冶金技術(shù)在城市固體廢棄物處理中的應(yīng)用

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常見的城市固體廢棄物包括廢塑料、城市生活垃圾、醫(yī)療垃圾等，城市固體廢棄物的熱化學(xué)處理(熱解、焚燒、熔融等)方法在“三化”方面優(yōu)勢明顯，而被廣泛利用。然而，單獨新建熱化學(xué)處理設(shè)施存在投資運行成本高、建設(shè)周期長等諸多問題。鋼鐵冶金行業(yè)中，有許多成熟的高溫冶煉技術(shù)、設(shè)備及完善的后續(xù)處理系統(tǒng)，如煉焦爐及焦爐煤氣處理系統(tǒng)、高爐煉鐵及高爐煤氣凈化系統(tǒng)、電弧爐煉鋼及煙氣余熱回收系統(tǒng)等，這些技術(shù)和裝備除了冶金生產(chǎn)功能以外，還具有消納處理大宗固體廢棄物的功能。從而為固體廢棄物熱化學(xué)處理開辟新的途徑 早在上世紀90年代，德國、日本等國家已經(jīng)開始大規(guī)模利用鋼鐵冶金f包括焦化、煉鐵和煉鋼等)工藝處理城市固體廢棄物。近年來，國內(nèi)以東北大學(xué)為首的科研單位在國外技術(shù)的基礎(chǔ)上也開展了相關(guān)技術(shù)的研究和開發(fā)，并積累了豐富的經(jīng)驗。本文介紹4種利用冶金工藝及設(shè)備處理固體廢棄物的技術(shù)，利用焦化工藝處理廢塑料技術(shù)、利用焦爐熱解處理城市生活垃圾，高爐噴吹廢塑料技術(shù)和利用電弧爐熔融處理垃圾焚燒灰技術(shù)。

1. 利用焦化工藝處理廢塑料技術(shù) 利用焦化工藝處理廢塑料技術(shù)是基于現(xiàn)有煉焦爐的高溫干餾技術(shù)，將廢塑料轉(zhuǎn)化為焦炭、焦油和煤氣，實現(xiàn)廢塑料的100％資源化利用和無害化處理。該技術(shù)對廢塑料原料及加工要求相對較低，廢塑料的顆粒范圍可以在5～80 mm之間；只需對廢塑料進行破碎、熱縮和成型處理即可與煤混合人爐煉焦；加工后的廢塑料可以依靠輸煤皮帶進行定量和連續(xù)均勻混合；對煉焦爐和煉焦化產(chǎn)品回收及煤氣凈化回收系統(tǒng)無需作任何改動即可完成廢塑料干餾及產(chǎn)物回收凈化全過程。此外，該技術(shù)可以做到允許含氯的廢塑料進入焦爐，含氯廢塑料在干餾過程中產(chǎn)生 的氯化氫可以在上升管噴氨冷卻過程中被氨水中和，形成氯化銨進入氨水中，從而有效避免氯化物造成的二次污染和對設(shè)備及管道的腐蝕。日本新日鐵公司是最早進行該技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，并隨后建立了年處理廢塑料達12萬t工業(yè)生產(chǎn)線。但是，新日鐵采用廢塑料多級分選與多級破碎的加工方法，然后將廢塑料擠塑成型，制成塑料型塊后再與煤粉混合入爐煉焦。該工藝成本較高，而且廢塑料在煤粉中 的配比不能超過1.5％，否則影響焦炭強度。首鋼技術(shù)研究院開發(fā)了利用焦化工藝處理我國城市生活垃圾中廢塑料新技術(shù)— — 廢塑料與煤共焦化技術(shù)圈，該技術(shù)中廢塑料的配比量最高可達到4％。先將廢塑料破碎至一定粒度，再將其與煤均勻混合、粘結(jié)、鍍膜并壓制成型煤，最終與煉焦配煤混合進入焦爐煉焦，產(chǎn)生的焦炭、焦油和煤氣可直接利用傳統(tǒng)焦化工藝進行處理和回收。技術(shù)特征：① 將廢塑料與煉焦配煤熱熔融混合，不但解決了廢塑料與煤混合產(chǎn)生偏析的技術(shù)難題．而且解決了傳統(tǒng)預(yù)熱煤技術(shù)中的揚塵問題；② 只需增加廢塑料分選、破碎混合成型等加工處理設(shè)備和系統(tǒng)，工藝簡單，建設(shè)周期短，大大降低了初投資和運行費用；③ 可以將廢塑料炭化固體殘渣(焦炭)作為高爐燃料，節(jié)約煉焦用煤資源，減少購煤費用，產(chǎn)生的液體產(chǎn)物可用于液體燃料和高附加值的化工原料．產(chǎn) 生的氣體用作高熱值煤氣；④廢塑料處理過程實行全密閉操作，而且廢塑料不直接焚燒。從原理上防止了二惡英(dioxins)類劇毒物質(zhì)的產(chǎn)生，實現(xiàn)廢塑料處理的徹底無害化。     