一种制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法及其喷入的方法
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明涉及一种制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法及其喷入的方法，属于高炉喷吹燃料技术领域。
背景技术
高炉是钢铁企业的核心部分，其冶炼效率的提高和进一步节能减排对钢铁工业和社会发展均具有重要意义。其中，高炉节能降耗的关键就是降低焦炭消耗，根据文献可知目前高炉节能减排和降低焦比的最有效手段是从高炉风口喷吹含碳、氢物质，采用氢还原或富氢气体还原可降低CO的产生量，因此可以降低冶炼过程的碳排放。
我国作为世界上塑料生产大国，“白色污染”相当严重。随着人们环境保护意识的不断加强废弃塑料的治理越来越得到政府社会团体和广大市民的关注。目前,世界各国对废塑料的治理常用的有三种方法：再生利用、焚烧发电、堆积掩埋。到目前为止已经有许多学者研究了废旧塑料喷吹，高炉喷吹煤与废塑料混合燃料过程数值模拟结果表明：燃料总的燃烧效率能达到90%以上，高炉喷吹煤与废塑料混合燃料物在高炉风口区的燃烧行为介于高炉单独喷吹煤粉和废塑料两者之间，高炉喷吹混合燃料煤与废塑料在理论上是切实可行的。采用高炉喷吹工艺将废旧塑料和煤粉共同喷吹冶炼钢铁，不但解决了废塑料产生的污染又为高炉炼铁开辟了一种新能源。
高炉喷吹工艺就是通过向高炉中喷吹气体、液体或固体粉状燃料来代替一部分焦炭，以降低焦比的工艺。喷吹的燃料包括天然气、重油、煤粉，喷吹燃料对焦炭的代替一方面是在风口燃烧带氧化燃烧产生热量，一方面是形成CO、H，还原气参与间接还原反应。
废塑料的主要化学成分是高分子碳氢化合物其燃烧后产生较高的热能及化学能。本发明将废塑料分类、清洗、干燥等处理后，制造成粒径为10毫米的颗粒，可以代替部分煤粉用于高炉炼铁。喷吹进高炉的废塑料颗粒在炉内高温和还原气氛下，被气化成H和CO，随热风上升的过程中，它们作为还原剂将铁矿石还原成铁。
其反应式如下：
风口区：
气体上升过程：
废旧塑料在气化中产生的H/CO比值要大于等量的煤粉，H的扩散能力与还原能力均大于CO，因此用废塑料代替煤粉有利用于降低高炉焦比；同时由于塑料的灰分和硫含量很低，可以减少高炉的石灰用量，进而也减少高炉产渣量和炼铁成本；塑料的平均热值约为40.00GJ/kg，大于煤粉的热值(25.00~31.00GJ/kg)，也有利于提高高炉的生产效率，有害气体排放量少，有利于减少环境污染。
现有废弃物高炉喷吹工业化应用中，废旧塑料作为废弃物喷吹到高炉中仅是作为辅助喷吹燃料，辅助喷吹燃料只是有的情况下喷吹，没有还是以煤粉燃料为主。所以废旧塑料和煤粉是以分开喷吹的形式喷吹到高炉中。
发明内容
针对现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法及其喷入的方法。本发明将废塑料和煤粉混合在一起，然后再进行热处理，得到废塑料-煤粉混合燃料，然后将废塑料-煤粉混合燃料从高炉风口区喷入。本发明的废塑料-煤粉混合燃料和喷吹方式不但解决了废塑料产生的污染，还提高了喷煤比，降低了焦比。本发明通过以下技术方案实现。
一种制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法，其具体步骤包括：
（1）将袋状、薄膜状或瓶状的废塑料进行分类回收，然后将废塑料中去除含氯量高的PVC；
（2）将经步骤（1）去除含氯量高的PVC废塑料通过塑料破碎机破碎为80µm的片状废塑料；
（3）将步骤（2）得到的片状废塑料按照无烟煤质量20%-25%与无烟煤混合均匀得到混合燃料Ⅰ，混合燃料Ⅰ首先在温度为165℃-180℃预热2-5min，然后加热到温度为185℃-230℃处理3-5min，得到废塑料附着在煤粉或者废塑料包裹煤粉的混合燃料Ⅱ；
（4）将步骤（3）得到的混合燃料Ⅱ经过水淬，并粉粹至粒度为0.063-0.074mm得到废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ。
所述步骤（1）中分类回收为将袋状、瓶状废塑料回收在一起，薄膜状废塑料采用膜状塑料分类机分离得到块状塑料。
所述无烟煤中灰分10.79wt%、挥发分8.26wt%和固定碳80.95wt%。
一种所述的制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法制备得到的废塑料和煤粉混合燃料的喷入方法，将废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和催化剂按照质量比为20.3：1混合后从风口平面上方8-15cm吹入高炉中。
所述催化剂为质量比的MnO
上述混合燃料在直吹管和风口回旋区与高温热风的混合，温度逐渐升高，在此期间先后经历水分蒸发、挥发分的着火燃烧以及固定碳的燃烧三个阶段，在高炉喷吹的实际过程中是不能分开的，而是互相重叠，交错进行的。
当废塑料比例为20%时，混合燃料中有机挥发物在23%以上，挥发分挥发的气体组成主要:CO、CO
本发明的有益效果是：
（1）将废塑料和煤粉混合得到废塑料-煤粉混合燃料进行喷吹，高炉处理规模较大，能有效解决废塑料堆积污染环境的问题。
（2）将废塑料和煤粉混合得到废塑料-煤粉混合燃料进行喷吹，使吨铁焦比大幅度降低，进而降低对焦煤资源的依赖性有效促进了国内煤炭资源的合理分配与利用。
