高炉喷吹废塑料的燃烧特性研究

高炉喷吹废塑料的燃烧特性研究

1国外废塑料利用技术的研究随着工业化进程的加快，残余塑料污染已成为世界的主要破坏。近年来,各国相继开发了废塑料综合利用技术,但这些方法都有不可克服的缺陷。而将废塑料代替煤粉喷入高炉作为处理废塑料的一种有效手段在国外已研究多年,并已取得实质性进展。在我国至今还无这方面的研究报导,笔者作了废塑料和喷吹用煤粉的一系列特性的对比研究,希望能抛砖引玉,加快我国在这方面的研究步伐,早日实现高炉喷吹以塑代煤。2实验计划和方法2.1塑料与煤粉的燃烧特性把不同品种的废塑料及煤粉在空气中燃烧,通过尾气成分分析比较废塑料与煤粉的燃烧特性。试样:№1农用地膜(聚乙烯)№2泡沫塑料(醋酸纤维素)№3包装用料(聚苯乙烯)№4混合塑料(№1+№2+№3)/3№5高炉喷吹煤粉(马钢二铁厂用煤)2.2燃烧试验(1)尾气成分测定本试验采用静态法,用瓷舟装入定量的废塑料粒,推入横状的电阻炉中部,密封,通入30L/h的空气,以约100℃/min速度升温。使废塑料燃烧,将尾气清洗后通入CO,CO2红外线分析仪,测定尾气成分。每个样品试验两次,以取其中一组作为结果。电炉采用硅碳棒电阻炉,最高实验温度为1350℃,热电偶为单铂铑,炉管用陶瓷管,内径为20mm,流量计量程160L/h。(2)燃烧与燃烧时间的关系试样燃烧试验所得产物气体成分变化及相应的温度如图1~图5所示。由图1可以看出,在实验室条件下,聚乙烯开始燃烧温度为420℃,激烈燃烧温度为670℃,根据时间记录,整个燃烧过程所用时间为3分30秒,由于整个燃烧过程为气气反应,燃烧速度快,产生大量还原性气体。泡沫塑料在较低温度热裂解成少量挥发性产物,可燃气体与O2反应生成少量CO。大部分试样油品化,随着温度升高,油状物裂解,产物与O2发生燃烧反应,产生大量的CO、CO2。由图2可以看出,在该实验条件下,泡沫塑料开始燃烧温度为430℃,激烈燃烧温度为720℃,燃烧速度较快,整个燃烧过程时间为4min,燃烧产生的气体量大,CO2%大,燃烧较完全。由图3可以看出,在实验室条件下,聚苯乙烯开始燃烧温度为420℃,激烈燃烧温度为680℃,整个燃烧过程耗时3分40秒。由图4可以看出,混合塑料的燃烧性能与聚苯乙烯相似,只是500~600℃时燃烧产物CO和CO2浓度较图3高,这是由于聚乙烯燃烧的作用。整个燃烧过程中聚苯乙烯的解聚和燃烧是限制性因素,该试样着火温度为420℃,即为聚乙烯的着火温度。混合塑料激烈燃烧温度为680℃,与聚苯乙烯激烈燃烧温度接近。样品燃烧终了温度为860℃,即聚苯乙烯终了温度。故可以认为,样品间无相互影响。混合塑料燃烧时各组分遵循自身的燃烧特性。整个燃烧过程耗时3分50秒。马钢喷吹用煤粉在相同条件下的燃烧试验所得产物成分变化曲线如图5所示,约在500℃时气相中出现少量CO,约在650时出现少量CO2,着火燃烧,约1000℃时气相中CO2含量达到最高,即此时发生激烈燃烧,煤粉燃烧过程为气固反应,燃烧完全,尾气中CO2含量高。由于是气固反应,燃烧速度较慢。整个燃烧过程耗时6分50秒。由燃烧试验,我们可以了解废塑料的燃烧机理:随着温度的升高,废塑料热解出部分挥发性可燃气体,从粒子表面向外扩散,在粒子周围形成空气与热解可燃气体的混合气层,一旦满足着火条件,便开始燃烧,如果热解速度快,则反应面完全稳定在气相中。废塑料粒燃烧时大部分为气-气相反应,其燃烧速度受物质的热解速度所控制。煤粉燃烧为多相燃烧反应,其燃烧速度主要受反应界面物质的扩散速度和化学反应速度所控制。通过比较,可以看出,煤的着火点比废塑料高,燃烧速度较慢。废塑料燃烧时产生气体量较大,同时由于是气-气相反应,还原气体含量多。因此,废塑料喷入高炉产生还原性气体量最大,对降低焦比效果较好。2.3废塑料燃烧灰烬的测定(1)测试方法预先称量坩埚重量。向坩埚内装入5克试样。置于功率为1千瓦的电炉上加热,燃烧完全后,用天平称量坩埚+灰烬重量,算出灰烬量。(2)试验结果及分析通过表1看出,废塑料的燃烧灰分仅为1%~3%,远远小于煤粉灰分(约12%)。3燃烧废塑料的反应条件为(1)废塑料的燃烧过程为:随着温度的升高,废塑料热解出部分挥发性的可燃气体,在废塑料粒周围形成空气与可燃气体的混合气层,满足着火条件即发生气-气单相燃烧反应。对于热解速度快的废塑料品种,整个燃烧过程为单相反应。而对于裂解较慢的品种,则在油状物达燃点时,发生液-气多相燃烧反应。(2)与煤粉相比废塑料着火点较低,燃烧速度较快,