龍紅明^1，2 ， 魏汝飛 ² ， 李寧² ， 周笛² ， 孟慶民 ² ， 李家新 ^1，2

（1. 冶金減排與資源綜合利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（安徽工業(yè)大學(xué)），安徽 馬鞍山 243002；

2. 安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

摘 要：日益增多的城市可燃固廢給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，如何有效處理它們已經(jīng)成為了一個重大問題。對可燃固廢的化學(xué)成分、熱值、燃燒特性及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，并基于城市可燃固廢的理化性質(zhì)和工藝性能提出了多種固廢混合噴吹。多種固廢混合噴吹既可以給高爐帶來新的燃料，又可以處理種類繁多的城市可燃固廢，完成對周邊社會的固廢處置，擴(kuò)充城市鋼廠的社會功能。

關(guān)鍵詞：高爐；廢塑料；廢橡膠；廢布料；餐廚固廢；城市固廢

隨著工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，中國城市固體廢棄物排放量不斷增長，且處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放能力，致使中國城市垃圾累計堆存量超過80 億t ^[1] ，侵占了大量的土地，約有2/3的城市處于垃圾包圍之中 ^[2] 。城市固體廢棄物按其是否能夠燃燒可分為可燃固廢和不可燃固廢，目前處理不可回收的城市可燃固廢時，多采用堆放、填滿、直接燃燒等方式，這種處理方式又造成了空氣、水及土壤污染等。城市可燃固廢已經(jīng)成為環(huán)境的主要污染源之一，亟需更加有效的辦法來處理。與此同時，中國工業(yè)得到了飛速發(fā)展，大多數(shù)工業(yè)的發(fā)展需要提供大量的能源，如水泥、鋼鐵等工業(yè)。而絕大多數(shù)可燃固廢的化學(xué)成分都是碳?xì)溲趸衔?，燃燒過后會釋放大量的熱量，這部分熱量可供工業(yè)使用，這樣既可以解決城市可燃固廢引發(fā)的環(huán)境問題，又可以為工業(yè)發(fā)展提供能源。因此，近年來工業(yè)爐窯協(xié)同處理固廢成為一個比較熱門的研究方向 ^[3-4] 。高爐是煉鐵的主要反應(yīng)器，為降低焦比一般需要從風(fēng)口噴入大量煤粉，而可燃固廢具有一定的熱值，從理論上同樣可以噴入高爐?？扇脊虖U噴入高爐后燃燒可為高爐提供能量和還原劑 ^[5] ，這種處理方式既可以解決可燃固廢帶來的環(huán)境問題，又可為高爐生產(chǎn)提供一種新能源。因此，高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 城市可燃固廢的性質(zhì)及處理現(xiàn)狀

1. 1 城市可燃固廢的分類與產(chǎn)量

城市可燃固廢按照原料屬性主要分為廢有機(jī)制品、廢木制品和餐廚固廢3類，如圖1所示。

廢有機(jī)制品包括廢塑料、廢橡膠和廢布料等。廢塑料種類繁多，包括各種塑料制品，年堆積量約3 500 萬t ^[6] ；大宗量的廢橡膠主要為廢輪胎，年產(chǎn)量約1 080 萬t ^[7] ；廢布料主要為廢布制品，中國每年產(chǎn)生廢舊紡織服裝類約2 400萬t。廢木制品主要包括廢舊建筑木材、廢舊木制家具和廢舊紙張等。中國每年產(chǎn)生的廢舊建筑木材和廢舊木質(zhì)家具等5 000 萬m 3^[8] ，約2 500 萬t；中國廢紙回收率低于30%，每年產(chǎn)生廢舊紙張1 000 多萬t ^[9] 。餐廚固廢是指人類在日常食用的殘余，主要成分是纖維素、淀粉類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，中國餐廚垃圾年產(chǎn)量在 6 000 萬 t 以上 ^[10] ，餐廚垃圾含水量為80%左右，餐廚垃圾每年干重超過1 200 萬t?？偟膩碇v，中國每年排放上述城市可燃固廢總量約0.935 億t，其中廢塑料排放最多，占總量的30%；廢橡膠（輪胎）排放最少，占9%。由于尚未有專業(yè)部門統(tǒng)一統(tǒng)計城市可燃固廢年排放量，本文數(shù)據(jù)來源于2010年后的出版文獻(xiàn)，僅供參考。

