高分子廢棄物焚燒爐高端市場(chǎng)探析

許 恩

(浙江 臺(tái)州 310000)

高分子廢棄物焚燒爐高端市場(chǎng)探析

許 恩

(浙江 臺(tái)州 310000)

分析了國(guó)內(nèi)高分子廢棄物焚燒爐高端市場(chǎng)的概況，闡述了高分子廢棄物完全燃燒的機(jī)理，提出高分子廢棄物的資源化必須與熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量相結(jié)合；高分子廢棄物具有熱能資源的價(jià)值法則，將會(huì)引發(fā)焚燒爐高端市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的深層次變革。

高分子廢棄物;完全燃燒;焚燒爐;高端市場(chǎng)

前言

“高分子廢棄物完全燃燒”，是個(gè)世界性難題。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家也沒(méi)有相關(guān)研究成果，所以迄今歐美國(guó)家仍有數(shù)量巨大的廢輪胎、廢油漆積存。如北美大山溝里有大量廢輪胎堆積，甚至發(fā)生過(guò)30多天的大火；美國(guó)每年有6800萬(wàn)加侖廢油漆，由于沒(méi)有科學(xué)方法進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量，需要政府每加侖補(bǔ)貼9美元作安全處置費(fèi)；國(guó)際公約也規(guī)定要重罰隨意丟棄油輪、油腳子等行為，在美國(guó)甚至要判刑。

我國(guó)的汽車、船舶、集裝箱、機(jī)電制造業(yè)在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量廢油漆；印刷業(yè)有大量廢油墨；城市有大量廢輪胎積存；石油行業(yè)的瀝青質(zhì)、殘?jiān)停▋H中石化近年公布的數(shù)字：瀝青年產(chǎn)量為500萬(wàn)噸，年銷售量只有200萬(wàn)～250萬(wàn)噸，大量積存）、落地油、天然油砂、油泥廢水、公路廢瀝青等；江河湖海有大量漂浮廢塑料等。對(duì)于上述大量的高分子廢棄物，我國(guó)迄今也沒(méi)有科學(xué)的熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量的處理方法。

我國(guó)秸稈制炭設(shè)備用于腰果殼制20萬(wàn)噸活性炭項(xiàng)目，被東南亞一國(guó)家否決；一些大型生物質(zhì)（秸稈）熱能轉(zhuǎn)化項(xiàng)目被內(nèi)地政府否決；一些大城市生活垃圾發(fā)電項(xiàng)目引發(fā)民眾抵制；其中都可歸結(jié)于焚燒設(shè)備的“不完全燃燒”的污染。高分子廢棄物幾乎與重油等熱值，如果能夠直接當(dāng)燃料燃燒，其市場(chǎng)規(guī)模將十分巨大。但國(guó)內(nèi)外目前還沒(méi)有真正能夠進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量的焚燒爐產(chǎn)品。我們認(rèn)為，高分子廢棄物完全燃燒技術(shù)的長(zhǎng)期缺失，是垃圾治理高端市場(chǎng)發(fā)育遲緩的根本原因。

1 高分子廢棄物資源化，必須與熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量相結(jié)合

高分子廢物的資源化，有化工提取、燃燒兩條工藝路線。筆者認(rèn)為，高分子垃圾只有通過(guò)完全燃燒，才能進(jìn)行最有效的熱能轉(zhuǎn)化利用；也只有通過(guò)完全燃燒才談得上有機(jī)污染物的徹底滅害減量。這是因?yàn)椋?/p>

（1）典型的高分子廢物塑料、橡膠、油漆油墨、瀝青質(zhì)、動(dòng)植物脂肪蛋白等的低位發(fā)熱值在7000～10,000kcal/kg，它們都是高熱值的熱能資源。

（2）高分子廢棄物資源相對(duì)集中，其高熱焓、高揮發(fā)性的燃燒特性更加突出。所以，需要具備針對(duì)其完全燃燒特性的燃燒裝備，才能有效進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量。

高分子廢棄物用化工裂解工藝提取輕油，其廢氣治理的成本高昂，發(fā)達(dá)國(guó)家寧愿把廢輪胎、廢油漆相對(duì)安全地放置起來(lái)，也不走化工提取這條路。然而，目前我國(guó)仍然有人采用土法小爐子將廢塑料、橡膠或大量瀝青質(zhì)殘?jiān)汀盁捰汀薄３淦淞?公斤煉出150～300克油，其余的200～350克就成了滾滾濃煙，污染大氣，其危害不可估量。

