龍紅明1，2 ， 魏汝飛 2 ， 李寧2 ， 周笛2 ， 孟慶民 2 ， 李家新 1，2
（1. 冶金減排與資源綜合利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（安徽工業(yè)大學(xué)），安徽 馬鞍山 243002；
2. 安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）
摘 要：日益增多的城市可燃固廢給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，如何有效處理它們已經(jīng)成為了一個(gè)重大問(wèn)題。對(duì)可燃固廢的化學(xué)成分、熱值、燃燒特性及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，并基于城市可燃固廢的理化性質(zhì)和工藝性能提出了多種固廢混合噴吹。多種固廢混合噴吹既可以給高爐帶來(lái)新的燃料，又可以處理種類繁多的城市可燃固廢，完成對(duì)周邊社會(huì)的固廢處置，擴(kuò)充城市鋼廠的社會(huì)功能。
關(guān)鍵詞：高爐；廢塑料；廢橡膠；廢布料；餐廚固廢；城市固廢
隨著工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，中國(guó)城市固體廢棄物排放量不斷增長(zhǎng)，且處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放能力，致使中國(guó)城市垃圾累計(jì)堆存量超過(guò)80 億t [1] ，侵占了大量的土地，約有2/3的城市處于垃圾包圍之中 [2] 。城市固體廢棄物按其是否能夠燃燒可分為可燃固廢和不可燃固廢，目前處理不可回收的城市可燃固廢時(shí)，多采用堆放、填滿、直接燃燒等方式，這種處理方式又造成了空氣、水及土壤污染等。城市可燃固廢已經(jīng)成為環(huán)境的主要污染源之一，亟需更加有效的辦法來(lái)處理。與此同時(shí)，中國(guó)工業(yè)得到了飛速發(fā)展，大多數(shù)工業(yè)的發(fā)展需要提供大量的能源，如水泥、鋼鐵等工業(yè)。而絕大多數(shù)可燃固廢的化學(xué)成分都是碳?xì)溲趸衔铮紵^(guò)后會(huì)釋放大量的熱量，這部分熱量可供工業(yè)使用，這樣既可以解決城市可燃固廢引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題，又可以為工業(yè)發(fā)展提供能源。因此，近年來(lái)工業(yè)爐窯協(xié)同處理固廢成為一個(gè)比較熱門的研究方向 [3-4] 。高爐是煉鐵的主要反應(yīng)器，為降低焦比一般需要從風(fēng)口噴入大量煤粉，而可燃固廢具有一定的熱值，從理論上同樣可以噴入高爐?？扇脊虖U噴入高爐后燃燒可為高爐提供能量和還原劑 [5] ，這種處理方式既可以解決可燃固廢帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，又可為高爐生產(chǎn)提供一種新能源。因此，高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢具有廣闊的應(yīng)用前景。
1 城市可燃固廢的性質(zhì)及處理現(xiàn)狀
1. 1 城市可燃固廢的分類與產(chǎn)量
城市可燃固廢按照原料屬性主要分為廢有機(jī)制品、廢木制品和餐廚固廢3類，如圖1所示。
廢有機(jī)制品包括廢塑料、廢橡膠和廢布料等。廢塑料種類繁多，包括各種塑料制品，年堆積量約3 500 萬(wàn)t [6] ；大宗量的廢橡膠主要為廢輪胎，年產(chǎn)量約1 080 萬(wàn)t [7] ；廢布料主要為廢布制品，中國(guó)每年產(chǎn)生廢舊紡織服裝類約2 400萬(wàn)t。廢木制品主要包括廢舊建筑木材、廢舊木制家具和廢舊紙張等。中國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊建筑木材和廢舊木質(zhì)家具等5 000 萬(wàn)m 3[8] ，約2 500 萬(wàn)t；中國(guó)廢紙回收率低于30%，每年產(chǎn)生廢舊紙張1 000 多萬(wàn)t [9] 。餐廚固廢是指人類在日常食用的殘余，主要成分是纖維素、淀粉類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，中國(guó)餐廚垃圾年產(chǎn)量在 6 000 萬(wàn) t 以上 [10] ，餐廚垃圾含水量為80%左右，餐廚垃圾每年干重超過(guò)1 200 萬(wàn)t?？偟膩?lái)講，中國(guó)每年排放上述城市可燃固廢總量約0.935 億t，其中廢塑料排放最多，占總量的30%；廢橡膠（輪胎）排放最少，占9%。由于尚未有專業(yè)部門統(tǒng)一統(tǒng)計(jì)城市可燃固廢年排放量，本文數(shù)據(jù)來(lái)源于2010年后的出版文獻(xiàn)，僅供參考。