1. 2 城市可燃固廢的理化性質(zhì)

不同城市可燃固廢的化學(xué)成分與工業(yè)分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見表1。

比較不同城市可燃固廢可以發(fā)現(xiàn)，廢塑料和廢橡膠的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高，餐廚固廢、廢木制家具、廢紙張和廢布料的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于前兩者，其中廢紙張?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。廢塑料的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其他幾種固廢的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右。廢家具的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，廢布料、廢紙張和餐廚固廢的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之，廢塑料氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，廢橡膠氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。與煤粉相比，幾種固廢的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較低，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)除廢橡膠外，都明顯高于煤粉。

除此之外，多種城市可燃固廢的氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比煤粉要高，因此，高爐處理城市可燃固廢時，要考慮氯和硫元素給高爐生產(chǎn)帶來的問題。

圖2所示為不同種類城市可燃固廢的高發(fā)熱值。與煤粉相比，廢塑料和廢橡膠的高發(fā)熱值較高，而其余4種的高發(fā)熱值較低，這種現(xiàn)象是由它們各自的成分決定的。高爐噴吹城市可燃固廢時，可以根據(jù)各自的高發(fā)熱值 （HHV） 將其進(jìn)行混合，得到與煤粉高發(fā)熱值相同的混合燃料，這樣可減輕噴吹對高爐操作的不利影響。熱值計算依據(jù)Dulong公式進(jìn)行，HHV(MJ/kg)＝0.338 3w(C)＋1.422[w(H)－w(O)/8]， 混合固廢的混合比例為廢塑料 ∶ 廢橡膠 ∶ 廢纖維 ∶ 廢家具 ∶ 廢紙張 ∶ 餐廚固廢 ∶ 混合固廢＝0.4 ∶ 0.3 ∶ 0.1 ∶0.05 ∶ 0.1 ∶ 0.05。

1. 3 城市可燃固廢的燃燒特性

除化學(xué)成分和熱值外，城市可燃固廢的燃燒特性對高爐煉鐵協(xié)同處理固廢也非常重要。不同種類城市可燃固廢的燃燒特性曲線如圖3所示，其燃燒特征參數(shù)見表2 ^{[15，17-18]} 。

城市可燃固廢的著火點(diǎn)都低于煤粉，其中餐廚固廢的著火點(diǎn)最低，廢塑料的著火點(diǎn)最高；城市可燃固廢的燃燒速度最快時的溫度也低于煤粉，餐廚固廢的燃燒速度最快時的溫度最低，廢輪胎的燃燒速度最快時的溫度最高；城市可燃固廢的燃盡溫度也低于煤粉，廢家具的燃盡溫度最低，廢輪胎的燃盡溫度最高。

1. 4 城市可燃固廢的處理方式

城市可燃固廢的處理方式很多，見表3。廢有機(jī)制品處理的方法主要分為5種：直接焚燒、焚燒發(fā)電、熱解氣化、填埋和回收再利用。采用焚燒處理，廢塑料燃燒會產(chǎn)生大量熱量，難以有效利用，利用率只有30%，會造成資源的浪費(fèi)，并且燃燒過程中

產(chǎn)生的二噁英、呋喃等有害氣體污染空氣；采用填埋處理，廢塑料掩埋在土壤中，土壤中沒有分解廢塑料的酶，難以腐爛分解，會長時間殘留在土壤中，給土壤造成嚴(yán)重的污染；回收再利用處理，目前世界各國廢塑料的回收率都很低，主要是因?yàn)榛厥占?/p>

術(shù)不成熟，回收成本高，目前也有多種方法對廢輪胎進(jìn)行回收利用，如將舊輪胎進(jìn)行整體利用，對舊輪胎重新處理、翻新出售，但舊輪胎中能處理翻新的數(shù)量很少，對于不能翻新的廢舊輪胎，應(yīng)采取更徹底的處理方式。