（3）本发明的废塑料-煤粉混合燃料和喷吹方式不但解决了废塑料产生的污染，还提高了喷煤比，降低了焦比。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是本发明喷吹方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法，其具体步骤包括：
（1）将袋状、薄膜状或瓶状的废塑料进行分类回收，然后将废塑料中去除含氯量高的PVC；分类回收为将袋状、瓶状废塑料回收在一起，薄膜状废塑料采用膜状塑料分类机分离得到块状塑料；
（2）将经步骤（1）去除含氯量高的PVC废塑料（灰分：6.26wt%；挥发分：90.05wt%；固定碳：3.69wt%）通过塑料破碎机破碎为80µm的片状废塑料；
（3）将步骤（2）得到的片状废塑料按照无烟煤质量20%与无烟煤（无烟煤中灰分10.79wt%、挥发分8.26wt%和固定碳80.95wt%）混合均匀得到混合燃料Ⅰ，混合燃料Ⅰ首先在温度为165℃预热2min，然后加热到温度为185℃处理5min，得到废塑料附着在煤粉或者废塑料包裹煤粉的混合燃料Ⅱ；
（4）将步骤（3）得到的混合燃料Ⅱ经过水淬，并粉粹至粒度为0.063-0.074mm得到废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ。
如图2所示，该所述的制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法制备得到的废塑料和煤粉混合燃料的喷入方法，将废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和催化剂按照质量比为20.3：1混合后从风口平面上方8cm吹入高炉中。
其中催化剂为质量比的MnO
与单独喷煤粉相比，本发明得到的废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和喷吹方式，喷煤比提高了12.5kg/t，焦比平均下降16.2kg/t。
实施例2
如图1所示，该制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法，其具体步骤包括：
（1）将袋状、薄膜状或瓶状的废塑料进行分类回收，然后将废塑料中去除含氯量高的PVC；分类回收为将袋状、瓶状废塑料回收在一起，薄膜状废塑料采用膜状塑料分类机分离得到块状塑料；
（2）将经步骤（1）去除含氯量高的PVC废塑料（灰分：6.26wt%；挥发分：90.05wt%；固定碳：3.69wt%）通过塑料破碎机破碎为80µm的片状废塑料；
（3）将步骤（2）得到的片状废塑料按照无烟煤质量25%与无烟煤(无烟煤中灰分10.79wt%、挥发分8.26wt%和固定碳80.95wt%)混合均匀得到混合燃料Ⅰ，混合燃料Ⅰ首先在温度为180℃预热5min，然后加热到温度为230℃处理3min，得到废塑料附着在煤粉或者废塑料包裹煤粉的混合燃料Ⅱ；
（4）将步骤（3）得到的混合燃料Ⅱ经过水淬，并粉粹至粒度为0.063-0.074mm得到废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ。
如图2所示，该所述的制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法制备得到的废塑料和煤粉混合燃料的喷入方法，将废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和催化剂按照质量比为20.3：1混合后从风口平面上方15cm吹入高炉中。
其中催化剂为质量比的MnO
与单独喷煤粉相比，本发明得到的废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和喷吹方式，喷煤比提高了21.5kg/t，焦比平均下降26.3kg/t。
实施例3
如图1所示，该制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法，其具体步骤包括：
（1）将袋状、薄膜状或瓶状的废塑料进行分类回收，然后将废塑料中去除含氯量高的PVC；分类回收为将袋状、瓶状废塑料回收在一起，薄膜状废塑料采用膜状塑料分类机分离得到块状塑料；
（2）将经步骤（1）去除含氯量高的PVC废塑料（灰分：6.26wt%；挥发分：90.05wt%；固定碳：3.69wt%）通过塑料破碎机破碎为80µm的片状废塑料；
（3）将步骤（2）得到的片状废塑料按照无烟煤质量24%与无烟煤(无烟煤中灰分10.79wt%、挥发分8.26wt%和固定碳80.95wt%)混合均匀得到混合燃料Ⅰ，混合燃料Ⅰ首先在温度为170℃预热3min，然后加热到温度为200℃处理4min，得到废塑料附着在煤粉或者废塑料包裹煤粉的混合燃料Ⅱ；
（4）将步骤（3）得到的混合燃料Ⅱ经过水淬，并粉粹至粒度为0.063-0.074mm得到废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ。
如图2所示，该所述的制备高炉喷吹废塑料和煤粉混合燃料方法制备得到的废塑料和煤粉混合燃料的喷入方法，将废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和催化剂按照质量比为20.3：1混合后从风口平面上方10cm吹入高炉中。
其中催化剂为质量比的MnO
与单独喷煤粉相比，本发明得到的废塑料-煤粉混合燃料Ⅲ和喷吹方式，喷煤比提高了15.6kg/t，焦比平均下降18.3kg/t。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。