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高炉喷吹煤与废塑料混合燃料的应用基础研究

李军旗  
【摘要】: 塑料废弃物对城市环境、景观的破坏以及进入自然环境后难以降解而带来的长期的深层次环境问题,已受到全世界的关注。解决废塑料造成的“白色污染”,是国内外环保工作者广泛关注的研究课题,各种废塑料处理技术也应运而生,通常是采用填埋法、焚烧法、再生利用法、热解利用以及高炉喷吹等处理方法。在这些方法中,高炉喷吹得到了较好地应用,被认为是目前比较行之有效的方法。但该方法仍然存在塑料喷枪容易堵塞,并需要对高炉喷吹系统进行大的改造等特点,推广应用受到一定限制。为进一步完善和改进高炉喷吹废塑料工艺,本文提出了高炉喷吹煤与废塑料混合燃料的新思路,并对其进行应用基础研究。 论文在对国内外处理废塑料和高炉喷吹技术研究和应用状况进行分析的基础上,以城市垃圾中的废塑料和高炉喷吹用煤为原料,按不同比例和温度混合,围绕高炉喷吹煤粉与废塑料混合燃料技术,对混合燃料的燃烧特性及燃烧动力学、混合燃料在高炉直吹管和风口回旋区燃烧过程的数值模拟、含氯废塑料脱氯、炉料低温还原粉化性能和碳在炉料及铁水中的分配规律等进行了实验研究;分析了混合燃料的可磨性、粘结指数、胶质层厚度和化学性能等对高炉冶炼的影响;并以某钢铁公司1#高炉2005年的实际生产数据为基础,运用热力学理论分析了高炉喷吹煤与废塑料混合燃料条件下的焦比和火用效率。论文主要研究成果如下: 由混合燃料物燃烧特性和燃烧动力学研究结果可知,高炉喷吹煤与废塑料混合燃料最佳混合工艺参数为混合温度:200℃、废塑料比例:20~25%时,燃烧综合特性指数较好,活化能最低,燃烧阻碍小。高炉喷吹煤与废塑料混合燃料过程数值模拟结果表明:燃料总的燃烧效率能达到90%以上,高炉喷吹煤与废塑料混合燃料物在高炉风口区的燃烧行为介于高炉单独喷吹煤粉和废塑料两者之间,高炉喷吹混合燃料煤与废塑料在理论上是切实可行的。对含氯废塑料进行的热解脱氯研究结果表明氯元素以HCl形态析出,经热解法脱氯处理回收氯化氢后的废塑料可以直接喷入高炉,有利于能量的综合利用和环境保护。高炉喷吹煤与废塑料混合燃料后,由于炉内还原气体H_2的含量升高,炉料的低温还原粉化性能不会影响高炉的顺行。应用热力学理论,以具体高炉为例,对高炉喷吹煤和废塑料混合燃料进行了高炉理论焦比计算和炼铁工序的(火用)分析,结果表明:在喷吹煤与废塑料混合燃料条件下,焦比为369.1 kg/t铁,与喷吹用煤实际生产比较降低了15.4 kg/t铁;炼铁工序(火用)效率为78.15%,比实际生产的水平提高了3.82%;高炉炼铁工序不仅节约了焦炭和喷吹用煤,同时提高了能源的利用效率。 高炉喷吹煤与废塑料混合燃料新技术是对目前高炉喷吹废塑料工艺的进一步完善,在环保和回收利用方面等有着和目前高炉喷吹废塑料同样的优越性,更易于投资。本研究成果为科学、合理、经济地治理“白色污染”提供了理论依据,为钢铁厂与环境友好城市化功能的实现开辟了新途径。


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