廢木制品處理方式目前有兩種，一種是回收循環(huán)利用，將廢木制品回收后進(jìn)行二次加工，制成各種人造板重新使用，如加工成各種刨花板、纖維板、木塑復(fù)合材料等；另一種是能源化處理，將廢木制品制成木炭和活性炭，或通過生物質(zhì)氣化合成還原氣，或直接將其作為工業(yè)燃料用于鍋爐或發(fā)電。目前廢木制品的回收制度不完善，回收率不高，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加強(qiáng)國家政策引導(dǎo)，健全回收體系。對于不便回收或者難以回收的廢木制品應(yīng)當(dāng)開發(fā)能源化處理技術(shù)，提高能源利用效率。

餐廚固廢的處理方法有以下幾種：第一種是焚燒處理，將餐廚垃圾直接進(jìn)行焚燒是最直接的方法，這種方法處置垃圾效率高并且徹底，焚燒所占用的土地面積少，但焚燒過程中會產(chǎn)生二氧化硫等有害氣體；第二種是填埋處理，將餐廚垃圾直接進(jìn)行填埋可有效減少對土地的占用，但填埋需要人力物力，并且填埋之后餐廚垃圾會繼續(xù)產(chǎn)生有機(jī)廢水及惡臭氣體，對周圍的土壤及地下水造成嚴(yán)重污染；第三種是肥料化處理，將餐廚垃圾堆肥處理是

一種比較環(huán)保的技術(shù)，通過好氧堆肥或蚯蚓堆肥可以有效地將餐廚垃圾處理成肥料，但是處理得來的肥料質(zhì)量不高；第四種是飼料化處理，將餐廚垃圾收集后粉碎，經(jīng)過消毒，可用于牲畜的飼料，但是作為牲畜的飼料消毒要達(dá)到一定水準(zhǔn)，因此作為飼料時要處理全面；第五種是能源化處理，餐廚垃圾的能源化處理主要包括焚燒發(fā)電、熱分解法、發(fā)酵制氫等，能源化處理是近幾年興起的，技術(shù)還不成熟。因此，需要更加合理有效的方法來處理餐廚垃圾。

綜上，城市可燃固廢處理方式應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇循環(huán)回收利用，不便于回收利用的再采用能源化處理等手段。

2 高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢

2. 1 高爐煉鐵概述

高爐煉鐵是目前煉鐵的主要方式，以鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦為含鐵原料，以焦炭、煤粉為能源。高爐冶煉過程中，鐵礦石、焦炭等原料從高爐爐頂進(jìn)入高爐，焦炭和鐵礦分層交替分布，形成料柱。在高爐下部風(fēng)口處，鼓入熱風(fēng)，使焦炭燃燒和氣化，產(chǎn)生還原氣體。還原氣體自下而上在高溫中還原鐵礦石，鐵礦石先后經(jīng)歷還原、軟化、熔融、滴落4個過程，最終形成渣鐵熔體，在出鐵口渣鐵被分離，形成鐵水和高爐渣。

為降低高爐燃料消耗和生產(chǎn)成本，一般在高爐風(fēng)口噴入煤粉，替代部分焦炭。隨著高爐技術(shù)的發(fā)展和社會固廢的不斷增多，廢塑料等可燃固廢作為一種新型的燃料被噴入高爐中，一方面降低了高爐的焦比，另一方面解決了社會固廢污染問題。

2. 2 高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢的研究現(xiàn)狀

2. 2. 1 高爐噴吹廢塑料

高爐噴吹廢塑料技術(shù)在國外早已開始研究，在20世紀(jì)末，日本和德國就開始對高爐噴吹廢塑料進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)并獲得成功 ^[22] 。廢塑料在焚燒爐中能源利用率僅為30%～40%，而在高爐中的能源利用率可達(dá)80%，其中50%發(fā)揮還原劑作用。從環(huán)保的角度來看，盡管廢塑料中含有生成二噁英等物質(zhì)的氯源，但高爐噴吹時由于風(fēng)口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二噁英產(chǎn)生的溫度，且高爐內(nèi)的還原氣氛不利于二噁英生成，二噁英等劇毒物質(zhì)的排放量僅為焚燒爐的0.1%～1% ^[22-23] 。另外，高爐噴吹廢塑料的處理成本僅為其他處理方法成本的30%～60% ^[22] 。因此，高爐噴吹廢塑料不僅可以有效地處理廢塑料，緩解了“白色污染”，還可以為高爐提供一種能源，為冶金行業(yè)節(jié)約能源提供一種途徑 ^[24] 。

