不来梅钢铁公司经过1年多的试验后,于1995年2月经政府批准始建向高炉喷吹7万t/a废塑料的装置。因为废塑料若从炉顶装入,在200 1C以上时便被软化,将影响炉料的透气性,故采取粉碎为小块和造粒后从风口喷人的方式。全套装置包括存贮量达1 000t的4个料仓和粉碎、造粒及向2个高炉风口喷人的设施。考虑废塑料的代油置换比为1,达设计能力后年可节油7万t,仅此项收入2年内即可回收全部投资。另造粒的费用由DSD公司每吨补助150马克,仅为填埋处理的1/2,对社会效益亦有好处,而对油化的补助费则比其高60%.不来梅钢铁公司于1995年7月在2号高炉月喷3000t,经18个月试喷结果良好,从1996年底又开始在1号高炉试喷,并很快达到了喷7万t/a水平。
DSD公司从统筹废塑料的再生利用出发,除考虑补助费大小的经济因素外,并对几种再生利用方法进行了节能、环保评价后,其顺序为高炉喷吹、热分解油化、加氢油化、气化,其依据见表1.表1废塑料5种再生法的节能评价(和填埋比较)再生方法节能效果/M.kg-1综合评价顺序高炉喷吹热分解油化加氢油化固定床气化流化床气化注:摘自日刊“资源与素材2000年9期”篼炉喷吹废塑料再生技术“文据此,DSD公司重点扶持高炉喷吹废塑料,并在克虏伯赫施钢铁公司等单位亦陆续在高炉喷吹废塑料,使此法的废塑料再生利用量一直雄居各种新再生法的首位。从1998年DSD公司回收的63万t废塑料的用途看,除传统的供原料用24万t外,高炉喷吹16.3万t,气化11万t,油化8.7万t,其他3万t. 3日本高炉喷吹废塑料情况日本政府1995年为促进垃圾中废物的再生利用,学习德国经验颁布了”包装容器再生法“,为了保证2000年4月正式实施,重点资助了废塑料再生利用技术的开发。
日本钢管公司(NKK)学习德国不来梅厂经验,1995年也成功地在高炉喷吹废塑料。接着在政府和塑料协会支持下投资15亿日元为京滨厂4093m3高炉建成3万t/a喷产业废塑料装置,并于1996年10月开始试喷产业废塑料,目标是吨铁200kg.尽管未达目标,但证明节能环保效果良好。于是接着又进行了将农用薄膜造粒和将PET瓶粉碎后的喷吹试验,亦均获得成功。
日本钢铁联盟对NKK大高炉试喷废塑料成功十分重视,于1996年组织各企业编制2010年以减排C02为中心的节能、环保企业自主行动计划时,除考虑2010年钢铁吨钢能耗比1990年降低10%外,并要求各大钢高炉喷吹废塑料100万t,折合节能1.5%.从而推动了喷吹废塑料工作的进一步开展。
NKK通过完善加工工艺和能力,使京滨厂高炉喷吹废塑料由1997年的3万t扩大到1999年的4万t,同时鉴于日本含氯废塑料在生产中的比例高达17%的特点,抓紧试成了对含氯废塑料用回转窑脱氯后再喷的新工艺,并将氯以盐酸回收后用于钢材冷加工酸洗之用。2000年4月以前又在京滨厂和福山。厂各建成4万t/a含脱氯工艺的塑料加工装置1套,全年喷吹量达到9万t.2001年计划扩大到喷吹15万t,2010年计划喷吹30万t.为保废塑料的供应,已成立32个废塑料回收公司,并按2~2.6万日元/t的委托费回收废塑料。
此外,新日铁和住友金属也于1999年试成炼焦煤中掺人1%废塑料炼焦的技术,废塑料分解后将20%进人焦炭,其余进人煤气和化工产品各40 %,利用率很高。
由于京滨厂高炉喷吹废塑料的节能环保效果显著(具体见表2),且在全国起了带头作用。
表2NKK京滨厂高炉喷吹废塑料节能效果项巨比较焦炉装人煤/kr1干馏热量/4.18Mhr1篼炉焦煤废塑料/kr1注:摘自日刊“省能2001年2期由于喷入废塑料13.3kg/t,带来吨铁焦炭用煤节约24.2kg,干馏热量节约3.2X4.184M,按日产铁9500t计全年共节能3.633X4.184G,约为全年用能量的1.47%.减排C02方面,按全年节焦5万t计,每kg焦排放C023.18kg计,则全年减排C02 15.8万t,加上塑料中含112高,又可多减排C024.4万t,合计减排C220.2万t/a. 4高炉喷吹废塑料的工艺和特点废塑料作为代替重油、煤粉的喷吹料,亦可起到代焦的作用。高炉喷吹废塑料是从风口喷人以代煤、油,由于彼此成分接近,且可同时用部分风口喷吹,如京滨厂4093m3高炉共有40个风口,目前只用4个风口喷吹废塑料,故技术较易过关。
