上海市綠色工業(yè)促進(jìn)會(huì) 潘 洲

前言

高爐噴吹廢塑料技術(shù)是利用高爐獨(dú)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(shí)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(shù)無(wú)可比擬的能量利用率高、處理后無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大形勢(shì)下，具有極大的示范意義。近年來(lái),國(guó)外的許多廠家,尤其是德國(guó)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(shù),經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐,取得了許多經(jīng)驗(yàn)和積極的效果,引起世界各國(guó)環(huán)保組織的關(guān)注和冶金企業(yè)的重視[1]。寶鋼作為國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的領(lǐng)頭羊，早在2001年初就開(kāi)始了高爐噴吹廢塑料的技術(shù)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(lái)源的數(shù)量、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性則成為該技術(shù)實(shí)際運(yùn)用的瓶頸。本文結(jié)合高爐噴吹用廢塑料資源可獲取性的調(diào)研就該技術(shù)在寶鋼的應(yīng)用前景做出初步分析。

1 國(guó)內(nèi)外高爐噴吹廢塑料的現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代中期,德國(guó)和日本許多鋼鐵企業(yè)都積極開(kāi)展了高爐噴吹廢塑料的研究開(kāi)發(fā)工作。國(guó)內(nèi)，鞍鋼寶鋼等鋼鐵巨頭亦在21世紀(jì)初開(kāi)展了相關(guān)研究。

德國(guó)于1991年頒布的“垃圾減量法”要求居民減少生活垃圾的同時(shí)并積極組織開(kāi)發(fā)垃圾中有用廢物的再生利用技術(shù)，并專門成立了德國(guó)廢物利用公司（簡(jiǎn)稱DSD公司），在DSD公司的支持下，不來(lái)梅鋼鐵公司開(kāi)展了高爐噴吹廢塑料的試驗(yàn)。除了不萊梅鋼鐵公司外,德國(guó)的克虜伯—赫施鋼鐵公司、蒂森鋼鐵公司等也在高爐上進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)[2]。日本鋼管公司（NKK）學(xué)習(xí)德國(guó)不來(lái)梅廠經(jīng)驗(yàn)，1995年也成功地在高爐噴吹廢塑料[3]。鞍鋼在國(guó)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(shí)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(shù)無(wú)可比擬的能量利用率高、處理后無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。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(méi)有回收利用，如果作為供熱和發(fā)電時(shí)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(dá)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(yuǎn)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(guó)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(wàn)噸，4座高爐約36萬(wàn)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(wàn)噸，節(jié)能效益顯著。

3 廢塑料來(lái)源分析

3.1 廢塑料選用的經(jīng)濟(jì)可行性

一般來(lái)說(shuō)，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(fù)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(fù)的熔融重塑使用，而熱固性塑料具有加熱不熔的特點(diǎn)，再次重塑利用性小。根據(jù)此特點(diǎn)，廢塑料回收市場(chǎng)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(jià)格也普遍高于現(xiàn)在的煤炭?jī)r(jià)格。每噸廢舊熱塑性塑料的價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)元，最低也在千元左右，而煤炭?jī)r(jià)格的波動(dòng)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(jì)可行性，而且，我國(guó)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(jìn)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(guó)的國(guó)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(chǎng)內(nèi)，還存在拾荒大軍。如果還要從這些垃圾堆場(chǎng)中進(jìn)行分選，不僅要投資分選設(shè)備費(fèi)、場(chǎng)地費(fèi)、人員費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)等，而且分選出來(lái)的廢塑料比較少、臟、雜，分選成本也高，也很難達(dá)到高爐噴吹的各項(xiàng)指標(biāo)要求。政策層面上看，政府首先鼓勵(lì)市場(chǎng)化運(yùn)作，對(duì)廢塑料的回收在現(xiàn)階段獲得政府的政策補(bǔ)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(shù)脂及酚醛樹(shù)脂上。

3.2 上海市熱固性塑料的數(shù)量預(yù)測(cè)

上海市廢棄熱固性塑料的來(lái)源主要有三個(gè)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(bào)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(dá)30萬(wàn)噸/年，呈逐年上升趨勢(shì)；廢棄塑料回用量為12萬(wàn)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(lái)廢舊熱固性塑料的產(chǎn)生量，查閱上海市統(tǒng)計(jì)年鑒等相關(guān)資料，運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)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(lái)一段時(shí)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(jì)算每年各類含熱固性塑料的產(chǎn)品的廢棄數(shù)量，最后結(jié)合各產(chǎn)品中熱固性塑料所占的比重，計(jì)算廢棄熱固性塑料的重量。