高爐噴吹廢塑料是將廢塑料作為燃料和還原劑，在2 000 ℃高溫和還原氣氛下，廢塑料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出大量熱量并生成氫氣和一氧化碳，用于還原鐵礦石，并且在還原過程中再次釋放熱量，供給高爐使用。廢塑料在噴入高爐之前首先要進(jìn)行挑選分類，然后進(jìn)行清洗、干燥等處理，由于廢塑料里面含有氯元素，要對廢塑料進(jìn)行脫氯處理后粉碎制成6 mm左右的顆粒 ^[25] ，與煤粉混合后經(jīng)風(fēng)口噴入高爐里。高爐噴吹廢塑料過程中必須要嚴(yán)格控制氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，因?yàn)槁仍乜赡軐?dǎo)致高爐煤氣處理和回收再利用設(shè)備的腐蝕問題；高爐在噴吹過程中對噴吹的廢塑料也有一定的粒度要求，合理的粒度組成可以有效防止堵槍 ^[26] 。

安徽工業(yè)大學(xué)和寶鋼研究院在此方面展開了大量的研究，龍世剛等 ^{[4，26-27]} 通過試驗(yàn)研究了不同制粒條件下制得廢塑料粒的特性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在110 ℃下采用微熱塑化造粒法效果最好；在不同噴槍直徑和固氣比條件下，對不同種類和粒度的廢塑料進(jìn)行

了熱態(tài)模擬噴吹試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高爐噴吹廢塑料有小概率發(fā)生堵槍現(xiàn)象，合理控制粒度是防止高爐堵槍的有效措施之一；還采用熱重分析法對廢塑料和煤粉的燃燒失重特性進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)廢塑料的燃燒區(qū)間更短，著火點(diǎn)更低。張崇民等 ^[28] 利用高爐法比較了高爐中廢塑料燃燒與煤粉燃燒的效率，指出廢棄塑料的冶金原料化可以將廢棄塑料高效轉(zhuǎn)化利用并能降低冶金企業(yè)能耗。吳復(fù)忠等 ^[29] 利用低溫還原粉化率試驗(yàn)，表明高爐噴吹煤與廢塑料混合燃料時氣體成分變化不會影響高爐的順行。黃志甲等 ^[30] 通過計算表明，高爐噴吹廢塑料能為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)節(jié)能，降低二氧化碳的排放率。

2. 2. 2 高爐噴吹廢橡膠

目前，高爐噴吹廢橡膠方面的研究以噴吹廢輪胎為主。廢輪胎主要是由碳?xì)浠衔锝M成，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比煤粉中的要高，熱值也較高，且廢輪胎揮發(fā)分的析出、燃燒非常迅速 ^[27] ，可以做良好的燃料和還原劑。廢橡膠與煤粉混合噴入高爐時可以有效改善煤粉的燃燒特性 ^[31-32] ，改善鐵礦石的還原，可以有效改善高爐冶煉的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，減少溫室氣體二氧化碳排放。顧明言等 ^[33] 通過Fluent軟件建立了數(shù)學(xué)模型，研究了高爐噴吹廢輪胎與煤粉時的燃燒特性，研究表明，煤粉與廢舊輪胎混合噴吹可以顯著改善燃料在風(fēng)口內(nèi)的燃燒性能。只噴吹純煤粉時，燃盡率為30.38％；只噴吹廢舊輪胎時，風(fēng)口內(nèi)的燃盡率為89％；廢舊輪胎與煤粉比為1 ∶ 1時，燃盡率為50％。噴吹燃料中廢輪胎的比例越高，燃料燃盡率越高，但廢輪胎硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也比較高，因此，將廢輪胎與煤粉混合噴入時應(yīng)合理控制廢輪胎的使用量 ^[13] 。

