高爐噴風(fēng)沙溫條件下的廢塑料燃燒性能研究

高爐噴風(fēng)沙溫條件下的廢塑料燃燒性能研究

1國外廢塑料回收利用技術(shù)的研究與研究現(xiàn)狀由于塑料的優(yōu)良特性，其產(chǎn)品在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,塑料制品的產(chǎn)量和消耗量不斷增長。廢舊塑料帶來的“白色污染”問題現(xiàn)已引起全社會(huì)的關(guān)注,成為全球性亟需解決的問題。為實(shí)現(xiàn)廢舊塑料的減量化、無害化、資源化利用處理,世界各國在技術(shù)開發(fā)方面作了大量工作,并總結(jié)出多種廢塑料處理技術(shù),如再生利用、堆積后掩埋、焚燒、燃料化等,其中在國際上受到廣泛關(guān)注的高爐噴吹廢塑料處理技術(shù)在德國和日本的煉鋼生產(chǎn)中得以成功應(yīng)用。目前國內(nèi)對(duì)廢舊塑料的熱特性、燃燒動(dòng)力學(xué)、影響廢舊塑料燃燒的氣相成分及造粒條件作了一些工作,但只是停留在試驗(yàn)研究階段。本研究是模擬高爐噴吹風(fēng)溫條件采用廢塑料和粉煤混合的燃燒,以期盡快實(shí)現(xiàn)高爐噴吹廢塑料技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用。2試驗(yàn)部分2.1樣品和性質(zhì)分析試驗(yàn)所用基礎(chǔ)煤樣以及廢舊塑料的性質(zhì)分析如表1:2.2試驗(yàn)驗(yàn)證和模型分析本試驗(yàn)采用高溫燃燒固定床和GHX-3010/3011型二合一便攜式紅外線氣體分析儀作為主要試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備,整個(gè)試驗(yàn)裝置見圖1。通過正交試驗(yàn)分析對(duì)混合試樣在實(shí)驗(yàn)室模擬高爐風(fēng)溫條件下的最佳技術(shù)條件,然后通過對(duì)比試驗(yàn)對(duì)正交試驗(yàn)所得到的最佳技術(shù)條件進(jìn)行驗(yàn)證,從實(shí)驗(yàn)室水平上探討實(shí)際廢塑料代替部分粉煤實(shí)行高爐噴吹的可行性。為了避免噴吹試驗(yàn)操作時(shí)所用的垃圾塑料由于含水量過多對(duì)試驗(yàn)有所影響,同時(shí)也為了降低模擬噴吹的難度,在開始噴吹試樣前對(duì)廢舊塑料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方法是:將廢舊塑料在150℃(基本上各種類型塑料的理論熱分解溫度都在200℃以上)條件下烘焙3～6min將廢舊塑料中所帶表面水除去,同時(shí)也可以利用塑料本身的熱塑性使廢舊塑料在此溫度下發(fā)生縮體,以便于造粒加工、篩分和制樣。2.3試驗(yàn)條件試驗(yàn)溫度約950℃,試樣重量100mg,取廢舊快餐盒(聚苯乙烯)作樣品進(jìn)行正交試驗(yàn)。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1正交試驗(yàn)正交試驗(yàn)所采取的因素及其水平見表2,試樣燃燒過程流程見圖2:3.2影響因素的選取正交試驗(yàn)過程中的CO2濃度隨時(shí)間的變化曲線見圖3,正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。通過正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)及方差分析可知:在影響煤與廢舊塑料混合燃燒平均速率的因素中,空氣流量對(duì)平均速率的影響最為顯著,塑料比例對(duì)平均速率的影響略低于空氣流量,塑料粒度對(duì)混合試樣燃燒平均速率沒有顯著影響,也就是表中的數(shù)據(jù)反映出影響因素的主次順序?yàn)锳CB。根據(jù)ⅠA,ⅡA,ⅢA的大小可以看出,選取3水平最好,同樣根據(jù)ⅠC,ⅡC,ⅢC的大小可以看出選取3水平最好?？紤]到節(jié)約制樣時(shí)間,應(yīng)選取1水平為好。因此,選取廢舊塑料與煤混合樣在本實(shí)驗(yàn)室條件下的最佳工藝條件為空氣流量為400ml/min,塑料粒度0.8mm,塑料比例20%。3.3比較試驗(yàn)最佳工藝條件的確定及試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證最佳工藝條件:將煤與廢塑料聚乙烯顆粒共同燃燒的工藝條件確定在空氣流量為400ml/min,塑料粒度為0.8mm,塑料比例為20%(即由正交表與方差分析所確定的最佳工藝條件),試驗(yàn)結(jié)果:混合試樣的平均燃燒速率為2035×10-4mg/s。由該試驗(yàn)結(jié)果大于正交表上的9次試驗(yàn)中任意一次可知,該工藝條件確實(shí)是在實(shí)驗(yàn)室條件下的最佳工藝條件。單獨(dú)燃燒試驗(yàn)在由正交表與方差分析所確定的最佳工藝條件下對(duì)煤粉進(jìn)行單獨(dú)燃燒試驗(yàn),由試驗(yàn)可得,煤粉在此條件下的平均燃燒速率為1556×10-4mg/s,可以利用該結(jié)果與對(duì)比試驗(yàn)3進(jìn)行比較,找出添加其他種塑料對(duì)煤粉燃燒速率的影響。燃燒速率的確定在空氣流量為400ml/min,塑料粒度為0.8mm,塑料比例為20%(最佳工藝條件)的條件下,采用垃圾中以人工分揀的日常生活包裝袋塑料(聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙稀為主)代替聚乙烯與煤粉混合燃燒。由試驗(yàn)結(jié)果可得,混合試樣的平均燃燒速率為1691×10-4mg/s。與對(duì)比試驗(yàn)2結(jié)果比較可知,在該最佳工藝條件下,添加其他種廢舊塑料也可使煤粉在高溫下的燃燒性能有所提高。3.4石灰量的測(cè)定預(yù)先稱量坩鍋重量,向坩鍋內(nèi)加入定量試樣,置于功率為1kW的電爐內(nèi)加熱,在900℃燃燒完全后用天平稱量坩鍋+灰燼重量,算出灰燼量。從表4可以看出兩種廢塑料在高溫燃燒下所產(chǎn)生的灰燼量(2%～8%)皆低于煤粉所產(chǎn)生的灰燼量。4最佳燃燒條件對(duì)比(1)在影響煤與廢舊塑料混合燃燒平均速率的因素中,空氣流量對(duì)平均速率的影響最為顯著,其次是塑料比例,塑料粒徑影響最小。(2)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下煤與廢舊塑料混合燃燒的最佳條件為空氣流量為400ml/min,塑料粒度為0.8mm,塑料比例為20%,在這個(gè)條件