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1、黄琅填埋场爆满后，资源再生产业园高分子（有机）垃圾的出路；垃圾热能用于再生铝熔炼炉的节能减排改造方案关键词：高分子（有机）垃圾（POWs）;原生态可燃气（RaWgas）；完全燃烧/不完全燃烧；二恶英；气化/热解/燃烧；减量化/灭害化/资源化；垃圾热能工厂化利用。一.废五金拆解行业所产生的高分子（有机）废物转化为热能的经济价值：1.废橡胶5557kcalkg,废塑料74617781kcalkg废泡沫塑料956910388k-calkg,沥青7005-9008kcalkg,都是高热焙的优质燃料。2 .某资源再生产业园区中，由废五金拆解所产生的工业垃圾的组份采样分析：废橡胶、塑料约占72.579%,
2、废油脂、沥青约占35%,木竹纸类约占34%,砂土类及其他不燃物约占1214%,水份几乎可以忽略不计。综合考察园区内工业垃圾的平均发热量应不低于6500大卡/公斤；约等于2类烟煤的1.3倍，是重油的0.650.75换算关系。3 .再生金属园工业垃圾的热能价值，可用下列公式进行换算：（按重油时价3500元/吨）每吨高分子（有机）废物p0.650.75X3500元/吨-2275-2625元。即每公斤废五金拆解的垃圾为2.28-2.63元。4 .某资源再生产业园产生的高分子（有机）废物,约100吨/日（此为相关部门提供的数字，尚不包括园区内某些不明原因的工业可燃的废物资源流失和各种原因造成野蛮焚烧的热
3、能流失）。按照数据2.发热量6500大卡/公斤计算，100吨/日此类工业垃圾的总发热量26500X1（）5大卡/日。其出路：用于发电弋7-8XIO,千瓦/日；（本文不涉及小型发电项目能否获得立项的问题）；用于再生铝熔炼弋1050吨再生铝锭/日。从节能减排目标来看，当前正在运行中的再生铝炉熔炼炉,存在两个问题：1）能耗偏高：以具代表性的100吨/日子母炉为例，其重油消耗竟达9.5吨/日上下，其热效率只有30%左右，节能降耗潜力巨大。（本文不涉及当前正在运行中的炉型、能源种类，工艺操作等相关的节能降耗因子）。2）脱除有机污染环节失缺：废铝材的表面，程度不同地附着有机污染物，特别是废合金铝材表面附着
4、的有机物（如塑料、油漆、油墨、橡胶、树脂、油脂等等），其污染层厚度较大，而且组份复杂，治理难度很大。当前运行中的再生铝重熔炼工艺系统中，脱除废铝材料表面附着的有机污染环节的失缺，与相关的科学技术失缺有直接关系。（本文不涉及某些企业所采用的再生铝重熔炼工艺系统中，还存在的脱除S、N、CkF等环节的缺失问题）。5 .某年拆解20万吨废五金企业，每天产生此类工业垃圾在1015吨之间；其垃圾热能的资源价值，则与一个100吨/日再生铝熔炼炉的所需重油发热量（按目前的能耗水平9.5吨/日）大体相当。有意思的是：园内正好就有几个100吨/日再生铝熔炼炉,迫切需要节能改造。果真能利用自产的废五金拆解垃圾，作为
5、热能燃料替代重油，那么每百吨铝/日大约可节省3.5万元重油钱；其铝锭的成本则可降低250元/吨以上。以上数据表明：资源再生产业园区高分子（有机）废弃物所具备的热能资源价值的经济学前景，是废五金拆解所产生的工业垃圾问题的光明面。二 .高分子（有机）废弃物污染的一面：废五金拆解业所产生的工业垃圾污染的一面，是指这些高分子（有机）废弃物，属于百年以上不能被自然降解的持久性污染物（PerSiStentorganicpollutants,简称PoPS）；特别指这些垃圾在不完全燃烧的工况下，会产生剧毒的二恶英类物质。二恶英对动物和人类的危害是致癌、致畸、致基因变异；是斯德哥尔摩公约开列的“肮脏一打”中毒性