操作工藝參數(shù)對廢輪胎噴吹比也有影響，黃歡等 ^[34] 通過理論計算，得出富氧率每提高1%，置換比提高 0.3%，氫氣利用率每提高 1%，置換比提高0.47%，廢輪胎中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)每提高1%，置換比提高1.1%，而鼓風(fēng)溫度和廢輪胎灰分對廢輪胎噴吹比的提高有抑制作用。另有研究表明，高爐噴吹廢輪胎時，燃燒產(chǎn)生的多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏扔卸練怏w明顯降低，因此可有效減少二噁英、呋喃、PAH等有毒氣體 ^[27] 。

2. 2. 3 高爐噴吹廢木制品

高爐噴吹廢木制品方面的研究較為少見，但廢舊木制品屬于生物質(zhì)類固廢，高爐噴吹生物質(zhì)方面的研究較多。其中，木炭是被研究最多的。木炭中固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比高爐噴吹用煤的固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低，其揮發(fā)分比高爐噴吹用煤要高，其熱值比高爐噴吹用煤的熱值要低。Machado J G M S等 ^[35]對木炭與CO 2 的反應(yīng)特性進(jìn)行了研究，木炭的反應(yīng)性比煤粉的反應(yīng)要好，木炭的最快反應(yīng)速率達(dá)0.22 min ^－1 ，而煤粉的反應(yīng)速率僅為0.06～0.16 min ^－1 。木炭的反應(yīng)速度之所以高于煤粉的反應(yīng)速度，這是由其結(jié)構(gòu)決定的。生物質(zhì)在熱解形成木炭的過程中形成了大量孔洞，這些孔洞的存在使得木炭的比表面積增大，木炭的比表面積為155 m 2 /g，而煤粉的比表面積僅為89 m 2 /g，這就使得木炭的反應(yīng)性高于煤粉。木炭的炭化溫度對反應(yīng)性有重要影響，在低溫下生產(chǎn)的木炭由于揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高，開始時失重很快，但反應(yīng)結(jié)束溫度升高 ^[36] 。

Ng K W等 ^[37] 對木炭在空氣中的燃燒性能進(jìn)行了研究，研究表明，木炭的燃燒速率比煤粉要快，木炭的燃燒速率為3.6 mg/min，而煤粉的燃燒速率為2.4 mg/min。富氧率對煤粉和木炭燃燒的影響是不同的，在燃料的粒度相當(dāng)時，增加O/C質(zhì)量比，兩者的燃燒率均提高，但木炭的提高幅度比煤粉小，這是因?yàn)槟咎康臍饪茁矢?，富氧率無須提高很多就可以多噴木炭 ^[36] 。

博思格鋼鐵與必和必拓 ^[38] 通過自制的燃燒設(shè)備對高爐噴吹木炭粉進(jìn)行了大量的研究，研究發(fā)現(xiàn)，相對于煤粉而言，木炭燃燒更容易得到穩(wěn)定火焰，在鼓風(fēng)口沒有灰分積沉；在風(fēng)口處，相對于噴吹煤粉，噴吹木炭時壓力降較低，波動幅度明顯下降；在相同揮發(fā)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，木炭的燃燒性能優(yōu)于煤粉，軟木木炭的燃燒性能顯著優(yōu)于硬木木炭；富氧測試表明，軟木木炭的燃燒性能得到有效改善，而硬木木炭的燃燒性能稍有改善，這是由揮發(fā)分物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同造成的；煤粉和木炭混合的加權(quán)平均燃盡點(diǎn)是非線性的，需要通過試驗(yàn)才能得出。

2. 2. 4 高爐處理餐廚固廢

高爐噴吹餐廚固廢之前要對其進(jìn)行脫水脫油處理，經(jīng)過處理后的干燥產(chǎn)物再噴吹進(jìn)高爐。干燥產(chǎn)物的成分主要分為兩類：一類是植物類固廢，以纖維素、木質(zhì)素等為主要成分，屬于生物質(zhì)；另一類屬于動物類固廢，以蛋白質(zhì)和脂肪為主要成分。第一類產(chǎn)物其燃燒性能與其他生物質(zhì)（如木材等）相似，其在高爐風(fēng)口內(nèi)的燃燒特性與廢木制品相似；第二類在高爐風(fēng)口的燃燒特性尚未見報道，需要進(jìn)一步研究。

2. 3 基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)

