高炉喷吹塑料技术

  • 发布:2016/1/19 11:52:19
  • 来源:中国塑料网

核心提示:焦炭和100kg煤粉£a每天漏16000t矿石生产出blish32!风口喷吹塑料存在的问题1前言废弃塑料的处理已成为世界性难题,从节省能源,减少污染的角度考虑,各国都在研究回收利用的方法。

焦炭和100kg煤粉£a每天漏16000t矿石生产出blish32!风口喷吹塑料存在的问题1前言废弃塑料的处理已成为世界性难题,从节省能源,减少污染的角度考虑,各国都在研究回收利用的方法。特别是工业发达国家,为此投入了相当资金研究开发废弃塑料的回收利用技术。在这方面,曰本钢管京浜制铁所经过大量的基础研究,开发出了向高炉喷吹粒状塑料的技术。自1996年开始喷吹,到1999年喷吹量已达4.5万t.焦炭使用量每年减少5万t,碳酸气体的排放量每年减少20. 2万t,收到了良好的经济效益和社会效益。由于该技术在节能和环保方面的双重效果而受到2000年度日本全国节能促进会的奖励。

在高炉操作过程中,从矿石变成铁水要消耗大量的焦炭。也就是说,焦炭从高炉上部装入,同时从高炉下部风口喷入原生煤炭粉末,即喷煤。人们在拼命提高喷煤比的同时,各种废弃塑料在不断增加着,而且回收利用率很低。塑料具有41868kJ/kg的发热值,与煤炭相比,氢的含有率较高。因此向高炉喷吹塑料,不仅可以削减煤炭的使用量,而且还可以减少CO2的排放量。将废弃的塑料用于炼铁,既节省资源又保护了环境,实为一举双得的好方法。目前这一方法在国外已经投入实用,但在国内还仅限于探讨和研究阶段。

2对现状的分析2.1高炉操作现状矿石和焦炭从高炉上部交替装上炉内的同时,从下面风口鼓入1000°C以上的热风,铁水和炉渣同时流出。在高炉下部风口端头的回旋区,焦炭经燃烧生成高温煤气供给矿石还原和熔解。这时大部分焦炭变成⑴气体与铁矿石进行还原反应。

为了降低焦炭的使用量,喷煤技术已得到普及。

以京浜制铁所1号高炉为例,每吨生铁使用450kg 10000t生铁。福山制铁所每吨铁的喷煤量超过20Ckg.没有参与还原反应的煤气从炉顶排出,用于炉顶余压发电或供给厂内加热炉和发电机组作为燃料使用,使煤气得到完全有效的利用。

2.2废弃塑料的回收利用情况塑料从各种大小包装袋、餐具到汽车减震器等大型成型品已渗透到人类生活的各个方面,污染日趋严重。由于使用范围和使用量不断扩大,废弃量也在逐年增加。其处理方法除少量回收外,一是填埋,二是焚烧。填埋不仅占用土地,而且难于降解解焚烧又造成环境污染。各国政府都在提倡资源再生或回收利用并制出一系列政策法规控制对国土资源和环境的破坏。日本是一个能源小国,十分重视对废弃物的回收利用,许多节能技术走在世界前列,但对塑料的回收利用率也只有42%(1997年),这大概是因为塑料形态复杂,有些塑料制品是与其他材料的混合物,难于分离的缘故。

3高炉使用塑料存在的问题3.1废弃塑料的利用方法把塑料作为热源装入炉内有两种方法:(1)自高炉上部装入;(2)自高炉下部风口吹入。关于高炉炉内温度分布,下部大约2000在炉的上部,由于下部产生的高温煤气与原、燃料(铁矿石、焦炭)进行热交换而降低到约150°C.如果塑料从高炉上部随矿石、焦炭一起装入炉内,就会随着原料的下降而升温。塑料属于石油化工产品,当温度达到100~200C时就会熔化,当达到300C以上时就会分解成低分子量化合物。在分解生成物中,因含有石蜡和焦油成分,因此从上部装入会影响炉料的透气性,而且还会粘附在煤气净化设备上造成故障,可见从上部装入不是理想的方法。鉴于上述情况着重研究了自风口喷吹的方法……0―.及0mmn以下的的塑料颗粒在回旋区内的气1油化从风口喷吹固体燃料如所示,在高炉下部燃烧、气化区(回旋区)变换成还原气体。从热风炉向风口鼓入的热风温度约1000°q速度约200m/S,由于风的冲击力,在风口处形成一个约1. 5m长的遇到热风中的2便急剧燃烧并瞬间生成CO2和H2O,与此同时,燃烧温度达到2000°C以上。回旋区的后半部分(远离风口部分),2消失,生成的C2和HO与焦炭反应变换成还原气体CO和H2.最终形成所示的气体组成和温度分布。固体燃料在回旋区内的滞留时间极其短暂,约10提高固体燃料在高炉内的利用率,必须开发使固体燃料以最短的时间燃烧/气化技术。在喷吹煤粉的情况下,粒径不得超过100%!。