2. 利用焦爐熱解生活垃圾新工藝 為解決傳統(tǒng)城市垃圾(生活垃圾、醫(yī)療垃圾等)焚燒過程產(chǎn)生的二惡英等污染問題，上世紀7O年代以來。國外開發(fā)了垃圾熱解技術(shù)。垃圾熱解是將生活垃圾中的有機成分在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之分解為燃氣、焦油和半焦的化學(xué)過程，與焚燒相比，垃圾熱解有利于能源的高效利用且對環(huán)境更加友好。垃圾熱解過程實際上是一種干餾過程，東北大學(xué)國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室結(jié)合冶金工業(yè)中焦爐的高溫干餾技術(shù)，開發(fā)了利用焦爐熱解生活垃圾新工藝— — 外熱式固定床垃圾熱解工藝。該工藝中熱解室和燃燒室為間壁式結(jié)構(gòu)，是交替布置的。垃圾經(jīng)預(yù)處理后送人熱解室，在隔絕空氣條件下和高溫的作用下熱解，同時產(chǎn)生熱解氣體、焦油、半焦和灰渣等；熱解氣體經(jīng)過冷卻、凈化后，一部分送入燃燒室燃燒，為垃圾熱解提供足夠的熱量。剩余部分作為城市燃氣外供；燃燒室采用蓄熱式燃燒技術(shù)以最大限度地回收燃燒室的高溫?zé)煔?，被預(yù)熱助燃空氣的溫度可達1 000℃。排煙溫度控制在200 oC以下。焦油經(jīng)萃取分離后生產(chǎn)燃料油或其它化工原料。熱解結(jié)束后遺留在燃燒室內(nèi)的固體產(chǎn)物，即半焦和灰渣等從熱解室推出，經(jīng)冷卻分選后再加以利用。     3. 高爐噴吹廢塑料技術(shù) 在煉鐵工業(yè)中，人們?yōu)榱私档蜔掕F成本，采用噴吹煤粉代替部分焦炭的工藝，這早已是一項成熟的技術(shù)，將廢塑料分類、清洗、干燥等處理后，制造成粒徑為6 mm 的顆粒，可以代替部分煤粉用于高爐煉鐵。廢塑料經(jīng)過分選、破碎、去除聚氯乙烯，燒結(jié)成顆粒后噴入高爐下部，噴吹進高爐的廢塑料顆粒在爐內(nèi)高溫f2 000 和還原氣氛下，被氣化成H 和CO，隨熱風(fēng)上升的過程中，它們作為還原劑將鐵礦石還原成鐵，從高爐出來的富化煤氣可用于發(fā)電或預(yù)熱空氣。廢塑料在氣化中產(chǎn)生的H2／CO比值要大于等量的煤粉，H：的擴散能力與還原能力均大于CO，因此用廢塑料代替煤粉有利用于降低高爐焦比：同時由于塑料的灰分和硫含量很低，可以減少高爐的石灰用量，進而也減少高爐產(chǎn)渣量和煉鐵成本：塑料的平均熱值約為44 000 kJ／kg．大于煤粉的熱值(25 000～31 000 kJ／kg)．也有利于提高高爐的生產(chǎn)效率。此外，經(jīng)過處理好的廢塑料被噴入高爐后可有50％以上作為還原劑被直接利用，可以節(jié)約40％的焦炭，剩余60％的焦炭完全可以滿足高爐爐料的透氣性和承載載荷的需要。 4. 利用電弧爐熔融處理垃圾焚燒灰技術(shù) 垃圾集中焚燒處理能減容、減量、消毒滅菌，處理方式在國內(nèi)得到大力推廣。垃圾經(jīng)焚燒后將產(chǎn)生約3％的飛灰和30％的底灰，這些灰(尤其是飛灰)含有相當(dāng)量的重金屬和二惡英等污染成分。其中二惡英的化學(xué)穩(wěn)定性極強，很難化學(xué)分解或生物降解，但在高溫（1 400℃以上)條件下可徹底分解。高溫熔融是近年來發(fā)展的新技術(shù)，它減容顯著。徹底分解灰中的二惡英。并使重金屬蒸發(fā)或者固定在熔渣Si、O網(wǎng)格中，產(chǎn)生的熔渣還可作為陶瓷、路基、水泥的原料，在減容化、無害化、資源利用方面具有明顯的優(yōu)勢。日本等發(fā)達國家已開發(fā)了多種垃圾焚燒灰熔融技術(shù)，如電弧爐熔融技術(shù)、等離子體爐熔融技術(shù)、反射面爐熔融技術(shù)及旋轉(zhuǎn)面爐熔融技術(shù)。如上技術(shù)中，因電弧爐具有電弧溫度高、電熱轉(zhuǎn)變能力大、電熱效率高、爐內(nèi)氣氛和爐子操作容易控制等優(yōu)點。電弧爐熔融技術(shù)在國外頗受青睞。