摘要：廢舊輪胎是一種繁瑣且常見的固體廢棄物，據(jù)統(tǒng)計目前我國每年有10億條左右的輪胎報廢，因此隨著廢舊輪胎的大量堆積，給環(huán)境安全和人體健康帶來了威脅，急需對其進行合理的處理與處置。目前，廢舊輪胎處理方式有很多，但廢舊輪胎的熱能利用最應(yīng)該被廣泛考慮，因為廢舊輪胎具有很高的熱值，可以與優(yōu)質(zhì)煤相媲美，所以通過燃燒的方法處理廢舊輪胎，能實現(xiàn)廢舊輪胎回收和再循環(huán)利用，可將廢舊輪胎價值最大化。

關(guān)健詞：廢舊輪胎；熱能利用；燃燒

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的日益提升，汽車保有量呈快速增長趨勢，帶動了輪胎生產(chǎn)量的逐年攀升。然而，輪胎消耗和廢棄量也相應(yīng)增加。據(jù)統(tǒng)計，目前全球的廢舊輪胎已累計超過30億條，保守估計這些廢舊輪胎加起來的重量大于2000萬t[1]。其中，歐盟、美國、日本、印度和我國是廢舊輪胎產(chǎn)生量最多的國家和地區(qū)，約占總數(shù)的88％[2]。如此多的廢舊輪胎，給環(huán)境造成了巨大壓力，因此急需采取有效措施應(yīng)對與處理處置。

由于廢舊輪胎具有高彈性、耐磨、耐熱及抗機械破壞性等特點[3]，導致廢舊輪胎的回收和處理一直是全球性的挑戰(zhàn)。如，在廢舊輪胎分解分解處理方面，利用微生物降解也需要長達100多年的時間才能分解完目前全球現(xiàn)有的廢舊輪胎。因此，大量廢舊輪胎長期露天堆放，不僅占用了寶貴的土地資源，還容易成為蚊蟲滋生的溫床，惡化環(huán)境，甚至可能引發(fā)火災(zāi)，對人們的生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。如何妥善處理廢舊輪胎，并對其實現(xiàn)資源化的有效利用，不僅是一個重要的科研課題，更是推動生態(tài)文明建設(shè)、促進經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。

1 廢舊輪胎現(xiàn)階段處理方法

廢舊輪胎由于其生產(chǎn)原料的多樣性和結(jié)構(gòu)的高度復雜性，成為一類難以回收的廢棄物。因輪胎的高分子聚合物特性和三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)[4]，傳統(tǒng)的處理方法，如堆積掩埋和直接燃燒，會給環(huán)境和人體安全帶來很多負面影響。其中，堆積掩埋不僅危害環(huán)境，還可能誘發(fā)火災(zāi)、流行性疾病等突發(fā)風險。因此，歐洲已嚴禁廢舊輪胎堆積掩埋處理，而是鼓勵將其轉(zhuǎn)化為能源材料，進行回收再利用[5]。

1.1 傳統(tǒng)處理

1.1.1 堆積掩埋

堆積掩埋廢舊輪胎不僅占用大量土地資源，還存在極高的火災(zāi)風險。更為嚴重的是，未經(jīng)無害化處理的輪胎會嚴重污染環(huán)境，尤其是對水體的污染。輪胎中的氧化鋅和硫磺等添加劑，一旦混入水體，會形成有毒溶液，對水生生物產(chǎn)生極大危害，特別是對魚類的危害，可造成魚類內(nèi)臟損傷或死亡。而這些毒素在食物鏈中富集，最終也會對人類造成深遠影響。

1.1.2 直接焚燒

由于廢舊輪胎的焚燒特性顯著，其熱值高、水分和灰分含量低，燃燒熱值與優(yōu)質(zhì)煤相當，可作為煤的替代品，因此在廢舊輪胎的焚燒處理中，可以直接整體焚燒，但這種方法會造成大氣污染，不是理想選擇。

1.2 回收利用處理

隨著回收技術(shù)的發(fā)展，廢舊輪胎已成為有價值的工業(yè)材料，可回收大量能量和材料，實現(xiàn)資源節(jié)約。目前，廢舊輪胎利用處理方法主要分為直接利用和經(jīng)過物理化學方法加工后利用，并且重要的回收方法包括廢制作膠粉和再生膠、熱解后回收使用。這些方法，為廢舊輪胎的環(huán)保處理和資源化利用提供了有效途徑。

1.2.1 原形利用

可通過剪裁、沖切、組合固定等方式對廢舊輪胎進行再利用。如，可以將廢舊輪胎改造成輪船護舷、海邊的護堤壩及道路的防撞墻。然而，這種方式目前只是廢舊輪胎資源化利用的一種輔助途徑，其消耗量僅占廢輪胎產(chǎn)生量的1%。

