高爐噴吹廢塑料的燃燒特性研究

高爐噴吹廢塑料的燃燒特性研究

1國外廢塑料利用技術(shù)的研究隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，殘余塑料污染已成為世界的主要破壞。近年來,各國相繼開發(fā)了廢塑料綜合利用技術(shù),但這些方法都有不可克服的缺陷。而將廢塑料代替煤粉噴入高爐作為處理廢塑料的一種有效手段在國外已研究多年,并已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。在我國至今還無這方面的研究報(bào)導(dǎo),筆者作了廢塑料和噴吹用煤粉的一系列特性的對比研究,希望能拋磚引玉,加快我國在這方面的研究步伐,早日實(shí)現(xiàn)高爐噴吹以塑代煤。2實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和方法2.1塑料與煤粉的燃燒特性把不同品種的廢塑料及煤粉在空氣中燃燒,通過尾氣成分分析比較廢塑料與煤粉的燃燒特性。試樣:№1農(nóng)用地膜(聚乙烯)№2泡沫塑料(醋酸纖維素)№3包裝用料(聚苯乙烯)№4混合塑料(№1+№2+№3)/3№5高爐噴吹煤粉(馬鋼二鐵廠用煤)2.2燃燒試驗(yàn)(1)尾氣成分測定本試驗(yàn)采用靜態(tài)法,用瓷舟裝入定量的廢塑料粒,推入橫狀的電阻爐中部,密封,通入30L/h的空氣,以約100℃/min速度升溫。使廢塑料燃燒,將尾氣清洗后通入CO,CO2紅外線分析儀,測定尾氣成分。每個(gè)樣品試驗(yàn)兩次,以取其中一組作為結(jié)果。電爐采用硅碳棒電阻爐,最高實(shí)驗(yàn)溫度為1350℃,熱電偶為單鉑銠,爐管用陶瓷管,內(nèi)徑為20mm,流量計(jì)量程160L/h。(2)燃燒與燃燒時(shí)間的關(guān)系試樣燃燒試驗(yàn)所得產(chǎn)物氣體成分變化及相應(yīng)的溫度如圖1~圖5所示。由圖1可以看出,在實(shí)驗(yàn)室條件下,聚乙烯開始燃燒溫度為420℃,激烈燃燒溫度為670℃,根據(jù)時(shí)間記錄,整個(gè)燃燒過程所用時(shí)間為3分30秒,由于整個(gè)燃燒過程為氣氣反應(yīng),燃燒速度快,產(chǎn)生大量還原性氣體。泡沫塑料在較低溫度熱裂解成少量揮發(fā)性產(chǎn)物,可燃?xì)怏w與O2反應(yīng)生成少量CO。大部分試樣油品化,隨著溫度升高,油狀物裂解,產(chǎn)物與O2發(fā)生燃燒反應(yīng),產(chǎn)生大量的CO、CO2。由圖2可以看出,在該實(shí)驗(yàn)條件下,泡沫塑料開始燃燒溫度為430℃,激烈燃燒溫度為720℃,燃燒速度較快,整個(gè)燃燒過程時(shí)間為4min,燃燒產(chǎn)生的氣體量大,CO2%大,燃燒較完全。由圖3可以看出,在實(shí)驗(yàn)室條件下,聚苯乙烯開始燃燒溫度為420℃,激烈燃燒溫度為680℃,整個(gè)燃燒過程耗時(shí)3分40秒。由圖4可以看出,混合塑料的燃燒性能與聚苯乙烯相似,只是500~600℃時(shí)燃燒產(chǎn)物CO和CO2濃度較圖3高,這是由于聚乙烯燃燒的作用。整個(gè)燃燒過程中聚苯乙烯的解聚和燃燒是限制性因素,該試樣著火溫度為420℃,即為聚乙烯的著火溫度?；旌纤芰霞ち胰紵郎囟葹?80℃,與聚苯乙烯激烈燃燒溫度接近。樣品燃燒終了溫度為860℃,即聚苯乙烯終了溫度。故可以認(rèn)為,樣品間無相互影響?；旌纤芰先紵龝r(shí)各組分遵循自身的燃燒特性。整個(gè)燃燒過程耗時(shí)3分50秒。馬鋼噴吹用煤粉在相同條件下的燃燒試驗(yàn)所得產(chǎn)物成分變化曲線如圖5所示,約在500℃時(shí)氣相中出現(xiàn)少量CO,約在650時(shí)出現(xiàn)少量CO2,著火燃燒,約1000℃時(shí)氣相中CO2含量達(dá)到最高,即此時(shí)發(fā)生激烈燃燒,煤粉燃燒過程為氣固反應(yīng),燃燒完全,尾氣中CO2含量高。由于是氣固反應(yīng),燃燒速度較慢。整個(gè)燃燒過程耗時(shí)6分50秒。由燃燒試驗(yàn),我們可以了解廢塑料的燃燒機(jī)理:隨著溫度的升高,廢塑料熱解出部分揮發(fā)性可燃?xì)怏w,從粒子表面向外擴(kuò)散,在粒子周圍形成空氣與熱解可燃?xì)怏w的混合氣層,一旦滿足著火條件,便開始燃燒,如果熱解速度快,則反應(yīng)面完全穩(wěn)定在氣相中。廢塑料粒燃燒時(shí)大部分為氣-氣相反應(yīng),其燃燒速度受物質(zhì)的熱解速度所控制。煤粉燃燒為多相燃燒反應(yīng),其燃燒速度主要受反應(yīng)界面物質(zhì)的擴(kuò)散速度和化學(xué)反應(yīng)速度所控制。通過比較,可以看出,煤的著火點(diǎn)比廢塑料高,燃燒速度較慢。廢塑料燃燒時(shí)產(chǎn)生氣體量較大,同時(shí)由于是氣-氣相反應(yīng),還原氣體含量多。因此,廢塑料噴入高爐產(chǎn)生還原性氣體量最大,對降低焦比效果較好。2.3廢塑料燃燒灰燼的測定(1)測試方法預(yù)先稱量坩堝重量。向坩堝內(nèi)裝入5克試樣。置于功率為1千瓦的電爐上加熱,燃燒完全后,用天平稱量坩堝+灰燼重量,算出灰燼量。(2)試驗(yàn)結(jié)果及分析通過表1看出,廢塑料的燃燒灰分僅為1%~3%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤粉灰分(約12%)。3燃燒廢塑料的反應(yīng)條件為(1)廢塑料的燃燒過程為:隨著溫度的升高,廢塑料熱解出部分揮發(fā)性的可燃?xì)怏w,在廢塑料粒周圍形成空氣與可燃?xì)怏w的混合氣層,滿足著火條件即發(fā)生氣-氣單相燃燒反應(yīng)。對于熱解速度快的廢塑料品種,整個(gè)燃燒過程為單相反應(yīng)。而對于裂解較慢的品種,則在油狀物達(dá)燃點(diǎn)時(shí),發(fā)生液-氣多相燃燒反應(yīng)。(2)與煤粉相比廢塑料著火點(diǎn)較低,燃燒速度較快,