2. 3. 1 工藝提出

基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)是一種基于熱值相當(dāng)原則對各種固廢進(jìn)行配比，使混合可燃固廢的熱值與煤粉相同，然后進(jìn)行綜合處理城市可燃固廢的技術(shù)，如圖4所示。首先將多種可燃固廢進(jìn)行干燥、預(yù)處理等，對含氯的廢塑料先進(jìn)行脫氯處理；然后根據(jù)熱值相當(dāng)原則對各種可燃固廢進(jìn)行稱重混合，廢塑料和廢橡膠的熱值高于煤粉的熱值，廢布料、廢家具、廢紙張和餐廚固廢的熱值低于煤粉的熱值，通過調(diào)配前者與后者的比例，進(jìn)而使其熱值與噴吹煤粉相當(dāng)，以滿足高爐噴吹的熱量需要，減少對高爐運(yùn)行的影響；第三，對稱重混合后的各種可燃固廢進(jìn)行機(jī)械撕碎，做成片狀，然后根據(jù)可燃固廢的物理性質(zhì)，選擇不同的制粉或者造粒工序，最終將混合后的可燃固廢與煤粉混合共同噴入高爐。

利用高爐處理城市可燃固廢的消納量取決于高爐自身工藝條件、城市固廢的供應(yīng)量以及高爐的用途形式。若利用廢棄的小高爐作為專門的固廢處理反應(yīng)器，固廢的噴吹比理論上可以接近煤比，生產(chǎn)1 t鐵水可消納150 kg左右固廢，經(jīng)過改進(jìn)后會更高。若是高爐仍為煉鐵反應(yīng)器，單座高爐的處理量將不會太高，但是全國高爐數(shù)量約250座，產(chǎn)鐵約70 000 萬t/a，若噸鐵消納10 kg城市固廢，年消納量約700 萬t。因城市可燃固廢屬于廢物，主要成本來源于對城市固廢的處理、制粉和運(yùn)輸。運(yùn)輸可采用就近原則，如寶鋼高爐處理上海周邊產(chǎn)生的城市固廢，這樣將會節(jié)省運(yùn)輸成本。另外，在高爐處理城市固廢前需要先對固廢進(jìn)行分類，城市固廢分類是一個大工程，目前最好的分類方式是源頭分類，建立相關(guān)法律法規(guī)，提高人民的分類意識，從源頭分類堆放城市固廢，減少后續(xù)處理的難度和成本。

2. 3. 2 可行性分析

（1）噴吹混合燃燒的可行性。高爐噴吹煤粉時，在燃燒初始階段，煤粉的揮發(fā)分逸出燃燒。揮發(fā)分的燃燒加速了煤粉顆粒的升溫，揮發(fā)分逸出后煤粉顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改善了氧氣的傳質(zhì)條件，加速了氣體在炭粒中的擴(kuò)散，炭粒表面快速升溫和燃燒又反過來加快其內(nèi)部殘留揮發(fā)分的逸出。因此，在高爐噴煤時，一般通過混合噴吹來調(diào)節(jié)煤粉中揮發(fā)分和固定碳的組成。一般而言，煙煤結(jié)構(gòu)疏松，揮發(fā)分較高，燃燒性能較好。而無煙煤揮發(fā)分較低，結(jié)構(gòu)密實(shí)，燃燒性能較差，但熱值比煙煤高。在實(shí)際噴煤過程中，將無煙煤和煙煤按照一定的比例進(jìn)行混合噴吹，能夠促進(jìn)燃燒，提高煤焦置換比，合理的配煤還可以降低煤粉的爆炸性，提高煤粉燃燒性能，減少未燃煤粉的發(fā)生量，有利于高爐爐況順行。

城市可燃固廢的共同特點(diǎn)是揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，見表1，而無煙煤揮發(fā)分較低，因此，城市可燃固廢可以與無煙煤粉進(jìn)行混合噴吹。不同城市可燃固廢的熱值不同，如圖2所示，即不同城市可燃固廢對焦炭的置換比不同，可以通過調(diào)節(jié)可燃固廢的比例使混合固廢的熱值與煤粉相似，以減少對高爐順行的影響。