回旋区内气体组成和温度分布喷吹废旧塑料的粒度要求与煤粉一样。但对塑料进行粉碎加工过程中会产生热,加工所产生的热会导致塑料软熔,为防止软熔必须采取冷却技术这就需要大量的能源。另外,废弃塑料形态各异,也会使粉碎加工系统复杂化。为此,对以下2个问题进行了研究。

塑料在高炉内达到最高利用率的最佳粒径。

实际喷吹时对高炉操作的影响。

4解决方法4.1塑料粒径与燃烧/气化特性在一般焚烧炉中,固体粒子的燃烧/气化特性受粒径大小的影响,粒径越大,燃烧/气化率越低。粒径的大小是由加工机械决定的,因此,对加工机械的设计至关重要。从模拟。为了进行比较,同时表示出了喷焦和喷煤的情况。在喷煤的情况下,煤粉一进入回旋区,氧气迅速被消耗,风口端头部氧气完全耗光。在喷焦情况下,氧气消耗呈递减趋势并出现CO2高峰期,由此可见,回旋区内存在着燃烧带。

从可以看出,喷吹塑料与喷焦情况类似。

经对粒径为0.2~1.0mm与粒径<10mm的塑料相比,CO2的峰值位置虽靠近风口,但不像煤粉那样贴近。喷吹焦粉时,最高温度距风口约250mm;喷煤的情况有所不同,最高温度区与风口较近。喷吹粒径<10mm的塑料,其温度分布与喷焦情况类似。与喷煤相比,由于高温区离风口稍远,所以可以减轻对炉壁的热负荷,同时也可减轻炉壁引起的热损失。

关于塑料燃烧气化率与粒径的关系,试验结果表明,粒径越大,气化率越高。而且比煤粉燃烧气化率高,煤粉的燃烧气化率仅为56%~60%,而塑料的燃烧气化率高达90%以上。粗粒塑料之所以燃烧气化率高,分析原因是吹入风口后由于颗粒较大并不立即着火燃烧,而是在回旋区内作短暂循环滞留,当粒径达到飞散的程度(极限粒径)时再燃烧气速度相对应。回旋区内的燃烧气化率可用下式表示。

由此可以看出,初始粒径r大的粗粒塑料才能确保高燃烧/气化率。采用上式进行的计算结果与实测结果基本一致,这说明实验所使用的模型是适当的。煤粉燃烧/气化率低的原因是未在回旋区内作循环滞留。即使喷入粗粒煤粉也不能收到循环滞留的效果,因为煤粒受到急剧加热后会分裂,无法控制其完整性。塑料组织致密,传热慢,受到急剧加热时不易分裂。也就是说,只要粒度得当,就可以把废弃塑料作为还原剂和热源使用。

4.2在高炉喷吹塑料的实验经反复分析研究和模拟试验后,在京浜制铁所高炉进行了实炉实验。塑料粒度分为2种,一种是粒径为0.2~1.0mm,另一种粒径<10mm,主要测定项目如下。

高炉内煤气分析:在高炉半径方向上的3个取样点放置探测器对喷吹塑料的高炉煤气进行采样。

对高炉粉尘中的焦油进行分析。

经对高炉半径方向上中心、中间、周边部煤气中H2含量的分析得知,喷吹塑料时,无论粒度如何,与不喷塑料相比,H2含量都有所增加。特别是喷吹0. ~1.0mm的塑料,与炉中心部相比,中间和周边的H2含量要高。而喷吹粒径< 10mm的塑粒时,中间和中心部的H2含量要高。这就是说,喷吹< 10mm的粗粒塑料时,在回旋区内深处循环滞留,生成的还原煤气有效地渗透到高炉内部。