1. 2 城市可燃固廢的理化性質(zhì)
不同城市可燃固廢的化學(xué)成分與工業(yè)分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見(jiàn)表1。
比較不同城市可燃固廢可以發(fā)現(xiàn)，廢塑料和廢橡膠的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高，餐廚固廢、廢木制家具、廢紙張和廢布料的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于前兩者，其中廢紙張?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。廢塑料的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其他幾種固廢的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右。廢家具的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，廢布料、廢紙張和餐廚固廢的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之，廢塑料氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，廢橡膠氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。與煤粉相比，幾種固廢的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較低，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)除廢橡膠外，都明顯高于煤粉。
除此之外，多種城市可燃固廢的氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比煤粉要高，因此，高爐處理城市可燃固廢時(shí)，要考慮氯和硫元素給高爐生產(chǎn)帶來(lái)的問(wèn)題。
圖2所示為不同種類城市可燃固廢的高發(fā)熱值。與煤粉相比，廢塑料和廢橡膠的高發(fā)熱值較高，而其余4種的高發(fā)熱值較低，這種現(xiàn)象是由它們各自的成分決定的。高爐噴吹城市可燃固廢時(shí)，可以根據(jù)各自的高發(fā)熱值 （HHV） 將其進(jìn)行混合，得到與煤粉高發(fā)熱值相同的混合燃料，這樣可減輕噴吹對(duì)高爐操作的不利影響。熱值計(jì)算依據(jù)Dulong公式進(jìn)行，HHV(MJ/kg)＝0.338 3w(C)＋1.422[w(H)－w(O)/8]， 混合固廢的混合比例為廢塑料 ∶ 廢橡膠 ∶ 廢纖維 ∶ 廢家具 ∶ 廢紙張 ∶ 餐廚固廢 ∶ 混合固廢＝0.4 ∶ 0.3 ∶ 0.1 ∶0.05 ∶ 0.1 ∶ 0.05。
1. 3 城市可燃固廢的燃燒特性
除化學(xué)成分和熱值外，城市可燃固廢的燃燒特性對(duì)高爐煉鐵協(xié)同處理固廢也非常重要。不同種類城市可燃固廢的燃燒特性曲線如圖3所示，其燃燒特征參數(shù)見(jiàn)表2 [15，17-18] 。
城市可燃固廢的著火點(diǎn)都低于煤粉，其中餐廚固廢的著火點(diǎn)最低，廢塑料的著火點(diǎn)最高；城市可燃固廢的燃燒速度最快時(shí)的溫度也低于煤粉，餐廚固廢的燃燒速度最快時(shí)的溫度最低，廢輪胎的燃燒速度最快時(shí)的溫度最高；城市可燃固廢的燃盡溫度也低于煤粉，廢家具的燃盡溫度最低，廢輪胎的燃盡溫度最高。
1. 4 城市可燃固廢的處理方式
城市可燃固廢的處理方式很多，見(jiàn)表3。廢有機(jī)制品處理的方法主要分為5種：直接焚燒、焚燒發(fā)電、熱解氣化、填埋和回收再利用。采用焚燒處理，廢塑料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量熱量，難以有效利用，利用率只有30%，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，并且燃燒過(guò)程中