6、最强的一种，它的毒性是氟化物的130倍、砒霜的900倍，国际癌症研究中心将其列为人类一级致癌物。一盎司（合28.35克或0.576市两）二恶英可致一百万人于死地。2007.10.27参考消息15版称：香港浸会大学的科学家提取当地母乳、头发、胎盘进行化验，发现（这里）婴儿每天仅是通过吮吸母乳摄入体内的二恶英量，竟远远超出世界卫生组织规定的成人摄入量的25倍。2007.8某报披露：2000年开始对当地30家县级医院出生缺陷监测工程，包括先天性心脏病、脑积水、多指（趾）、唇裂、无脑儿、生殖器畸形。从2004年开始出生缺陷发生率上升（按千分率）列表如下：该报称：造成出生缺陷，环境因素占了非常重要的比例
7、，比如废气、废水、废物。上述触目惊心的事实，证实了科学家们的断言：POPS是环境荷儿蒙，它能影响几代人的生命质量。我国各主要新闻煤体多次发出警告：“环境污染已逼近大自然承受能力的引爆点”；“中国经济真正的风险是生态灾难”。该资源再生产业园所付出的环境污染代价，将是无法用金钱来弥补的。三 .高分子（有机）废物不完全燃烧为什么会产生二恶英？有机化合物约有100多万种，高分子聚合物的组份和化学结构都极为复杂。废五金拆解产业园所产生的高分子（有机）废物在入炉前，无法对废塑料、树脂、油漆、油墨、橡胶、沥青等等进行更细致的分类分拣。当前最先进的针对高分子（有.机）废物的焚烧炉，也只能把它的针对性定位在模糊
8、意义上的“高分子（有机）废物”这个宏观的、气相的、空间燃烧范畴之内。垃圾不完全燃烧产生二恶英的机理尚未完全破译，一般认为：废五金拆解产生的工业垃圾中既含有二恶英类物质，又含有大量的二恶英的前体物：其中氯酚和氯苯化合物通过缩合反应、自由基反应，或磷苯酚盐反应、取代反应，生成多氯代二苯并-对-二恶英（PCCDs）;多氯联苯化合物通过多氯联苯化，多氯酚盐聚合反应，多氯酚盐和多氯苯反应，则生成多氯代二苯并吠喃（PCDFs）o所以二恶英（Dioxins）又可标成（PCCDs/PCDFs）o不完全燃烧工况下，直接影响二恶英生成的因素是：温度；氧和水蒸汽（会使燃烧温度降低）；飞灰上的碳、氧、氯；金属（CuN
9、i、Fe）催化剂的影响等。不完全燃烧的炉内过程:（热解基本是吸热反应）不完全燃烧反应获得热分解初始温度VOC/CVOC连续的复分解进行比较“充分”的燃烧反应PoWSVOaCVOe（=放热反应即气化反应的临界温度（气相反应物）（新的气相反应物）CVOC气相反应物得到较“充分”的分解排放烟气（固相）（液相、气相）t外部加热、不同的翻动气化t1.伴有着局部丕完全燃烧光热反座上t继续外部加热，同时加辄t（即所谓“一次燃烧”，也有称热解炉）“二次燃烧”在此阶段的供氧、喷入大量匚）助燃油来提高火焰温度，特别重要；还要求不完全燃烧的火焰在高温区停留XM/S完全燃烧的炉内反应过程:1 .伴有有机污染分子或曾物
10、2 .S、N生成物及卤元素生成物，95%可漕于水，治理技术已很成熟。复杂组份结构，浓黑粘稠的（控制在200C300C低温区、个别400C气化）完全燃烧气化生成RawgasPOWsVOCCVOC（固相）/（液相、气相）CVOC的气相反应物t外部加而适当翻动气化tRawgas同步完全燃烧反应J较彻底的热分解t科学的供氧及着火条件t极短的火焰100OP集中获得燃烧放热蜂值,气相的COVo中析出的排出烟气t极少的有机污染分子残留，减轻了烟尘治理压力；（但无需一滴油助燃）注：特指卤代煌类（haIohydrarbon）炭黑被燃尽，所以火焰尾端S、N生成物及卤元素生成物，95%可溶已无黑烟；于水，治理技术已