廢橡膠輪胎回收再生也是有限度的：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)輪胎中摻用再生膠的限值在8%以下；廢橡膠的再制品（如橡膠跑道、發(fā)泡地板、墻裙等）的市場(chǎng)容量也是很有限的。例如北美大量的廢橡膠輪胎資源化出路，仍然是采用完全燃燒技術(shù)進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化/滅害減量。

廢工程塑料中含有輕質(zhì)碳酸鈣；廢油漆中含有金屬氧化物；玻璃鋼中含有玻璃絲布；橡膠中有炭黑等等，這些都是可以回收再生的資源。因此，高端市場(chǎng)另一個(gè)需求目標(biāo)就是能夠在將有機(jī)污染物通過(guò)熱清洗滅害減量的同時(shí)，有效回收金屬、非金屬等物質(zhì)功能的“熱清洗機(jī)”。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已有引進(jìn) “美國(guó)熱潔爐”（僅適用于靜電噴涂導(dǎo)電桿的脫漆）；比利時(shí)的“熱清洗機(jī)”（循環(huán)流化床、用石英做熱媒，僅適用于較大銅、鋼鐵零部件脫除有機(jī)污染物）。但此類產(chǎn)品存在的共同問(wèn)題是：有機(jī)污染物不能完全燃燒，還是要冒黑煙，而水噴淋洗炭黑的環(huán)保設(shè)備的投資和運(yùn)行成本較高。

高分子廢棄物熱能轉(zhuǎn)化設(shè)備（RDF燃燒器）和有機(jī)污染物熱清洗機(jī)的空白，造成當(dāng)今大量毫米、分毫米電線容易被燒成“過(guò)燒銅”；峰江資源再生工業(yè)園甚至把成捆的鋁箔紙扔到黃瑯垃圾場(chǎng)；散落的鋁箔包裝袋連拾荒的人都不要；而在再生鋁熔煉生產(chǎn)線上，脫除有機(jī)污染環(huán)節(jié)迄今空白，造成黑煙滾滾。

當(dāng)前我國(guó)高分子廢物處理高端市場(chǎng)上急需能夠把銅鋁電線（特別是分毫米電子線）上的廢絕緣層、鋁合金易拉罐表面的印刷油墨或鋅合金零部件上的廢油漆、鋁箔/塑料薄膜復(fù)合包裝袋上的廢塑料清洗掉且又不冒黑煙的熱清洗機(jī)。

2 高分子廢棄物完全燃燒的機(jī)理

（1）完全燃燒機(jī)理

高分子廢棄物氣化生成的原生態(tài)氣體（Raw Gas），只能是C-H基組分為主甚至多基的、含有阻燃物的烷烴類燃料氣體；它具有高熱值、高揮發(fā)擴(kuò)散性的特征；它的完全燃燒還需要經(jīng)過(guò)連續(xù)的多級(jí)熱分解過(guò)程。

實(shí)踐證明，固、液相的高分子廢棄物在高溫場(chǎng)的第一反應(yīng)是氣化而不是燃燒，其完全燃燒必然是全氣相的、一次性完成的燃燒反應(yīng)。而高分子廢物的不完全燃燒，則是垃圾焚燒爐冒黑煙的根本原因。

（2）Reburn是一種不完全燃燒技術(shù)

Reburn技術(shù)是20世紀(jì)初西方發(fā)達(dá)國(guó)家科技工作者為降低固體煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）污染排放指標(biāo)而采取的分段“復(fù)式燃燒”技術(shù)。即前40%段缺氧、低溫（約650℃）燃燒和后60%段富氧、高溫（約850℃）的燃燒方法。這是當(dāng)年為了應(yīng)對(duì)酸雨而不得不損失約8%的燃盡率、可降低約40%氮氧化物生成量的一種環(huán)保減排技術(shù)成果。

