高爐噴吹廢塑料的節(jié)能效益及應用前景

上海市綠色工業(yè)促進會 潘 洲

前言

高爐噴吹廢塑料技術是利用高爐獨特的高溫、高還原性環(huán)境，將廢塑料作為一種燃料噴入高爐中。它不僅充分實現(xiàn)了廢棄物的資源回收和再利用，節(jié)約了煤炭資源，而且，具有傳統(tǒng)廢塑料處理技術無可比擬的能量利用率高、處理后無污染的優(yōu)點，在當前節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟的大形勢下，具有極大的示范意義。近年來,國外的許多廠家,尤其是德國和日本的一些鋼鐵企業(yè),采用了向高爐內(nèi)噴吹廢塑料的環(huán)保技術,經(jīng)過幾年的實踐,取得了許多經(jīng)驗和積極的效果,引起世界各國環(huán)保組織的關注和冶金企業(yè)的重視[1]。寶鋼作為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的領頭羊，早在2001年初就開始了高爐噴吹廢塑料的技術可行性研究，涉及廢塑料的選用、脫氯、造粒、氣力輸送及燃燒特性研究等。但是，如何保證廢塑料來源的數(shù)量、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性則成為該技術實際運用的瓶頸。本文結合高爐噴吹用廢塑料資源可獲取性的調研就該技術在寶鋼的應用前景做出初步分析。

1 國內(nèi)外高爐噴吹廢塑料的現(xiàn)狀

20世紀90年代中期,德國和日本許多鋼鐵企業(yè)都積極開展了高爐噴吹廢塑料的研究開發(fā)工作。國內(nèi)，鞍鋼寶鋼等鋼鐵巨頭亦在21世紀初開展了相關研究。

德國于1991年頒布的“垃圾減量法”要求居民減少生活垃圾的同時并積極組織開發(fā)垃圾中有用廢物的再生利用技術，并專門成立了德國廢物利用公司（簡稱DSD公司），在DSD公司的支持下，不來梅鋼鐵公司開展了高爐噴吹廢塑料的試驗。除了不萊梅鋼鐵公司外,德國的克虜伯—赫施鋼鐵公司、蒂森鋼鐵公司等也在高爐上進行了工業(yè)性試驗[2]。日本鋼管公司（NKK）學習德國不來梅廠經(jīng)驗，1995年也成功地在高爐噴吹廢塑料[3]。鞍鋼在國內(nèi)高爐噴吹廢舊塑料研究方面起步較早,投入了大量的科研力量并取得了一定的成果[4]。

2 高爐噴吹廢塑料的節(jié)能效益

高爐噴吹廢塑料不僅充分實現(xiàn)了廢棄物的資源回收和再利用，而且，具有傳統(tǒng)廢塑料處理技術無可比擬的能量利用率高、處理后無污染的優(yōu)點。從回收再利用的角度看，廢塑料的堆積和掩埋根本不存在能量利用和再生利用。焚燒中如果單純把廢塑料放入焚燒爐中燒掉也沒有回收利用，如果作為供熱和發(fā)電時的熱利用率也僅為30%～40%,而廢塑料在高爐中的熱利用率高達80%。廢塑料的發(fā)熱值高于煤粉40%～50%，其與煤粉的置換比在1.2，其H2含量遠高于煤粉，H2在高爐上部可參與直接還原，可置換部分焦炭，與焦炭的置換比大于1.0。日本德國噴塑比在50公斤/噸鐵，假如寶鋼以25公斤噴塑比，一座高爐日產(chǎn)量為：10000噸×0.025=250噸，則月產(chǎn)量為7500噸，年產(chǎn)量為9萬噸，4座高爐約36萬噸/年。如果廢塑料的收集量能完全滿足以上要求，則每年能節(jié)約噴吹煤約43萬噸，節(jié)能效益顯著。