11、很成熟。二恶英及其前趋物已被摧毁.固态的高分子（有机）废弃物：POlymerOrgaIIiCWaSte,简POWs.液态、气态的挥发性有机化合物分为：VOC/CVOC.非卤化挥发性有机化合物：VolatileorganicCOmPOUnd,简VoCo卤化挥发性有机化合物：CO-halo-VolatileorganicCOInPOUnd.简CVOC二恶英生成机理可从气化、热分解、燃烧、燃烧后烟气的温度控制略述如下：1）气化：固态、液态的高分子（有机、CnHnl基）废物进入焚烧场后的第一反应，应是气相反应，（虽有部分不完全燃烧反应相伴，也有温度在固体中传播）。当固体可燃废物达到热分解初始温度，其固
12、相分子立即气化，成为高挥发性气相的有机分子,这个过程就是气化过程。同基异构的有机可燃物的气化初始温度也不相同：聚氯乙烯在超过IO（TC时开始析出氯化氢；聚丙稀在140C就不稳定；丙稀酸酯橡胶则要到170；而丙稀酰胺沸点只有125C；聚四氨乙烯则要到415C才开始缓慢分解。一般认为200。C400C是二恶英前驱物合成和碳、氢、氧、氯等基元（经催化作用）从头合成的温度区间。所以高分子废物的气化，应当缩短在此温度区间的停留时间。现还证实400800C还是多环芳燃分子反应的温度区间，就是说高分子（有机）废物的气相分解反应，是在一个很大的温度区间内进行的。而这个温度区间既不是完全燃烧的温度区，更不是二恶
13、英可被摧毁的温度区。因此焚烧系统中的气化室温度工程控制的原理：应当是缩短、或跨越二恶英前趋物和多环芳煌反应的温度区间，以避免因不完全燃烧而造成有机污染分子的残留。2）热分解从薪体学角度来看，高分子（有机）废物经气化产生的原生态可燃气，是浓黑粘稠的、高挥发度和热扩散性的原生态可燃气体（Rawgas）o固相的高分子（有机）废物或挥发性有机化合物（VOC或CVOe）的热分解是一个多级的、连续的复分解反应过程。这个过程中不仅存在着各基元在热分解过程中的行为趋向，受反应场温度、瞬间变化的不同基元反应几率及催化剂作用等条件的影响，其分解结果也会发生差异。（这也是Rawgas不适宜长距离管道输送或大容量储存
14、的道理）。从热物理或工程控制的立场来讲，高分子（有机）废物的热分解过程是一个空间的、气相的、基本是吸收热量的反应过程，并始终有局部的不完全燃烧相伴随。二恶英的分解温度705C,某些CT键的断裂温度远大于IoOOC以上。一般认为800以下的Rawgas,仍然属于未完全分解的或未完全燃烧的气相反应过程。组份和化学结构都很复杂的Rawgas在空间进行气相的热分解过程，其工程控制难度很大。这是RaWgaS在V800C温度区间必然是不完全燃烧反应的道理。所以，不完全燃烧产生的烟气中，必然含有较多的有机污染分子团残留。（工业垃圾中铜、银、铁等高熔点金属是二恶英生成的重要触媒，低熔点金属还会产生金属有机毒害
15、物）。结论：热分解越彻底，高分子（有机）废物的完全燃烧反应才能彻底；只有大于100（TC的完全燃烧反应，才能彻底摧毁有机分子（特别是二恶英及其前趋物），才能使废五金拆解产生的高分子（有机）废物才能彻底灭害化。把气相的多级的热分解反应过程，控制得越短越有利于完全燃烧和POPs的灭害化。（工业垃圾中也会有一定量的固定碳组份。其表面燃烧问题，本文从略）。3）.燃烧：一般认为高分子（有机）废物或挥发性有机物（VOC或CvOC）的燃烧温度超过100（TC时，可以直接摧毁POPs肮脏一打中的二恶英类物质和其前趋物（苯酚类）,以及其它多环芳烧分子（PAHS）。传统的垃圾焚烧炉，基本上是在V80（C温度区不完
16、全燃烧：RebUrn方法是一种低温的缺氧段和稍高温度富氧段复式“充分”燃烧；循环流化床是将不完全燃烧所产生的未燃尽黑烟，重新送入炉内（CyCIone）进行事后的（post）的复式“充分”燃烧。综观当前运行中的焚烧炉，无论是“热解炉”“炉排炉”、“回转炉”，无不是依靠喷入大量柴油来提高燃烧室温度。这不仅需要消耗大量柴油作辅助燃料，而且很难做到在10O（TC温度区间停留2秒。生活垃圾可以在烧水泥的长隧道窑中充分燃烧（辅助燃料的消耗少、停留时间也能得到保证），二恶英以及前驱物的残留量也较少。但是并不是所有的垃圾都能在其产生地找到这么好的焚烧条件。实验证明;5不完全燃烧的火焰流既长又伴有滚滚浓烟，而完