美國(guó)曾采用Reburn技術(shù)對(duì)20%的煤發(fā)電裝備進(jìn)行了環(huán)保改造。但是，到了20世紀(jì)末期，科技界發(fā)現(xiàn)Reburn技術(shù)實(shí)際上是一種“不完全燃燒”技術(shù)；問(wèn)題還在于低溫“不完全燃燒”所產(chǎn)生的二英類污染物質(zhì)（Dioxins or PCDD/PCDFs）對(duì)人類健康的直接危害要比NOx大得多。二英類物質(zhì)是持久性污染物（POPs），污染治理的難度更大；而氮氧化物95%以上可溶于水，并且可用堿性物質(zhì)中和。于是，西方能源產(chǎn)業(yè)界技術(shù)改造方向和環(huán)?？萍冀绲难芯恐攸c(diǎn)轉(zhuǎn)向了對(duì)二英的治理（如高溫或等離子摧毀、活性炭吸附、灰渣熔融固化等），發(fā)達(dá)國(guó)家也不再提倡采用Reburn技術(shù)，對(duì)于發(fā)電鍋爐進(jìn)行低氮氧化物生成量改造。

據(jù)考察，“二次燃燒”、“三次燃燒”的基本技術(shù)手段，就是二次、三次向不完全燃燒的煙氣中噴油“助燃”。那么，一次不完全燃燒的煙氣流中雖然殘留有部分可燃?xì)怏w，但是它處在大量燃燒過(guò)后的廢氣（其主要成分CO2、H2O就是滅火劑）裹挾之中，這種“火上澆油”單純提高煙氣溫度的辦法，實(shí)現(xiàn)不了高分子廢棄物的完全燃燒。實(shí)踐證明不完全燃燒的多次重復(fù)，并不等于完全燃燒?，F(xiàn)在又有人提出 “四次燃燒”，恰好說(shuō)明“Reburn”是不完全燃燒技術(shù)。理智地放棄所謂“二次燃燒”不僅符合科學(xué)規(guī)律，在經(jīng)濟(jì)上也更合理。

3 高分子廢棄物具有的熱能資源價(jià)值法則將引發(fā)高端市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的深層次變革

（1）高端市場(chǎng)現(xiàn)狀

僅以我國(guó)峰江廢五金拆解產(chǎn)業(yè)園每天產(chǎn)生100噸高分子廢物為例。該產(chǎn)業(yè)園內(nèi)所產(chǎn)高分子廢棄物的平均熱值以8000kcal/kg估算，至少等于8百萬(wàn)kcal/t垃圾，略與噸重油的熱量相當(dāng)。當(dāng)前日產(chǎn)100噸再生鋁錠的熔煉爐，平均日耗重油為9.5噸。所以，峰江產(chǎn)業(yè)園日產(chǎn)100噸高分子垃圾的熱量，至少可以替代10.5臺(tái)100噸熔煉爐的日耗重油的熱量。園區(qū)里既做廢五金拆解，又做再生鋁、銅熔煉的企業(yè)，首選的熱能利用方案，無(wú)疑是用自己產(chǎn)生的高分子廢棄物資源替代外購(gòu)的重油來(lái)煉鋁、銅。

因此，高分子垃圾熱能資源/有機(jī)污染物的擁有者，又是鋁、銅再生熔煉生產(chǎn)的企業(yè)，可以自籌資金進(jìn)行自產(chǎn)高分子垃圾熱能利用/滅害減量的技術(shù)改造，政府只需要修定一下技術(shù)規(guī)范，制定一個(gè)合理的政策對(duì)其進(jìn)行支持和產(chǎn)業(yè)化引導(dǎo)。事實(shí)上，地方政府過(guò)分的商業(yè)干預(yù)（想建一個(gè)處理中心），反而導(dǎo)致2007年峰江產(chǎn)業(yè)園所在地黃瑯填埋場(chǎng)200噸/日高分子垃圾資源處理項(xiàng)目擱淺至今，以致海邊填埋場(chǎng)爆滿，峰江產(chǎn)業(yè)園100噸/日高分子垃圾資源處理反而成了地方政府的一個(gè)難題。

（2）需要適當(dāng)提高焚燒爐高端市場(chǎng)的進(jìn)入門(mén)檻

我國(guó)垃圾焚燒爐廠家眾多，大都為掛環(huán)保招牌（很少直接掛焚燒爐招牌）的私營(yíng)企業(yè)。經(jīng)營(yíng)較好的環(huán)保企業(yè)多是從事污水、廢氣、固廢、噪聲、生態(tài)環(huán)境治理的企業(yè)。當(dāng)前一些地方上中小型焚燒爐都要經(jīng)過(guò)招投標(biāo)程序，因此有能力做固廢項(xiàng)目BOT/BOO的環(huán)保投資企業(yè)，其商業(yè)操作也十分艱苦。