經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)模型的理論計(jì)算，2009年報(bào)廢汽車中廢棄熱固性塑料的量為275.94噸，報(bào)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(bào)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(lái)源。進(jìn)一步對(duì)2007～2017年報(bào)廢電子電器以及報(bào)廢汽車中廢棄熱固性塑料的預(yù)測(cè)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)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(zhǎng)速度超過(guò)13.63%）增長(zhǎng)，說(shuō)明上海市已經(jīng)進(jìn)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(lái)源是報(bào)廢電子電器中的廢棄熱固性塑料，占總比例的88.7%，報(bào)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(zhǎng)性、高熱值及回收價(jià)格的合理性等都給寶鋼高爐噴吹用廢塑料開(kāi)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(shù)可行性研究，而且從現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)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(shù)脂及酚醛樹(shù)脂上。但怎樣去收集，怎樣保證其成分要求達(dá)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(guò)對(duì)上海市廢棄物回收再利用市場(chǎng)的詳細(xì)調(diào)研分析，筆者認(rèn)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(shè)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(cè)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(shè)備等，能夠盡量壓縮運(yùn)營(yíng)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(shù)脂及酚醛樹(shù)脂的價(jià)格在500元/噸左右，具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。隨著煤炭資源的緊缺以及廢棄環(huán)氧樹(shù)脂及酚醛樹(shù)脂收集量的不斷增加，噴吹廢塑料的價(jià)格優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸明顯。但是，現(xiàn)在存在的問(wèn)題是，如今能夠收集到的這些廢塑料的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于寶鋼高爐噴吹所需求的量，因此，筆者設(shè)想一方面可以讓廢塑料囤積到一定量后再進(jìn)行高爐噴吹，另一方面可在寶鋼集團(tuán)內(nèi)部小高爐進(jìn)行噴吹。

4 結(jié)論及建議

寶鋼早在2001年初就開(kāi)始了高爐噴吹廢塑料的技術(shù)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(xiàng)目技術(shù)成熟可行，但是如何保證廢塑料來(lái)源的數(shù)量、穩(wěn)定性及對(duì)廢塑料成分的要求制約了該技術(shù)的實(shí)際運(yùn)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(shù)實(shí)際運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)可行性,結(jié)合上海市目前廢塑料來(lái)源的特點(diǎn),為高爐噴吹廢塑料在寶鋼的應(yīng)用前景做出初步分析,形成結(jié)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(zhì)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(shù)脂及酚醛樹(shù)脂。但就目前的市場(chǎng)情況來(lái)看，成熟的供應(yīng)商不多。另外,隨著煤炭?jī)r(jià)格的不斷走高，政府加強(qiáng)廢棄物規(guī)范化處理，供應(yīng)商和供應(yīng)量將呈上升趨勢(shì)，且經(jīng)濟(jì)性將進(jìn)一步增強(qiáng)。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(guó)家現(xiàn)階段大力推行節(jié)能減排的政策，也符合國(guó)家發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的趨勢(shì)。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(jī)制（clean development mechanism,CDM）相結(jié)合，則能獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)鑒于現(xiàn)階段環(huán)氧樹(shù)脂及酚醛樹(shù)脂所能收集到的量比較少，建議在寶鋼集團(tuán)小高爐上開(kāi)展工業(yè)化試驗(yàn)工作，初期可利用現(xiàn)有的廢塑料供應(yīng)商，與廢塑料供應(yīng)商建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，逐步擴(kuò)大高爐噴吹用廢塑料來(lái)源，共同爭(zhēng)取政府主管部門的優(yōu)惠政策，實(shí)現(xiàn)雙贏，促進(jìn)高爐噴吹廢塑料技術(shù)的應(yīng)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(shù)新工藝,2006(11)：84-86

2郭廷杰.德、日高爐噴吹廢塑料情況簡(jiǎn)介[J]，中國(guó)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(shù)簡(jiǎn)介[J]，再生資源研究，2001(4):35-38

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

5李衛(wèi)國(guó)，張愛(ài)琴.灰色系統(tǒng)理論在年用電量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]，沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,24(5):90-92