產(chǎn)生的二噁英、呋喃等有害氣體污染空氣；采用填埋處理，廢塑料掩埋在土壤中，土壤中沒(méi)有分解廢塑料的酶，難以腐爛分解，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間殘留在土壤中，給土壤造成嚴(yán)重的污染；回收再利用處理，目前世界各國(guó)廢塑料的回收率都很低，主要是因?yàn)榛厥占?/p>
術(shù)不成熟，回收成本高，目前也有多種方法對(duì)廢輪胎進(jìn)行回收利用，如將舊輪胎進(jìn)行整體利用，對(duì)舊輪胎重新處理、翻新出售，但舊輪胎中能處理翻新的數(shù)量很少，對(duì)于不能翻新的廢舊輪胎，應(yīng)采取更徹底的處理方式。
廢木制品處理方式目前有兩種，一種是回收循環(huán)利用，將廢木制品回收后進(jìn)行二次加工，制成各種人造板重新使用，如加工成各種刨花板、纖維板、木塑復(fù)合材料等；另一種是能源化處理，將廢木制品制成木炭和活性炭，或通過(guò)生物質(zhì)氣化合成還原氣，或直接將其作為工業(yè)燃料用于鍋爐或發(fā)電。目前廢木制品的回收制度不完善，回收率不高，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加強(qiáng)國(guó)家政策引導(dǎo)，健全回收體系。對(duì)于不便回收或者難以回收的廢木制品應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)能源化處理技術(shù)，提高能源利用效率。
餐廚固廢的處理方法有以下幾種：第一種是焚燒處理，將餐廚垃圾直接進(jìn)行焚燒是最直接的方法，這種方法處置垃圾效率高并且徹底，焚燒所占用的土地面積少，但焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等有害氣體；第二種是填埋處理，將餐廚垃圾直接進(jìn)行填埋可有效減少對(duì)土地的占用，但填埋需要人力物力，并且填埋之后餐廚垃圾會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生有機(jī)廢水及惡臭氣體，對(duì)周圍的土壤及地下水造成嚴(yán)重污染；第三種是肥料化處理，將餐廚垃圾堆肥處理是
一種比較環(huán)保的技術(shù)，通過(guò)好氧堆肥或蚯蚓堆肥可以有效地將餐廚垃圾處理成肥料，但是處理得來(lái)的肥料質(zhì)量不高；第四種是飼料化處理，將餐廚垃圾收集后粉碎，經(jīng)過(guò)消毒，可用于牲畜的飼料，但是作為牲畜的飼料消毒要達(dá)到一定水準(zhǔn)，因此作為飼料時(shí)要處理全面；第五種是能源化處理，餐廚垃圾的能源化處理主要包括焚燒發(fā)電、熱分解法、發(fā)酵制氫等，能源化處理是近幾年興起的，技術(shù)還不成熟。因此，需要更加合理有效的方法來(lái)處理餐廚垃圾。
綜上，城市可燃固廢處理方式應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇循環(huán)回收利用，不便于回收利用的再采用能源化處理等手段。
2 高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢
2. 1 高爐煉鐵概述
高爐煉鐵是目前煉鐵的主要方式，以鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦為含鐵原料，以焦炭、煤粉為能源。高爐冶煉過(guò)程中，鐵礦石、焦炭等原料從高爐爐頂進(jìn)入高爐，焦炭和鐵礦分層交替分布，形成料柱。在高爐下部風(fēng)口處，鼓入熱風(fēng)，使焦炭燃燒和氣化，產(chǎn)生還原氣體。還原氣體自下而上在高溫中還原鐵礦石，鐵礦石先后經(jīng)歷還原、軟化、熔融、滴落4個(gè)過(guò)程，最終形成渣鐵熔體，在出鐵口渣鐵被分離，形成鐵水和高爐渣。
為降低高爐燃料消耗和生產(chǎn)成本，一般在高爐風(fēng)口噴入煤粉，替代部分焦炭。隨著高爐技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)固廢的不斷增多，廢塑料等可燃固廢作為一種新型的燃料被噴入高爐中，一方面降低了高爐的焦比，另一方面解決了社會(huì)固廢污染問(wèn)題。
2. 2 高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢的研究現(xiàn)狀
2. 2. 1 高爐噴吹廢塑料