表3废塑料和煤、重油的成分对照项目灰分煤炭重油废塑料由于废塑料的碳、氢含量和重油接近,发热量一般在(9000~10000)X4.184k/kg,故对油的置换比为1;而煤由于碳、氢低、灰分高导致发热量低,故废塑料对煤的置换比为1.3左右。突出的是废塑料含C1高,燃烧生成的HC1易对金属腐蚀,且有产生二恶烷等剧毒物质的危险(一般规定<0.5g/m3),对此,不来梅厂根据德国含氯塑料只占4 %的特点,一般只控制入炉废塑料中的含氯<2 %即可达标;日本则由于含氯塑料的生产比高达17%,因此,要利用比重法选出含氯塑料,再进行脱氯处理后方可喷入高炉。
废塑料的加工处理。为达到高炉喷吹废塑料的要求,对混合废塑料经过人工或机械适当分选后通过不同方式进行加工。
对于薄膜状废塑料通过摩擦粉碎机的摩擦热在被粉碎的同时可熔融,再通过急冷后便可造成2~4mm的小球,即可送入贮仓供喷吹。对于PVC等含氯薄膜废塑料在上述熔融造粒过程中便可将氯排出95%,故在分选后回收HC1即可。
对于不含氯的固体废塑料,经破碎、粉碎至2 4mm的细粒,即可送入贮仓待喷。
对于含氯的固体废塑料,一般采取在回转窑内%的HC1即可排出,经以盐酸形式回收后供钢材冷加工酸洗之用。脱氯后的废塑料已成发泡状,极易粉碎成2~4mm小粒供喷。
废塑料在高炉中的反应和利用效率。加工后的废塑料粒和煤粉以同样方式喷入专用风口后,在炉内风口前端区首先和热风中的氧反应而燃烧,可燃分碳和氢分别生成C02和H20,除给炉内提供热量外,进一步进入风口前端区和周围的焦炭反应,又生成(:0和H2,成为对铁矿石中氧化铁起还原作用的还原气,起到了和煤、重油、焦炭同样的作用。但据研究对比,废塑料在风口前端区的燃烧反应率比煤粉要好得多。因为煤粉的粒度仅为74~100Mm,吹人风口后在风口前端区的停留时间短,故形成还原气的反应率仅40%~60%;用薄膜造粒的废塑料吹人风口马上即受热爆裂为细粒被燃烧,在风口前端区的停留时间亦较短,其反应率为50%~80%;而用固体废塑料碎粒则由于在风口前端区的停留时间较长,致反应率达80%~100%.由于废塑料在高炉中的能量利用率分别以还原剂和燃料两部分计算,而前者的能量利用率远高于后者,而反应率高正是保证还原反应率和总能量利用率高的必备条件。具体反应率情况如表4.表4各种喷人物在风口前端区的反应率项目不同粒径下的反应率煤粉膜状造粒废塑料一固体粉碎废塑料注:资料来源同表1.废塑料在高炉内的能量利用率分两部分:当反应率为100%时的还原剂利用率=参与还原反应的碳、氢量/废塑料中的碳氢量= 19.3/38.1=51%,未参与还原反应的碳、氢部分只能作为燃料利用,一般燃料的能量利用率为50%~60%,按此计算燃料部分的能量利用率约为25 %~29%,故废塑料在高炉内的能量利用率可达76%~80%.篼炉喷吹废塑料最大可能量的推算。高炉中可喷吹废塑料的上限和以下各项重点因素有关。
废塑料的种类和添加剂的影响。日本的大宗废塑料有PE(占总产量的22.6 %)等,其成分不同自然对最大可喷量带来影响。还有塑料在加工时为了改善其加工和使用性能,曾加入一些填充剂(有碳酸钙、硅酸钙和玻纤等)和添加剂等,亦将带来重要影响。但除明铜进人铁水产生不良影响外,其他杂质均进人炉渣中,对作水泥原料无影响。故认为对于一般非含氯废塑料,杂质不是影响喷入量的主要因素。
含氧废塑量的影响。如前所述,德国通过控制废塑料中的<2%即可达标。日本以含氯10%的废塑料做了试验,结果是每吨铁水喷吹量<10kg时可无害,超过此限后务必采取脱氯后再喷吹的措施。
