高爐的熱平衡和物質平衡決定的。研究結果表明，當塑料噴吹量為50kg/t鐵水時，還原煤氣的利用率為51%說明塑料作為還原劑得到了有效利用。未被利用排到爐外的煤氣又用于熱風爐和發電。噴吹塑料時，作為高爐整體系統熱回收利用率可達80%這比用于都市垃圾發電熱回收效率高得多。
????????5噴吹塑料所獲得的經濟效益5.1噴吹塑料及爐況噴入高爐的塑料必須具有一定的粒度，1996年10月日本京浜1號高爐使用的塑料是除聚乙烯之外的工業廢棄塑料，分膜狀和塊狀2種，并分別在2個系統進行處理。膜狀塑料在造粒機造粒，塊狀塑料在粉碎機粉碎，都必須加工成所設定的粒度。年處理能力4萬多t.結果表明，設置噴塑系統后，焦比下降，爐況穩定。
????????5.2節能效果表1噴吹塑料節省能源。資源的比較名稱單位(未噴塑)(噴塑)增減量焦爐裝煤量kg/t鐵水噴塑：一24.7增加噴煤干餾熱量MJ/t鐵水高焦炭kg/t鐵水增加噴煤量：一13.8爐煤粉kg/t鐵水塑料kg/t鐵水塑料發熱量：35588kJ/kg;粉煤發熱量：30982k|/kg向高爐噴吹廢棄塑料的節能效果主要表現在降低焦比方面。表1表示包括焦爐在內的節省能源、節省資源的效果。噴煤和噴吹塑料降低了焦比，同時也降低了煉焦時的耗煤量。從各自的噴吹量和發熱量可以計算出噴吹塑料的效果。1999年噴吹塑料4.5萬t，相當于每噸鐵水13. 3kg.依此計算，焦炭削減量為14.3kg，―年的削減量約為5.0萬t.按焦炭平均發熱量29726kJ/kg計算年節能量為1.475X106GJ.從表1可以看出，由于噴吹塑料焦比降低，焦爐煉焦少用煤24.7kg/t鐵水，一年可減少煤炭使用量8.5萬t(出鐵量9500t/d)另外，由于煉焦少用煤1噴吹塑料爐掾作過程中惠源的回收干餾時熱量消耗量可減少339MJ/：t//鐵水，。孟，1節能年節能46473GJ.焦爐、高爐合計年節能為1.521X106GJ，相當于京浜制鐵所全年能耗量的1.47 5.3減少了碳酸氣體的排放量綜上如述，由于噴吹塑料減少了焦炭的使用量，因而減少了碳酸氣體的排放量。按上述焦炭年節減量5萬t計算，一年可減少排放碳酸氣體15. 8萬t(按0.8686kg―akg―焦換算)。另夕卜，由于塑料氫含量比煤粉高，所以噴吹塑料還會進一步減少碳酸氣體的排放量。增加噴煤量和噴吹塑料帶來的C量減少，可以從各自的含C率算出。由于噴吹塑料C的減少量為3.5kg/t鐵水，一年可減少碳酸氣體排放量4.4萬t(換算成C為1.2萬t)兩項合計一年可減少碳酸氣體排放量20.2萬t. 6結束語曰本開發并投入實用的噴塑技術不但取得了良好的經濟效益，而且為廢棄塑料的處理開辟了一條新途徑。目前已在京浜、福山、加古川等多家鋼鐵企業投入實用并在不斷地推廣。從資源回收和保護環境的角度看，噴吹廢棄塑料無疑是個好方法。曰本鋼鐵協會針對地球變暖問題，計劃在2010年高爐噴吹塑料達100萬t，能源消耗量和碳酸氣體排放量與1990年相比降低1.5%以上介紹了日本京浜制鐵所1號高爐采用噴塑技術在節能和環保方面取得的優異成績，如果本文對我國煉鐵行業有所借鑒則不勝欣慰。