高爐噴吹廢塑料技術(shù)在國(guó)外早已開(kāi)始研究，在20世紀(jì)末，日本和德國(guó)就開(kāi)始對(duì)高爐噴吹廢塑料進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)并獲得成功 [22] 。廢塑料在焚燒爐中能源利用率僅為30%～40%，而在高爐中的能源利用率可達(dá)80%，其中50%發(fā)揮還原劑作用。從環(huán)保的角度來(lái)看，盡管廢塑料中含有生成二噁英等物質(zhì)的氯源，但高爐噴吹時(shí)由于風(fēng)口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二噁英產(chǎn)生的溫度，且高爐內(nèi)的還原氣氛不利于二噁英生成，二噁英等劇毒物質(zhì)的排放量?jī)H為焚燒爐的0.1%～1% [22-23] 。另外，高爐噴吹廢塑料的處理成本僅為其他處理方法成本的30%～60% [22] 。因此，高爐噴吹廢塑料不僅可以有效地處理廢塑料，緩解了“白色污染”，還可以為高爐提供一種能源，為冶金行業(yè)節(jié)約能源提供一種途徑 [24] 。
高爐噴吹廢塑料是將廢塑料作為燃料和還原劑，在2 000 ℃高溫和還原氣氛下，廢塑料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出大量熱量并生成氫氣和一氧化碳，用于還原鐵礦石，并且在還原過(guò)程中再次釋放熱量，供給高爐使用。廢塑料在噴入高爐之前首先要進(jìn)行挑選分類，然后進(jìn)行清洗、干燥等處理，由于廢塑料里面含有氯元素，要對(duì)廢塑料進(jìn)行脫氯處理后粉碎制成6 mm左右的顆粒 [25] ，與煤粉混合后經(jīng)風(fēng)口噴入高爐里。高爐噴吹廢塑料過(guò)程中必須要嚴(yán)格控制氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，因?yàn)槁仍乜赡軐?dǎo)致高爐煤氣處理和回收再利用設(shè)備的腐蝕問(wèn)題；高爐在噴吹過(guò)程中對(duì)噴吹的廢塑料也有一定的粒度要求，合理的粒度組成可以有效防止堵槍 [26] 。
安徽工業(yè)大學(xué)和寶鋼研究院在此方面展開(kāi)了大量的研究，龍世剛等 [4，26-27] 通過(guò)試驗(yàn)研究了不同制粒條件下制得廢塑料粒的特性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在110 ℃下采用微熱塑化造粒法效果最好；在不同噴槍直徑和固氣比條件下，對(duì)不同種類和粒度的廢塑料進(jìn)行
了熱態(tài)模擬噴吹試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高爐噴吹廢塑料有小概率發(fā)生堵槍現(xiàn)象，合理控制粒度是防止高爐堵槍的有效措施之一；還采用熱重分析法對(duì)廢塑料和煤粉的燃燒失重特性進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)廢塑料的燃燒區(qū)間更短，著火點(diǎn)更低。張崇民等 [28] 利用高爐法比較了高爐中廢塑料燃燒與煤粉燃燒的效率，指出廢棄塑料的冶金原料化可以將廢棄塑料高效轉(zhuǎn)化利用并能降低冶金企業(yè)能耗。吳復(fù)忠等 [29] 利用低溫還原粉化率試驗(yàn)，表明高爐噴吹煤與廢塑料混合燃料時(shí)氣體成分變化不會(huì)影響高爐的順行。黃志甲等 [30] 通過(guò)計(jì)算表明，高爐噴吹廢塑料能為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)節(jié)能，降低二氧化碳的排放率。
2. 2. 2 高爐噴吹廢橡膠
目前，高爐噴吹廢橡膠方面的研究以噴吹廢輪胎為主。廢輪胎主要是由碳?xì)浠衔锝M成，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比煤粉中的要高，熱值也較高，且廢輪胎揮發(fā)分的析出、燃燒非常迅速 [27] ，可以做良好的燃料和還原劑。廢橡膠與煤粉混合噴入高爐時(shí)可以有效改善煤粉的燃燒特性 [31-32] ，改善鐵礦石的還原，可以有效改善高爐冶煉的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，減少溫室氣體二氧化碳排放。顧明言等 [33] 通過(guò)Fluent軟件建立了數(shù)學(xué)模型，研究了高爐噴吹廢輪胎與煤粉時(shí)的燃燒特性，研究表明，煤粉與廢舊輪胎混合噴吹可以顯著改善燃料在風(fēng)口內(nèi)的燃燒性能。只噴吹純煤粉時(shí)，燃盡率為30.38％；只噴吹廢舊輪胎時(shí)，風(fēng)口內(nèi)的燃盡率為89％；廢舊輪胎與煤粉比為1 ∶ 1時(shí)，燃盡率為50％。噴吹燃料中廢輪胎的比例越高，燃料燃盡率越高，但廢輪胎硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也比較高，因此，將廢輪胎與煤粉混合噴入時(shí)應(yīng)合理控制廢輪胎的使用量 [13] 。