17、全燃烧的火焰必然是很短的，（一般控制在2M左右的范围以内），而且火焰的尾部根本看不到黑烟；不完全燃烧依靠辅助燃料（一般是在后燃室喷入0#柴油，成本很高）来提高火焰的温度。市场产品中有标800C900C的，有大胆标900CIOooC的，甚至有标100OC。由于完全燃烧反应的火焰流程极短，所以能够集中的获取高分子（有机）废物完全燃烧反应的放热峰值，而且不再需要任何一滴油来助燃，就可以达到100（TC以上。很明显，以完全燃烧原理设计的高分子（有机）废物焚烧炉，所独有的1000C的短火焰，己经可以直接用于发电、蒸汽锅炉、或直接用于金属熔炼炉。这在当前石油价格高昂的形势下，针对高分子（有机）废物完全燃烧
18、的燃烧器，有着巨大的商业价值。4）燃烧后烟气温度的控制：实验证明：不完全燃烧的烟气中残留的二恶英前驱物，它们在烟气流热扩散降温过程中，会在300500C温度区间，重新聚合生成二恶英。因此必须对高温烟气进行淬冷，使其在最短的时间内通过二恶英重新聚合的温度区间，当然最好能淬冷至250以下。完全燃烧后的烟气流中，不会再有大量的碳黑析出，也很少二恶英前趋物残留，所以完全燃烧方法是环境友好的创新炉型，它大大减少了烟尘治理的难度压力和治理成本。（关于等离子技术和灰渣熔融技术本文从略）。四.对废五金拆解业产生的“高分子（有机）废弃物认识的误区：可从减化、灭害化、资源化入手，进行梳理：1） 减化：减量化一词与
19、气化反应比较接近，与灭害化、资源化几乎可以没什么直接关联。这是因为，固相的PoWS加热至热解的初始温度（即气相反应的临界温度），便立即转化为气相的CV0C,（即浓黑粘稠的原生态可燃气RaWgaS）。复杂组份和结构的POWS的气相临界温度，在大约Io（TC400这样宽的温度区间进行控制，也只需有限的气化热源，（无论其气化潜热来自外部加热，还是来自其所伴随的不完全燃烧放热），固相的POPS或液相的VOC/CVOC的这种气相转化过程，可以进行得非常彻底。这便是可以无师自通的“高分子“有机废弃物在常温、常压的空旷地面上，只需一根火柴的热量，便可以在数小时之内把成吨的废塑料、橡胶、废油漆、油脂，气化为乌
20、有”的科学道理。我们千万不要忘记，这正是改革开放以来，沿海港口附近村镇连片的靠野蛮焚烧洋垃圾，高速发财致富的看家本领。这是我们的经济增长中最负面的历史。2） 灭害化：固相POWS液相的VOC/CVOC的灭害化，本文在气化和热解一节阐述得已经相当充分。这里我们只想强调二点：1.气化只能减去固:液态的量，而不能灭害化。二恶英及其前驱物灭害化的最重要条件，是必须在100（TC完全燃烧反应的火焰中将其摧毁。2.P0WsV0C/CV0C完全燃烧后的烟气中，尚有S、N生成物或卤元素生成物等有害物需要进行治理。3）资源化：废五金拆解终端所产生的工业垃圾的资源化，实质上就是指“高分子（有机）废弃物”即POWs
21、VOCCVOC的热能转化。关于固体POWS液、气态VOC/CVOC具有高热焰的优质可燃特性，本文已经详述。但POWsVOCCVOC经气化所产生的大分子可燃气团，是呈浓黑、粘稠状的原生态可燃气体Rawgas,它必然是气相的、在空间进行的完全燃烧反应特定条件下，才能比较彻底地分解，并在其完全燃烧反应过程中释放出热能。RaWgas在空间完全燃烧反应条件下的火焰流程必然很短。也只有完全燃烧的短火焰才能获得集中的放热峰值（1000C）;只有这种无黑烟的、高温的短火焰，才能满足垃圾转化为工厂化直接利用热源时的要求，比如用来炼铝或烧蒸气发电五.黄琅填埋场垃圾爆满已有一段时日了：再生金属产业园区的工业垃圾出路