3 廢塑料來源分析

3.1 廢塑料選用的經(jīng)濟可行性

一般來說，塑料可以分為熱塑性和熱固性，熱塑性塑料是指在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯等；熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，主要包括酚醛塑料、環(huán)氧塑料、聚氨酯、不飽和聚酯等。從上述定義可以看出，熱塑性塑料可以反復的熔融重塑使用，而熱固性塑料具有加熱不熔的特點，再次重塑利用性小。根據(jù)此特點，廢塑料回收市場回收再造粒的廢舊塑料主要是熱塑性塑料，而且該類廢舊塑料的價格也普遍高于現(xiàn)在的煤炭價格。每噸廢舊熱塑性塑料的價格高達數(shù)萬元，最低也在千元左右，而煤炭價格的波動區(qū)間在400元/噸-1000元/噸。因此，如果考慮大量高爐噴吹的話，熱塑性塑料現(xiàn)階段不具有經(jīng)濟可行性，而且，我國廢棄塑料的回收處理方式是以人工從垃圾或其他渠道回收，集中后再進行分類、加工處理的模式為主，雖然該模式不具有完整的系統(tǒng)性、但適合中國的國情，很有效，使得廢棄塑料的回收利用比例比較高，這就造成了垃圾中廢塑料比例低的現(xiàn)狀，即使在生活垃圾填埋場內(nèi)，還存在拾荒大軍。如果還要從這些垃圾堆場中進行分選，不僅要投資分選設備費、場地費、人員費及運輸費等，而且分選出來的廢塑料比較少、臟、雜，分選成本也高，也很難達到高爐噴吹的各項指標要求。政策層面上看，政府首先鼓勵市場化運作，對廢塑料的回收在現(xiàn)階段獲得政府的政策補助可能性也比較小。

因此，我們把目光聚焦在熱固性塑料，尤其是印刷線路板的主要成分環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂上。

3.2 上海市熱固性塑料的數(shù)量預測

上海市廢棄熱固性塑料的來源主要有三個方面，即熱固性塑料生產(chǎn)和加工企業(yè)的殘料和邊角料、報廢汽車中的熱固性塑料和廢棄電子電器產(chǎn)品中的熱固性塑料。目前，上海市尚未建立完善的廢棄熱固性塑料回收體系。上海市廢棄塑料的產(chǎn)生量已達30萬噸/年，呈逐年上升趨勢；廢棄塑料回用量為12萬噸/年，而廢棄熱固性塑料回用率卻幾乎為零。為了了解上海市現(xiàn)階段及未來廢舊熱固性塑料的產(chǎn)生量，查閱上海市統(tǒng)計年鑒等相關資料，運用灰色預測模型[5]，先分別估算各類含熱固性塑料的產(chǎn)品（包括汽車和電子電器產(chǎn)品）將來一段時間的銷售量，然后根據(jù)各類含熱固性塑料的產(chǎn)品的使用年限及每年廢棄的比例，計算每年各類含熱固性塑料的產(chǎn)品的廢棄數(shù)量，最后結合各產(chǎn)品中熱固性塑料所占的比重，計算廢棄熱固性塑料的重量。

經(jīng)過預測模型的理論計算，2009年報廢汽車中廢棄熱固性塑料的量為275.94噸，報廢電子產(chǎn)品中的廢棄熱固性塑料的量為5465.06噸，以熱固性塑料為基體材料的生產(chǎn)企業(yè)的殘料、邊角料的量約為420噸，因此，2009年廢棄熱固性塑料總的產(chǎn)生量約為6161噸。三部分廢棄熱固性塑料所占比例如圖1所示：

從圖1不難看出，報廢電子電器中的廢棄熱固性塑料占很大比例，是廢棄熱固性塑料的主要來源。進一步對2007～2017年報廢電子電器以及報廢汽車中廢棄熱固性塑料的預測量的增長趨勢進行分析，如圖2所示：

從圖2看出，上海市廢棄熱固性塑料的總量在以較快的速度（平均增長速度超過13.63%）增長，說明上海市已經(jīng)進入含熱固性塑料的產(chǎn)品廢棄的高峰階段。廢棄熱固性塑料的主要來源是報廢電子電器中的廢棄熱固性塑料，占總比例的88.7%，報廢汽車中廢棄熱固性塑料和生產(chǎn)企業(yè)的邊角料、殘料比例較小。

熱固性塑料的不可熔融再生性、廢棄量的高增長性、高熱值及回收價格的合理性等都給寶鋼高爐噴吹用廢塑料開辟了新的方向和思路。

3.3 上海市熱固性塑料的獲取渠道

寶鋼已經(jīng)完成了高爐噴吹用廢塑料的技術可行性研究，而且從現(xiàn)階段經(jīng)濟可行性出發(fā)，也已經(jīng)把目光焦距在熱固性塑料，尤其是印刷線路板的主要成分環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂上。但怎樣去收集，怎樣保證其成分要求達到寶鋼高爐噴吹的要求及保證一定的數(shù)量，這些都成為了新的制約因素。