操作工藝參數(shù)對(duì)廢輪胎噴吹比也有影響，黃歡等 [34] 通過(guò)理論計(jì)算，得出富氧率每提高1%，置換比提高 0.3%，氫氣利用率每提高 1%，置換比提高0.47%，廢輪胎中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)每提高1%，置換比提高1.1%，而鼓風(fēng)溫度和廢輪胎灰分對(duì)廢輪胎噴吹比的提高有抑制作用。另有研究表明，高爐噴吹廢輪胎時(shí)，燃燒產(chǎn)生的多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏扔卸練怏w明顯降低，因此可有效減少二噁英、呋喃、PAH等有毒氣體 [27] 。
2. 2. 3 高爐噴吹廢木制品
高爐噴吹廢木制品方面的研究較為少見(jiàn)，但廢舊木制品屬于生物質(zhì)類固廢，高爐噴吹生物質(zhì)方面的研究較多。其中，木炭是被研究最多的。木炭中固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比高爐噴吹用煤的固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低，其揮發(fā)分比高爐噴吹用煤要高，其熱值比高爐噴吹用煤的熱值要低。Machado J G M S等 [35]對(duì)木炭與CO 2 的反應(yīng)特性進(jìn)行了研究，木炭的反應(yīng)性比煤粉的反應(yīng)要好，木炭的最快反應(yīng)速率達(dá)0.22 min －1 ，而煤粉的反應(yīng)速率僅為0.06～0.16 min －1 。木炭的反應(yīng)速度之所以高于煤粉的反應(yīng)速度，這是由其結(jié)構(gòu)決定的。生物質(zhì)在熱解形成木炭的過(guò)程中形成了大量孔洞，這些孔洞的存在使得木炭的比表面積增大，木炭的比表面積為155 m 2 /g，而煤粉的比表面積僅為89 m 2 /g，這就使得木炭的反應(yīng)性高于煤粉。木炭的炭化溫度對(duì)反應(yīng)性有重要影響，在低溫下生產(chǎn)的木炭由于揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高，開(kāi)始時(shí)失重很快，但反應(yīng)結(jié)束溫度升高 [36] 。
Ng K W等 [37] 對(duì)木炭在空氣中的燃燒性能進(jìn)行了研究，研究表明，木炭的燃燒速率比煤粉要快，木炭的燃燒速率為3.6 mg/min，而煤粉的燃燒速率為2.4 mg/min。富氧率對(duì)煤粉和木炭燃燒的影響是不同的，在燃料的粒度相當(dāng)時(shí)，增加O/C質(zhì)量比，兩者的燃燒率均提高，但木炭的提高幅度比煤粉小，這是因?yàn)槟咎康臍饪茁矢撸谎趼薀o(wú)須提高很多就可以多噴木炭 [36] 。
博思格鋼鐵與必和必拓 [38] 通過(guò)自制的燃燒設(shè)備對(duì)高爐噴吹木炭粉進(jìn)行了大量的研究，研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于煤粉而言，木炭燃燒更容易得到穩(wěn)定火焰，在鼓風(fēng)口沒(méi)有灰分積沉；在風(fēng)口處，相對(duì)于噴吹煤粉，噴吹木炭時(shí)壓力降較低，波動(dòng)幅度明顯下降；在相同揮發(fā)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，木炭的燃燒性能優(yōu)于煤粉，軟木木炭的燃燒性能顯著優(yōu)于硬木木炭；富氧測(cè)試表明，軟木木炭的燃燒性能得到有效改善，而硬木木炭的燃燒性能稍有改善，這是由揮發(fā)分物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同造成的；煤粉和木炭混合的加權(quán)平均燃盡點(diǎn)是非線性的，需要通過(guò)試驗(yàn)才能得出。
2. 2. 4 高爐處理餐廚固廢