22、大体是：1）划拨土地新建更大的海滩填埋场。2）兴建垃圾焚烧场，先进行工业垃圾不完全燃烧减量，灭害化和垃圾热能转化暂缓考虑，以解燃眉之急3）用生活垃圾焚烧发电名义，为垃圾发电厂立项。4）将再生金属产业园高分子（有机）废物送到附近火电厂当廉价燃料烧掉O从政策角度来看：高分子（有.机）废弃物的热能所具有的经济价值，如果被有意忽略或强行抹煞，希望沿用苏沪地区对工业废弃物按每吨收费1200元，进行“集中焚烧”。既无可靠的焚烧技术做保证，又违背市场经济规律，必然重蹈苏州X焚烧处理中心或连云港废油漆事件中日本铃木组焚烧处理中心的经济低效益运行、造成工业废物的有机污染随资源流失而失控，并助长高热值垃圾资源黑市
23、覆辙。关于再生金属产业园高分子（有机）废弃物资源流失的渠道：1 .有迹象表明产业园区外围，始终存在着一个长期靠低价收购园内某些正规厂家不愿在标准厂房内费时费力仔细分拣可回收的金属碎屑、塑料碎片的工业垃圾的专业户。经过这些散户再筛选、分拣后的终端垃圾的处理方法，外人不得而知。但是有一个迹象是无法掩盖的迄今园区周遍的村头、地边、河岸、道旁、山背后，不仅有常年积累的野蛮焚烧灰渣，甚至能看到正在阴燃的废塑料、橡胶。还有个别农民用承包地招揽工业垃圾焚烧，收取“租金”。2 .此类产业园终端工业垃圾如果长期找不到科学有效出路，不免让人担心出现：某些业主会付高运费雇车，将园内工业垃圾转运出厂区完事，管他倒到什
24、么地方去；甚至有企业就在标准厂房内偷着野蛮焚烧了事。2007年末园内外时不时有浓黑烟腾起，有的甚至不等天黑就敢在国家环保总局视察刚走不到一个小时就明目张胆放火焚烧,（还曾发生过因此造成火灾）。自从该填埋场垃圾爆满以来，相关产业园内及周边地区，黑夜、白天野蛮焚烧高分子废物的狼烟明显增加。露天焚烧含氯有机物，是产生二恶英的元凶。欧美曾流传一个通俗的比喻：一个家庭主妇在自家后院，随意焚烧自家四口的生活垃圾排放的二恶英，相当于一座装备精良的垃圾焚烧厂的二恶英排放量。如果拿某些人野舞螭分子废物的恶行与之相比较，等于在放毒杀人。建议当地政府立即建立环保1同,奖励举报确保及时扑灭，扼制野蛮焚烧，改善当地居民
25、生存环境。六.高分子（有机）废物完全燃烧火焰进行工厂化直接利用垃圾热能工厂化直接利用，是高热值的高分子（有机）废物的最佳出路。高分子（有机）废物完全燃烧火焰进行工厂化直接利用的试点工程方案如下：方案一在100吨/日合金铝锭熔炼炉进行直接的节能改造示意图烟尘治理打包重油100吨铝 锭/日为1218吨POWS/日机械连续投料、高温在线监控、等（重油）此方案优点：对原有子母炉改动不大,油供应系统和燃烧器。投资小;试点成功后可逐步拆除原重此方案要点：废塑料（特别是PVC、聚氨酯、聚苯烯、环氧树脂），废橡胶等高热值POWs必须是用完全燃烧产生的无黑烟的高温短火焰;垃圾焚烧应有足够的场地；子母炉原有的烟尘
26、治理系统需要进一步完善。方案二：子母炉的间接改造方案：如遇场地限制等原因，不方便采取方案一时，可按下图进行间接节能改造：原有子母炉不动，另选垃圾热能转化场地施工方案图:方案要点：1.侧#炉的容量可作多种选择；2 .废铝预加热的温度可主要选择（V600C或600C）3 .废铝表面附着的有机污染物产生的黑烟可引入炉内完全燃烧灭害4 .垃圾炉、侧井炉产生的烟气要进行烟尘治理。垃贼方案三：作者在工作中曾有业主提出对再生阳极铜熔炼炉，进行垃圾热能利用问题。本文仅从垃圾能有效利用出发提出如下建议：由于Cu是二恶英生成的最佳触媒，可采用POWS1000C火焰对铜的熔池进行间接加热的方案,进行节能改造烟气垃圾火100OeC 其容积热负荷取决于火道中IUUUl垃圾火焰的流量、流速、停留时间、功率因素。 具体方案尚须与CU冶炼专家与学者进一步讨论商榷。作者：山水秀2007-12-12