关于高炉内的焦油问题,实验结果表明,与不喷塑料时高炉粉尘中的焦油含量相同,这就消除了原来的担心。由此可见,喷吹塑料是不存在问题的,高炉煤气中H2含量增加,预示着高炉碳酸气体的排放量将会减少。

4.3模拟计算效果经喷煤与喷吹塑料二者相比,喷吹塑料时焦炭的消耗量比喷煤少,这是因为塑料发热量比煤粉高的缘故。可以计算出,喷吹塑料量若为10kg/t铁7水焦炭的使用量可削减12.1kg/t铁水。

率也收到了理想的效果。塑料在高炉内转变成还原煤气,用于铁矿石的还原。焦炭的使用量是由高炉的热平衡和物质平衡决定的。研究结果表明,当塑料喷吹量为50kg/t铁水时,还原煤气的利用率为51%说明塑料作为还原剂得到了有效利用。未被利用排到炉外的煤气又用于热风炉和发电。喷吹塑料时,作为高炉整体系统热回收利用率可达80%这比用于都市垃圾发电热回收效率高得多。

5喷吹塑料所获得的经济效益5.1喷吹塑料及炉况喷入高炉的塑料必须具有一定的粒度,1996年10月日本京浜1号高炉使用的塑料是除聚乙烯之外的工业废弃塑料,分膜状和块状2种,并分别在2个系统进行处理。膜状塑料在造粒机造粒,块状塑料在粉碎机粉碎,都必须加工成所设定的粒度。年处理能力4万多t.结果表明,设置喷塑系统后,焦比下降,炉况稳定。

5.2节能效果表1喷吹塑料节省能源。资源的比较名称单位(未喷塑)(喷塑)增减量焦炉装煤量kg/t铁水喷塑:一24.7增加喷煤干馏热量MJ/t铁水高焦炭kg/t铁水增加喷煤量:一13.8炉煤粉kg/t铁水塑料kg/t铁水塑料发热量:35588kJ/kg;粉煤发热量:30982k|/kg向高炉喷吹废弃塑料的节能效果主要表现在降低焦比方面。表1表示包括焦炉在内的节省能源、节省资源的效果。喷煤和喷吹塑料降低了焦比,同时也降低了炼焦时的耗煤量。从各自的喷吹量和发热量可以计算出喷吹塑料的效果。1999年喷吹塑料4.5万t,相当于每吨铁水13. 3kg.依此计算,焦炭削减量为14.3kg,―年的削减量约为5.0万t.按焦炭平均发热量29726kJ/kg计算年节能量为1.475X106GJ.从表1可以看出,由于喷吹塑料焦比降低,焦炉炼焦少用煤24.7kg/t铁水,一年可减少煤炭使用量8.5万t(出铁量9500t/d)另外,由于炼焦少用煤1喷吹塑料炉掾作过程中惠源的回收干馏时热量消耗量可减少339MJ/:t//铁水,。孟,1节能年节能46473GJ.焦炉、高炉合计年节能为1.521X106GJ,相当于京浜制铁所全年能耗量的1.47 5.3减少了碳酸气体的排放量综上如述,由于喷吹塑料减少了焦炭的使用量,因而减少了碳酸气体的排放量。按上述焦炭年节减量5万t计算,一年可减少排放碳酸气体15. 8万t(按0.8686kg―akg―焦换算)。另夕卜,由于塑料氢含量比煤粉高,所以喷吹塑料还会进一步减少碳酸气体的排放量。增加喷煤量和喷吹塑料带来的C量减少,可以从各自的含C率算出。由于喷吹塑料C的减少量为3.5kg/t铁水,一年可减少碳酸气体排放量4.4万t(换算成C为1.2万t)两项合计一年可减少碳酸气体排放量20.2万t. 6结束语曰本开发并投入实用的喷塑技术不但取得了良好的经济效益,而且为废弃塑料的处理开辟了一条新途径。目前已在京浜、福山、加古川等多家钢铁企业投入实用并在不断地。从资源回收和保护环境的角度看,喷吹废弃塑料无疑是个好方法。曰本钢铁协会针对地球变暖问题,计划在2010年高炉喷吹塑料达100万t,能源消耗量和碳酸气体排放量与1990年相比降低1.5%以上介绍了日本京浜制铁所1号高炉采用喷塑技术在节能和环保方面取得的优异成绩,如果本文对我国炼铁行业有所借鉴则不胜欣慰。

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[责任编辑:王思轶]

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