能夠看得準(zhǔn)高分子廢物高端市場(chǎng)需求規(guī)模的企業(yè)家，首先要解決“怎么才能尋找到能夠把高分子廢物完全燃燒，真正不冒黑煙的技術(shù)”這個(gè)問(wèn)題；繼而在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)、高端產(chǎn)品的集約化生產(chǎn)、項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)方式改革等重大對(duì)策問(wèn)題上，進(jìn)行深層次的研究，才能與時(shí)俱進(jìn)。

4 高分子廢棄物完全燃燒爐應(yīng)當(dāng)具備的基本結(jié)構(gòu)與基本功能特征

高分子廢物完全燃燒的基本爐型，由氣化室和燃燒室兩個(gè)部分構(gòu)成。燃燒室的基本功能特征有：

（1）類似重油的完全燃燒的火焰極短，呈火炬狀（2m左右）。燃燒室直接噴出的火炬必須大于1000℃，而且火焰尾部沒(méi)有黑煙。只有這種火焰才能直接與蒸汽鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)、或者熔煉爐相對(duì)接。

（2）由于高熱值的高分子廢物的完全燃燒，根本不需要噴油助燃，作為原理展示的爐型可以不安裝燃油機(jī)。

（3）完全燃燒室作為全氣相的燃燒裝備，必須具備安全防爆功能，無(wú)論是原理爐展示，還是正式產(chǎn)品，都必須經(jīng)受以下功能的測(cè)試：

1）在相當(dāng)寬的著火臨界溫度區(qū)間，具有任意濃度（尤其是較淡的或特濃的）原生態(tài)可燃?xì)怏w（Raw Gas）無(wú)聲自燃的點(diǎn)火功能，徹底消除氣化燃燒設(shè)備爆燃的危害。

2）完全燃燒的氣化室與燃燒室之間的溫度差正好跨越了多環(huán)芳烴穩(wěn)定反應(yīng)的溫度區(qū)間，因此氣化室與燃燒室之間的托火界面，必須穩(wěn)定可靠、不回火。

3）能夠用手動(dòng)或者其他簡(jiǎn)易的操作方法，在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)可糾正由于誤操作造成不完全燃燒的黑煙。

（4）氣化室必須具備“低溫、低氧、低壓”氣化的基本功能，以降低原生態(tài)可燃?xì)庵械姆蹓m量；氣化室同時(shí)應(yīng)具有對(duì)有害元素進(jìn)行惰化的功能，以及可有效回收金屬的二級(jí)功能。

（5）必須具有分別針對(duì)或者混雜地進(jìn)行：各種塑料、橡膠、油漆油墨、瀝青質(zhì)、動(dòng)物尸體等高熱值的高分子廢棄物完全燃燒普適性功能的試燒演示和檢測(cè)。

5 幾點(diǎn)說(shuō)明

（1）由于高分子廢物氣化生成的燃料氣體不宜大容量存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程管道配送，因而目前只能以氣化室/燃燒室一體的高分子廢物焚燒爐為主爐型。

（2）關(guān)于熱能轉(zhuǎn)換燃燒器的連續(xù)運(yùn)行功能—由于“固、液態(tài)高分子廢物”向高溫區(qū)“連續(xù)投料”，因此設(shè)備的絕熱、密封、防積炭等，是另一個(gè)技術(shù)難題，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的產(chǎn)品和可靠的配套。

（3）組分復(fù)雜的高分子廢物復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程差別很大，氣化/著火臨界差別也很大，燃燒過(guò)程的模糊控制難度就大。隨著完全燃燒機(jī)理的成功解析，假以時(shí)日，搜集整理到足夠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，是可以進(jìn)行模擬程序控制的。

（4）目前，我國(guó)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中用以鑒別“完全燃燒/不完全燃燒”的是：黑煙，林格曼煙度法（GB/T 5468-91）；惡臭，三點(diǎn)比較式臭袋法（GB/T 14675-93）；一氧化碳，非分散紅外吸收法（HJ/T 44-1999）；二英，色譜-光譜聯(lián)用法（HJ /T 43-1999）。

尾氣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)解決：“炭黑析出的黑度”與“S、N、Cl、F生成物的煙色”之間區(qū)別的方法、“殘留有機(jī)分子的惡臭”與“S、N、Cl、F生成物各自的刺鼻性、窒息性異味”的區(qū)別方法。

Analysis on High-end Market of Incinerator for Macromolecule Wastes

XU En

X705

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1006-5377（2010）09-0047-02