1.2.2 生產(chǎn)膠粉

廢舊輪胎膠粉生產(chǎn)工藝通過抽出廢輪胎輪轂鋼絲、破碎廢輪胎、進一步破碎成膠粒、研磨成膠粉、篩分及廢氣凈化等步驟對廢舊輪胎處理后，將廢舊輪胎變成顆粒較小的顆粒狀膠粉，與其他可燃物摻混后作為一種混合燃料，供火力發(fā)電廠或水泥廠使用。該工藝相對簡單，不需要脫硫，且制得的膠粉性能優(yōu)異，用途廣泛。這種循環(huán)利用方式，不僅解決了廢舊輪胎的處理問題，創(chuàng)造了有價值的工業(yè)材料，還能有效利用廢舊輪胎的熱能，減少了廢舊輪胎對環(huán)境的污染，是一種更環(huán)保、可持續(xù)的能源回收方式[6]。

1.2.3 生產(chǎn)再生膠

生產(chǎn)再生膠是通過化學方法，將廢舊輪胎進行脫硫處理，使其變成可再次利用的橡膠。目前，常用的廢舊輪胎生產(chǎn)再生膠的方法有常溫再生法、動態(tài)脫硫法和低溫再生法。然而，再生膠的生產(chǎn)也存在一些缺點，如再生過程中會產(chǎn)生嚴重的酸性廢氣，處理成本高且技術(shù)難度大；同時，生產(chǎn)再生膠所需能源量大，但經(jīng)濟利潤相對較低。因此，這種方法在廢舊輪胎回收利用方面使用的較少。

1.4 廢輪胎熱解

廢舊輪胎可在無氧環(huán)境及特定的溫度下進行熱分解，并能通過此過程獲得熱解氣體、液體油狀物及碳質(zhì)殘留物[7]。而這些由熱解產(chǎn)生的物質(zhì)，經(jīng)后續(xù)提煉工序，能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸喾N應(yīng)用價值的高附加值產(chǎn)品。其中，熱解氣體主要用于供給或增強反應(yīng)所需的熱能；熱解產(chǎn)生的油液，因其富含烯烴與烷烴等多種碳氫化合物，可被加工成高級燃料油及化工生產(chǎn)的寶貴原材料。但由于生產(chǎn)熱解油所需的溫度過高，因此廢舊輪胎熱解產(chǎn)生的油液經(jīng)濟利潤相對較低。

2 廢舊輪胎衍生燃料利用情況概述

廢舊輪胎衍生燃料（TDF）是廢舊輪胎的一種有效利用方式。在西方國家，許多大型企業(yè)，如火力發(fā)電廠和水泥廠已廣泛采用TDF作為燃料。由于輪胎主要由天然橡膠和合成橡膠制成，因而含有多種氫碳物質(zhì)和其他成分[8]，且這些成分可使TDF具有高熱值和較高的揮發(fā)分含量，非常適合作為輔助燃料用于電站鍋爐[9]，不僅可以節(jié)省化石資源，還有助于環(huán)境保護。TDF為廢舊輪胎的處理提供了新的解決方案，已經(jīng)在西方得到了廣泛應(yīng)用，但在我國將廢舊輪胎作為燃料仍是一個新穎的概念。

3 廢舊輪胎衍生燃料作為輔助燃料應(yīng)用的

可行性

從表1可以看出，廢舊輪胎燃料的熱值高、揮發(fā)分比例高，更加易燃，且硫、氮等物質(zhì)含量較少。

根據(jù)表1對幾種廢舊輪胎的元素與工業(yè)分析，發(fā)現(xiàn)輪胎的含碳量超過80％，且熱值高達29～37MJ/kg，遠遠超過煤的熱值。同時，與生物質(zhì)或城市生活垃圾相比，輪胎的水分含量極低，可使廢舊輪胎成為一種極具吸引力的潛在燃料。而且廢輪胎在熱解過程中能釋放出高達60%的由CO、CO2、CH4、C2H4等可燃成分組成的揮發(fā)份氣體，非常有利于火力發(fā)電廠鍋爐的燃燒。因此，廢輪胎完全符合作為電廠鍋爐輔助燃料的條件，是一種有前途的潔凈能源利用方式。