高爐噴吹餐廚固廢之前要對(duì)其進(jìn)行脫水脫油處理，經(jīng)過(guò)處理后的干燥產(chǎn)物再噴吹進(jìn)高爐。干燥產(chǎn)物的成分主要分為兩類：一類是植物類固廢，以纖維素、木質(zhì)素等為主要成分，屬于生物質(zhì)；另一類屬于動(dòng)物類固廢，以蛋白質(zhì)和脂肪為主要成分。第一類產(chǎn)物其燃燒性能與其他生物質(zhì)（如木材等）相似，其在高爐風(fēng)口內(nèi)的燃燒特性與廢木制品相似；第二類在高爐風(fēng)口的燃燒特性尚未見(jiàn)報(bào)道，需要進(jìn)一步研究。
2. 3 基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)
2. 3. 1 工藝提出
基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)是一種基于熱值相當(dāng)原則對(duì)各種固廢進(jìn)行配比，使混合可燃固廢的熱值與煤粉相同，然后進(jìn)行綜合處理城市可燃固廢的技術(shù)，如圖4所示。首先將多種可燃固廢進(jìn)行干燥、預(yù)處理等，對(duì)含氯的廢塑料先進(jìn)行脫氯處理；然后根據(jù)熱值相當(dāng)原則對(duì)各種可燃固廢進(jìn)行稱重混合，廢塑料和廢橡膠的熱值高于煤粉的熱值，廢布料、廢家具、廢紙張和餐廚固廢的熱值低于煤粉的熱值，通過(guò)調(diào)配前者與后者的比例，進(jìn)而使其熱值與噴吹煤粉相當(dāng)，以滿足高爐噴吹的熱量需要，減少對(duì)高爐運(yùn)行的影響；第三，對(duì)稱重混合后的各種可燃固廢進(jìn)行機(jī)械撕碎，做成片狀，然后根據(jù)可燃固廢的物理性質(zhì)，選擇不同的制粉或者造粒工序，最終將混合后的可燃固廢與煤粉混合共同噴入高爐。
利用高爐處理城市可燃固廢的消納量取決于高爐自身工藝條件、城市固廢的供應(yīng)量以及高爐的用途形式。若利用廢棄的小高爐作為專門的固廢處理反應(yīng)器，固廢的噴吹比理論上可以接近煤比，生產(chǎn)1 t鐵水可消納150 kg左右固廢，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后會(huì)更高。若是高爐仍為煉鐵反應(yīng)器，單座高爐的處理量將不會(huì)太高，但是全國(guó)高爐數(shù)量約250座，產(chǎn)鐵約70 000 萬(wàn)t/a，若噸鐵消納10 kg城市固廢，年消納量約700 萬(wàn)t。因城市可燃固廢屬于廢物，主要成本來(lái)源于對(duì)城市固廢的處理、制粉和運(yùn)輸。運(yùn)輸可采用就近原則，如寶鋼高爐處理上海周邊產(chǎn)生的城市固廢，這樣將會(huì)節(jié)省運(yùn)輸成本。另外，在高爐處理城市固廢前需要先對(duì)固廢進(jìn)行分類，城市固廢分類是一個(gè)大工程，目前最好的分類方式是源頭分類，建立相關(guān)法律法規(guī)，提高人民的分類意識(shí)，從源頭分類堆放城市固廢，減少后續(xù)處理的難度和成本。
2. 3. 2 可行性分析
（1）噴吹混合燃燒的可行性。高爐噴吹煤粉時(shí)，在燃燒初始階段，煤粉的揮發(fā)分逸出燃燒。揮發(fā)分的燃燒加速了煤粉顆粒的升溫，揮發(fā)分逸出后煤粉顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改善了氧氣的傳質(zhì)條件，加速了氣體在炭粒中的擴(kuò)散，炭粒表面快速升溫和燃燒又反過(guò)來(lái)加快其內(nèi)部殘留揮發(fā)分的逸出。因此，在高爐噴煤時(shí)，一般通過(guò)混合噴吹來(lái)調(diào)節(jié)煤粉中揮發(fā)分和固定碳的組成。一般而言，煙煤結(jié)構(gòu)疏松，揮發(fā)分較高，燃燒性能較好。而無(wú)煙煤揮發(fā)分較低，結(jié)構(gòu)密實(shí)，燃燒性能較差，但熱值比煙煤高。在實(shí)際噴煤過(guò)程中，將無(wú)煙煤和煙煤按照一定的比例進(jìn)行混合噴吹，能夠促進(jìn)燃燒，提高煤焦置換比，合理的配煤還可以降低煤粉的爆炸性，提高煤粉燃燒性能，減少未燃煤粉的發(fā)生量，有利于高爐爐況順行。
城市可燃固廢的共同特點(diǎn)是揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，見(jiàn)表1，而無(wú)煙煤揮發(fā)分較低，因此，城市可燃固廢可以與無(wú)煙煤粉進(jìn)行混合噴吹。不同城市可燃固廢的熱值不同，如圖2所示，即不同城市可燃固廢對(duì)焦炭的置換比不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)可燃固廢的比例使混合固廢的熱值與煤粉相似，以減少對(duì)高爐順行的影響。