通過對上海市廢棄物回收再利用市場的詳細調研分析，筆者認為：充分利用上海電子廢棄物交投中心有限公司、偉翔環(huán)?？萍及l(fā)展（上海）有限公司等類似的電子廢棄物回收處理企業(yè)，這些企業(yè)有一整套加工設備，能夠保證寶鋼噴吹用廢塑料的顆粒粒徑等要求，而且也能做好成分檢測及控制，充分滿足高爐噴吹的要求。這樣，寶鋼就不需要再去上一整套塑料分揀、清洗、造粒設備等，能夠盡量壓縮運營成本。而且，偉翔環(huán)?？萍及l(fā)展（上海）有限公司提供的環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂的價格在500元/噸左右，具有一定的價格優(yōu)勢。隨著煤炭資源的緊缺以及廢棄環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂收集量的不斷增加，噴吹廢塑料的價格優(yōu)勢會逐漸明顯。但是，現(xiàn)在存在的問題是，如今能夠收集到的這些廢塑料的量遠遠小于寶鋼高爐噴吹所需求的量，因此，筆者設想一方面可以讓廢塑料囤積到一定量后再進行高爐噴吹，另一方面可在寶鋼集團內(nèi)部小高爐進行噴吹。

4 結論及建議

寶鋼早在2001年初就開始了高爐噴吹廢塑料的技術可行性研究，涉及廢塑料的選用、脫氯、造粒、氣力輸送及燃燒特性研究等。雖然該項目技術成熟可行，但是如何保證廢塑料來源的數(shù)量、穩(wěn)定性及對廢塑料成分的要求制約了該技術的實際運用。為此，我們具體分析了高爐噴吹廢塑料的節(jié)能效益,充分考慮該技術實際運用的經(jīng)濟可行性,結合上海市目前廢塑料來源的特點,為高爐噴吹廢塑料在寶鋼的應用前景做出初步分析,形成結論及建議如下：

(1)以熱固性塑料為主要噴吹用塑料。該類物質回收的潛量大，尤其是現(xiàn)階段有大量廢棄、填埋的環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂。但就目前的市場情況來看，成熟的供應商不多。另外,隨著煤炭價格的不斷走高，政府加強廢棄物規(guī)范化處理，供應商和供應量將呈上升趨勢，且經(jīng)濟性將進一步增強。隨著廢棄物規(guī)范化處理普及，亦可以考慮其他類型的廢塑料。

(2)高爐噴吹廢塑料不光體現(xiàn)了國家現(xiàn)階段大力推行節(jié)能減排的政策，也符合國家發(fā)展低碳經(jīng)濟的趨勢。高爐噴吹廢塑料減排二氧化碳效益顯著，若能與清潔發(fā)展機制（clean development mechanism,CDM）相結合，則能獲得一定的經(jīng)濟效益。

(3)鑒于現(xiàn)階段環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂所能收集到的量比較少，建議在寶鋼集團小高爐上開展工業(yè)化試驗工作，初期可利用現(xiàn)有的廢塑料供應商，與廢塑料供應商建立戰(zhàn)略合作關系，逐步擴大高爐噴吹用廢塑料來源，共同爭取政府主管部門的優(yōu)惠政策，實現(xiàn)雙贏，促進高爐噴吹廢塑料技術的應用推廣。

1李博知.廢塑料用于高爐噴吹的現(xiàn)狀及前景[J],新技術新工藝,2006(11)：84-86

2郭廷杰.德、日高爐噴吹廢塑料情況簡介[J]，中國冶金，2001(6)：35-38

3郭廷杰.日本高爐噴吹利用廢塑料代煤技術簡介[J]，再生資源研究，2001(4):35-38

4李博知，尹國才，秦學武.中國高爐噴吹廢塑料的可行性分析[J]，中國冶金，2006,16(6):47-50

5李衛(wèi)國，張愛琴.灰色系統(tǒng)理論在年用電量預測中的應用[J]，沈陽航空工業(yè)學院學報，2007,24(5):90-92