通常情況下，能源原料被制備成粉末送入鍋爐的燃燒區(qū)域。以煤炭作為例，粉末化程度更高的煤粉有利于揮發(fā)成分的釋放，進而促進了更高效的燃燒過程。因此，廢舊輪胎在與煤粉混合燃燒前，為了優(yōu)化燃燒效能，物料往往需細化至粉末狀。目前，我國在常溫下實現(xiàn)膠粉規(guī)?；苽涞募夹g(shù)已趨于成熟，并具備產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。鑒于此現(xiàn)狀，利用已有的先進技術(shù)，對廢棄輪胎進行大量轉(zhuǎn)化生產(chǎn)膠粉，成為切實可行的方案，然后再與煤粉按一定比例混合作為電廠鍋爐的輔助燃料，具有重要意義，不僅能有效解決我國日益增多的廢舊輪胎問題，還能實現(xiàn)廢舊輪胎資源化利用，以及避免其他處理方法可能帶來的二次污染。

4 國內(nèi)外廢舊輪胎衍生燃料利用現(xiàn)狀

4.1 國外廢舊輪胎衍生燃料利用現(xiàn)狀

4.1.1 巴西

巴西是一個能源消費大國，其一直在節(jié)能技術(shù)開發(fā)方面持續(xù)努力，目前已經(jīng)建立了完善的輪胎生產(chǎn)和回收體系。值得一提的是，巴西每年廢舊輪胎產(chǎn)量的70%已經(jīng)被作為替代燃料，應(yīng)用于當?shù)氐?4個水泥生產(chǎn)設(shè)施中[10]。由于TDF不含有害成分，因此水泥的質(zhì)量并未因輪胎的加入而受到影響。而且長期的產(chǎn)品檢驗也證明，成品水泥中并未發(fā)現(xiàn)輪胎燃燒殘留物。這一舉措，不僅顯著減少了廢舊輪胎對環(huán)境的影響，還降低了水泥工業(yè)所用燃料的數(shù)量。此外，巴西還采用了一種大型上吸式氣化爐，1kg廢舊輪胎在上吸式氣化爐中可以產(chǎn)生10.8～16.1mJ的電能，進一步提升了能源利用效率。

4.1.2 美國

美國作為世界上汽車保有量最多的國家，其輪胎廢棄量也是全球最大的。近年來，美國的廢舊輪胎產(chǎn)生量雖持續(xù)增加，但處理率一直保持在80%以上[11]。值得注意的是，美國對廢舊輪胎的主要處置方式之一就是將其轉(zhuǎn)化為TDF，這一途徑占據(jù)了廢舊輪胎約56%的年處置量。TDF在美國已被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠、水泥廠、石灰廠、造紙和紙漿廠、鑄造廠及冶煉廠等多個領(lǐng)域。試驗報告顯示，使用TDF作為燃料的氣體排放量與傳統(tǒng)化石燃料大體相同，但TDF作為燃料排放的氣體對環(huán)境影響較小。

4.1.3 日本

2015年，日本的廢舊輪胎產(chǎn)量穩(wěn)定維持在9500萬條左右，總重量達到100萬t。就廢舊輪胎的循環(huán)利用而言，通過燃燒來回收熱能占日本廢舊輪胎回收利用處理量的65%。具體應(yīng)用上，自2011年起，日本利用廢舊輪胎作為熱能來源的比例呈現(xiàn)上升趨勢，尤其是造紙業(yè)對廢舊輪胎作為燃料的使用量連年增長，凸顯了廢舊輪胎能源化應(yīng)用的擴大。相比之下，鋼鐵廠、輪胎制造企業(yè)和傳統(tǒng)鍋爐對廢舊輪胎的使用需求有所減緩。據(jù)統(tǒng)計，造紙工業(yè)是日本最大的廢舊輪胎燃料消費領(lǐng)域，消耗量占總量的44%；水泥制造業(yè)則次之，使用量占6%，用于煅燒過程。

在國際貿(mào)易層面，無論是完整輪胎還是經(jīng)過切割處理的輪胎塊，日本對廢舊輪胎的出口總量均表現(xiàn)出下滑態(tài)勢，說明日本更傾向于在國內(nèi)消化這些廢舊資源。與此同時，廢舊輪胎生產(chǎn)膠粉的產(chǎn)量有所提升[12]。另外，日本的一些企業(yè)也在積極探索廢舊輪胎的能源利用方式。如，住友橡膠工業(yè)公司在名古屋工廠安裝了用廢輪胎作燃料的鍋爐，不僅處理了廢舊輪胎，還能發(fā)電和提供蒸汽；世界第3大輪胎公司的橋石公司，成功研制了用廢舊輪胎作燃料的發(fā)電設(shè)備，通過特殊設(shè)計解決了高溫下輪胎內(nèi)鋼絲熔化粘貼爐壁的問題，使得廢舊輪胎能夠完全用于燃燒發(fā)電。日本企業(yè)這種創(chuàng)新的能源利用方式，不僅有助于解決廢舊輪胎的處理問題，還能為企業(yè)帶來可觀的能源效益，一舉多得。