风口前端区的燃烧气化特性。高炉前端区为保持焦炭正常燃烧、气化和对铁矿石还原及熔化为铁水的温度应保持在2000~2200I:,伴随重油、煤粉和废塑料喷人量的增大,其本身及喷吹用气体将使风口前端区的炉温下降,从而成为一定风温、风湿条件下最大喷人量的限制因素。经在风温12001:、风湿10g/m3和风中含氧量22 %的条件下,对5种喷吹物的温降曲线作了试验,其结果如表5.表55种喷吹物随喷吹量增加的温度变化喷吹物不同喷吹量(kg/t)的风口前端区温度/C煤粉废PS废PE重油高灰废塑料注:资料来源同表1由上可知,按风口前端区炉温下限为2则每吨铁水的最大喷吹量为:煤粉250kg、废PS170kg、废PE150kg、重油120kg,高灰废塑料100kg.排放总量相比消减率为:粉尘消减54.71 %,烟尘消减72.31%,二氧化硫消减62.9%.然后,他指出首钢推进技术进步实施科技创新,实行清洁生产的基本途径是:①采用清洁生产新技术、新工艺,从源头控制污染物的产生量;②把环境治理同节约能源结合起来,用清洁燃料代替煤。最后,他讲述了实施“三大发展战略”,保持长期可持续发展的4项措施。
印度SupriyaDasGupta介绍了印度钢铁工业面面观。他首先介绍了近10年印度钢铁工业的发展和变化,在结构调整中成功地建直接还原铁厂、海绵铁厂和应用COREX工艺,使电炉直接使用热直接还原铁和铁水,可节电240kWh/t.应用型焦和捣固焦提篼了焦炭质量。然后他叙述了印度钢铁工业结构重组、WTO对印度钢铁工业的影响和如何面向未来。
中国金属学会副秘书长,中国钢铁协会副秘书长、科技环保部主任李世俊作了题为中国钢铁工业的机遇与挑战的报告。他首先讲到中国钢铁企业的机遇是,长材市场有很大发展空间、板带材市场增长势头强劲和国内投资与消费拉动了钢材需求。然后,指出中国钢铁企业面临的挑战是,因规划中板带项目过于集中,投产后将会造成艰苦的市场竞争;在产品定位上追求全,而缺乏精。世界经济增长放缓,将会给我国带来影响;技术进步引发的钢材替代材料的发展势头不容忽视。
在中国金属学会第七届全国会员代表大会上殷瑞钰院士作了21世纪初中国钢铁工业发展战略的初步评估报告。他分析了世界钢铁业的发展态势,归纳了90年代中国钢铁工业取得的重大成就,讨论了中国钢铁工业定位与钢铁产品的需求量及钢铁材料的阶段走势。他对我国5~10年内钢铁工业的发展提出了在技术路线方面、调整产品结构方面、改革方面的建议。张寿荣院士作了题为关于21世纪我国钢铁工业的若干思考的报告。他就有关21世纪我国钢铁工业发展问题,如发展前景、资源供应、炼铁、炼钢、连铸及钢材品种质量发展趋向等问题进行了讨论,提出我国钢铁工业迎接21世纪国际市场挑战的对策是增强总体竞争力。陆钟武院士作了题为关于钢铁工业废钢资源量的一般分析的报告。他指出了多用废钢,少用矿石的重要意义,给出了钢铁产品生命周期铁流图,提出了废钢资源充足程度的指标废钢指标,分析它与钢铁产品产量变化因素关系。
北京市市长、原冶金部部长、中国金属学会名誉理事长刘淇出席了大会,并讲了话;原冶金部部分领导和国家经贸委、科技部、解放军总装备部等单位的有关负责人也出席了大会。
本次年会共征集到国内外各类学术论文780篇,收录在告12篇,原料、炼铁93篇,炼钢和连铸108篇,压力加工78篇,设备与自动化79篇,产品104篇。
11月1~2日会议按炼铁、炼钢/连铸、轧钢、工艺与装备、板材、建筑材料和特钢等专业设若干个分场进行学术交流和热烈的讨论。
中国金属学会王维兴(上接第37页)当然粒度不同的废塑料亦有区别,如粒度为34mm时比粒度为0.85mm的可多喷70%80%,这亦有利减少粉碎工作量。考虑篼炉实际操作波动等因素,建议高炉废塑料的最大喷吹量以150kg/t为宜。
5结语综合德、日高炉喷吹废塑料的实践和试验,证明它是废塑料再生利用的有效项目,不仅技术成熟,节能环保效果好,加上政府依法支持下,经济效益亦好,均值得我们借鉴。具体建议如下。
500万t以上,和日本相仿,今后还在发展,由于废塑料的再生利用跟不上,导致白色污染严重。今后除加强合理利用的同时,应通过立法和经济政策促进再生利用。针对我国石油、木材进口量大的特点,应优先发展油化和代替木材的项目。
我国作为钢铁大国,炼铁能力为日本的2倍左右,对于高炉喷吹废塑料这一重大节能环保项目亦应尽快启动。在立法问题未解决之前,应在废塑料收购价低于煤价的地区,由政府贴息贷款建设12处示范工程,以便积累经验,为贯彻可持续发展方针作出贡献。
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