除化學(xué)成分、工業(yè)成分和熱值外，燃料的工藝性能也非常重要，具體包括著火點(diǎn)、灰熔融性、流動性、粒度、爆炸性以及反應(yīng)性。對于城市可燃固廢而言，著火點(diǎn)較低，在倉儲時應(yīng)注意防火防高溫，以免發(fā)生自燃；城市可燃固廢的灰分比煤粉要低很多，其灰熔融性對高爐影響較低；城市可燃固廢的揮發(fā)分非常高，這增大了其爆炸性，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，降低混合固廢的揮發(fā)分；城市可燃固廢的燃燒溫度都低于煤粉，揮發(fā)分高于煤粉，其反應(yīng)性優(yōu)于煤粉。

（2）制粒與輸送的可行性。城市可燃固廢的粒度是高爐噴吹的關(guān)鍵，由于城市可燃固廢多以有機(jī)物為主，傳統(tǒng)的磨煤制粒法并不適用，應(yīng)采取其他制粒方法進(jìn)行制粒，城市可燃固廢按照物理性質(zhì)可分為兩類，一種是熱塑性固廢，另一種是非熱塑性固廢。熱塑性固廢可采用熱熔水淬造粒法、軟融擠壓造粒法、微熱塑化造粒法進(jìn)行制粒 ^[4] ，這種制粒一般通過造粒機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖5所示為廢舊輪胎的制粉回收流程，該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通過處理可獲得1～10 mm的顆粒 ^[39] ，如圖6所示。廢塑料和廢布料的物理性質(zhì)和廢舊輪胎相似，也可采用類似的工藝進(jìn)行混合造粒。對于非熱塑性固廢，主要以木質(zhì)生物質(zhì)為主，可采用機(jī)械粉碎進(jìn)行制粉。由于其纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，具有一定的韌性，物料間經(jīng)碰撞而破碎的概率較小，因此不宜采用壓碎的粉碎方法，可采用鋸切粉碎、擊碎和磨碎進(jìn)行制粉，中國在此方面已開展了多年的研究，可制得粒度為 0.074～1.000 mm不等的顆粒 ^[40] ，因此，廢紙張、廢家具以及餐廚固廢的處理可直接引用或者借鑒生物質(zhì)制粉技術(shù)。此外，城市可燃固廢的制粉工藝流程較長，占用大量用地，高爐爐前空間內(nèi)基本無法布置相關(guān)的工藝設(shè)備，因此可采用廠外制粉，然后運(yùn)輸?shù)礁郀t噴吹料倉。

城市可燃固廢與煤粉混合后，由于各種物料的密度等物性不同，采用傳統(tǒng)的煤粉輸送工藝可能會出現(xiàn)一定的輸送偏析，因此需對混合輸送進(jìn)行研究，開發(fā)新的城市可燃固廢的輸送工藝。目前日本和德國已有煤粉廢塑料混合輸送的成功先例 ^[41] ，生物質(zhì)和煤粉混合噴吹也在不斷研究之中 ^[42] ，這些都可為基于多種固廢混合噴吹的高爐煉鐵協(xié)同處理城市可燃固廢技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。綜上，需開展城市可燃固廢的理化性質(zhì)和工藝性能的研究，然后根據(jù)不同可燃固廢的性質(zhì)和性能開發(fā)出固廢混合配比模型，根據(jù)模型對可燃固廢進(jìn)行稱重混合，混勻后由輸送裝置噴入高爐風(fēng)口。

3 結(jié)論

（1）與煤粉相比，城市可燃固廢都具有較高的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但同時具有較高的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，廢塑料和廢橡膠的熱值高于煤粉的熱值，廢布料、廢家具、廢紙張和餐廚固廢的熱值低于煤粉的熱值，采用多種固廢混合噴吹可使其熱值與噴吹煤粉相當(dāng)。

（2）高爐噴吹城市可燃固廢理論上可行，在國外已有高爐噴吹廢塑料的工業(yè)應(yīng)用先例，中國目前依然處于起步階段，仍需開展大量的研究工作。

（3）中國城市可燃固廢種類繁多，產(chǎn)生量大，開展多種可燃固廢高爐混合噴吹是未來發(fā)展的一個方向。利用高爐處理城市可燃固廢既能夠給高爐帶來新的燃料，又能完成對周邊社會的固廢處置，擴(kuò)充城市鋼廠的社會功能。