除化學(xué)成分、工業(yè)成分和熱值外，燃料的工藝性能也非常重要，具體包括著火點(diǎn)、灰熔融性、流動(dòng)性、粒度、爆炸性以及反應(yīng)性。對(duì)于城市可燃固廢而言，著火點(diǎn)較低，在倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)應(yīng)注意防火防高溫，以免發(fā)生自燃；城市可燃固廢的灰分比煤粉要低很多，其灰熔融性對(duì)高爐影響較低；城市可燃固廢的揮發(fā)分非常高，這增大了其爆炸性，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，降低混合固廢的揮發(fā)分；城市可燃固廢的燃燒溫度都低于煤粉，揮發(fā)分高于煤粉，其反應(yīng)性優(yōu)于煤粉。
（2）制粒與輸送的可行性。城市可燃固廢的粒度是高爐噴吹的關(guān)鍵，由于城市可燃固廢多以有機(jī)物為主，傳統(tǒng)的磨煤制粒法并不適用，應(yīng)采取其他制粒方法進(jìn)行制粒，城市可燃固廢按照物理性質(zhì)可分為兩類，一種是熱塑性固廢，另一種是非熱塑性固廢。熱塑性固廢可采用熱熔水淬造粒法、軟融擠壓造粒法、微熱塑化造粒法進(jìn)行制粒 [4] ，這種制粒一般通過(guò)造粒機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖5所示為廢舊輪胎的制粉回收流程，該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通過(guò)處理可獲得1～10 mm的顆粒 [39] ，如圖6所示。廢塑料和廢布料的物理性質(zhì)和廢舊輪胎相似，也可采用類似的工藝進(jìn)行混合造粒。對(duì)于非熱塑性固廢，主要以木質(zhì)生物質(zhì)為主，可采用機(jī)械粉碎進(jìn)行制粉。由于其纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，具有一定的韌性，物料間經(jīng)碰撞而破碎的概率較小，因此不宜采用壓碎的粉碎方法，可采用鋸切粉碎、擊碎和磨碎進(jìn)行制粉，中國(guó)在此方面已開(kāi)展了多年的研究，可制得粒度為 0.074～1.000 mm不等的顆粒 [40] ，因此，廢紙張、廢家具以及餐廚固廢的處理可直接引用或者借鑒生物質(zhì)制粉技術(shù)。此外，城市可燃固廢的制粉工藝流程較長(zhǎng)，占用大量用地，高爐爐前空間內(nèi)基本無(wú)法布置相關(guān)的工藝設(shè)備，因此可采用廠外制粉，然后運(yùn)輸?shù)礁郀t噴吹料倉(cāng)。
城市可燃固廢與煤粉混合后，由于各種物料的密度等物性不同，采用傳統(tǒng)的煤粉輸送工藝可能會(huì)出現(xiàn)一定的輸送偏析，因此需對(duì)混合輸送進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)新的城市可燃固廢的輸送工藝。目前日本和德國(guó)已有煤粉廢塑料混合輸送的成功先例 [41] ，生物質(zhì)和煤粉混合噴吹也在不斷研究之中 [42] ，這些都可為基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。綜上，需開(kāi)展城市可燃固廢的理化性質(zhì)和工藝性能的研究，然后根據(jù)不同可燃固廢的性質(zhì)和性能開(kāi)發(fā)出固廢混合配比模型，根據(jù)模型對(duì)可燃固廢進(jìn)行稱重混合，混勻后由輸送裝置噴入高爐風(fēng)口。
3 結(jié)論
（1）與煤粉相比，城市可燃固廢都具有較高的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但同時(shí)具有較高的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，廢塑料和廢橡膠的熱值高于煤粉的熱值，廢布料、廢家具、廢紙張和餐廚固廢的熱值低于煤粉的熱值，采用多種固廢混合噴吹可使其熱值與噴吹煤粉相當(dāng)。
（2）高爐噴吹城市可燃固廢理論上可行，在國(guó)外已有高爐噴吹廢塑料的工業(yè)應(yīng)用先例，中國(guó)目前依然處于起步階段，仍需開(kāi)展大量的研究工作。
（3）中國(guó)城市可燃固廢種類繁多，產(chǎn)生量大，開(kāi)展多種可燃固廢高爐混合噴吹是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。利用高爐處理城市可燃固廢既能夠給高爐帶來(lái)新的燃料，又能完成對(duì)周邊社會(huì)的固廢處置，擴(kuò)充城市鋼廠的社會(huì)功能。