4.1.4 英國

英國橡膠產(chǎn)業(yè)的最新分析顯示，直接燃燒廢舊輪胎來轉(zhuǎn)化能源被視作應(yīng)對龐大輪胎廢棄物挑戰(zhàn)的最具潛力策略。當前，英國境內(nèi)已有不少于5家火力發(fā)電廠采納廢舊輪胎制作的燃料作為能源燃料。伍爾弗漢普頓的一所輪胎能源發(fā)電站，更是因其清潔技術(shù)的應(yīng)用，被譽為全國最環(huán)保的發(fā)電設(shè)施，不僅實現(xiàn)了零排放，而且每年還能處理掉23%的廢舊輪胎。更值得一提的是，該發(fā)電站在運營成本上與常規(guī)燃料發(fā)電廠相當，顯示出廢舊輪胎制作燃料的巨大潛力和經(jīng)濟效益[13]。

4.2 國內(nèi)廢舊輪胎衍生燃料利用現(xiàn)狀

結(jié)合上述內(nèi)容，在全球范圍內(nèi)，巴西、美國、日本、英國等已經(jīng)率先開展了將廢舊輪胎制作的燃料應(yīng)用于火力發(fā)電廠或水泥廠等的實踐，并已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保成果。然而，我國在這方面的研究與實踐還相對較少，因此在火力發(fā)電廠中將廢輪胎作為鍋爐的輔助燃料與煤粉按一定比例混合燃燒的研究項目具有廣闊的前景。將廢舊輪胎作為鍋爐的輔助燃料不僅可以節(jié)省燃料成本，還能有效應(yīng)對我國廢舊廢輪胎數(shù)量不斷增加的現(xiàn)狀，為我國的環(huán)保事業(yè)作出積極貢獻。

5 結(jié)論

輪胎的高熱值和高揮發(fā)分特性使廢舊輪胎成為一種優(yōu)質(zhì)的燃料，因此將TDF與煤在電廠鍋爐中混合燃燒是一個值得考慮的方案，不僅可以減少廢舊輪胎對環(huán)境造成的污染，還能通過提高鍋爐熱效率來節(jié)約資源。而且這種創(chuàng)新的能源利用方式，對提升能源效率和推動環(huán)保事業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1] MACHIN E B， PEDROSO D T， JUNIOR J A D C. Technical assessment of discarded tires gasification as alternative technology for electricity generation[J].Waste Management，2017，68（10）：412-420.

[2] MACIEJ S， JUSTYNA K L， HELENA J， et al. Progress in used tyres management in the European Union： A review[J]. Waste Management，2012， 32（10）：1742-1751.

[3] ODILE V， JEAN PHILIPPE L， JAMAL C. Co-combustion of coal and waste in pulverized coal boiler[J]. Energy，2016，94（1）：742-754.

[4] SALEH T A， DANMALIKI G I. Adsorptive desulfurization of dibenzothiophene from fuels byrubber tyres-derived carbons： kinetics and isotherms evaluation[J]. Process Safety and Environmental Protection，2016，102（7）： 9-19.

[5] SKORONSKI E， CARDOSO DE OLIVEIRA D，

FERNANDES M，et al. Valorization of Agro-industrial By-products： Analysis of Biodiesel Production From Porcine Fat Waste[J]. Journal of Cleaner Production，2016， 112：2553-2559.

[6] 李釗.我國廢舊輪胎資源化的現(xiàn)狀、問題與對策[J].低碳世界，2018（6）：27-28.

[7] HüRDOGAN E，OZALP C， KARA O， et al. Experimental Investigation on Performance and Emission Characteristics of Waste Tire Pyrolysis Oil–diesel Blends in a Diesel Engine[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2017，42（36）：

23373-23378.

[8] WILLIAMS P T， SERPIL B. Pyrolysis-thermogravimetric Analysis of Tyres and Tyre Components[J]. Fuel，1995，74（9）：1277-1283.

[9]陸斌，張衛(wèi)華，桑芝富.膠粉和煤粉混合燃燒特性的分析[J].能源研究與信息，2004（1）：38-45.

[10] MACHIN E B ， PEDROSO D T ， CARVALHO J A . Energetic valorization of waste tires[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2017， 68：306-315.

[11]周妍.美國近年輪胎循環(huán)利用數(shù)據(jù)[J].中國輪胎資源綜合利用，2017（2）：14-15.

[12]周妍.日本近年輪胎循環(huán)利用情況[J].中國輪胎資源綜合利用，2017（2）：12-13.

[13]姚琳.全球廢舊輪胎的再利用[J].汽車與社會，2001（5）：45-46.

作者簡介

李子涵（1996—），男，漢族，江蘇連云港人，工程師，碩士，研究方向為燃料混燃、鍋爐運行優(yōu)化。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-05-20