随着我国经濟的发展，工业化、城市化的加快，城市人口不断增加，城市生活垃圾也在快速增长。1978年至2000年，我国城市生活垃圾平均以每年8.98%的速度增长；2000年以来，以每年10%的速度增长。就全球而言，废塑料约占城市生活垃圾总量的7%左右；我国废塑料制品约占城市生活垃圾的5%～14%，有些地区居民小区城市生活垃圾中，废塑料比例甚至高达25%。城市生活垃圾中的塑料废弃物含量不断增长，产生的“白色污染”极为严重，并造成资源、能源的浪费。针对这种状况，国内外科研工作者开发了多种综合利用废塑料的方法，高炉喷吹废塑料技术是资源、能源利用率高，消除“白色污染”最有效的手段之一。

废塑料综合利用的方法

塑料是以树脂等高分子化合物为基本成分，加入一定量的填料、增塑剂、着色剂等配料，在一定压力和温度下制成具有—定形状和尺寸的、一定功能的材料。主要成分为C、H，同时含有S、Cl、Pb、Cr、Ni、V、Zn、Cu、K、Na等元素。废塑料的综合利用包括两个方面，一是化学成分的利用，二是所含热值的利用。

1 废塑料直接作为原料的回收方法

废塑料直接作为原料的回收方法是将废塑料分拣归类后，清洗、干燥和造粒，重新作为塑料制品原料的方法。这类方法是化学成分重新再利用的典型代表之一，一般只能回收一部分可再利用的塑料。而对于很多不能再生的塑料，或者是已经再生过，因其中含有大量添加剂，不能进行二次再利用的塑料，这类方法不可行。资料表明，2000年德国采用这类方法回收的废塑料不到总量的1／2；日本采用这类方法回收废塑料的比例约为23%。

2 焚烧回收热能

废塑料的热能利用是指将废塑料作为燃料，通过将城市生活垃圾进行焚烧，利用其燃烧产生的热量。这种处理方法具有以下优点：废旧塑料不需要进行预处理，也不需要与缄市垃圾分离，特别适用于难以分捡的混杂在一起的废塑料；焚烧后可使城市生活垃圾减重约80%，体积减少可达90%以上，燃烧后的残渣密度较大，填埋处理方便。但该方法存在二次污染，主要是烟气污染，包括颗粒物、S02、HCl、NOx、重金属和毒害性微量有机物(如二恶英等)空气污染物；此外，垃圾贮存与灰渣冷却过程中产生的污水和灰渣也是垃圾焚烧常见的污染物。这种方法，燃烧炉中热量利用率相对较低，综合利用率在30%～40%之间，损失了大量能源。

最近，日本SANIX能源公司在日本苫小木建立了世界上第一家利用废塑料作为燃料的发电站，该方式与其他废塑料处理厂所采用的常规方法相比，可降低15%到20%的二氧化碳排放。

3 化学回收法

化学回收法大致可以分为解聚法和热解法两类。解聚法是将塑料分解成相应的单体，采用的是醇解和水解反应，主要对象集中在甲酸懒懒乙二酯热塑性聚酯、聚酰胺以及聚缩醛等品种上。该方法可以使废塑料发生降解或分解，从而回收有价值的产品如单体等，同时也解决了能源、C02和二次污染等环境问题。但是解聚法对原料的要求较高，处理废塑料的品种较单一，而且规模较小。

热解法是将废塑料在300℃～600℃条件下，隔绝空气或加入氢气、水汽(不少过程还添加催化剂)使之分解成油状物或可燃性气体的过程，有的还在800℃～1000℃以上高温条件下，通入氧气使之生成CO／H2，用作合成甲醛等产品的原料气，适用于处理聚烯烃等非极性塑料和混杂废塑料的分解回收。

同样热解法也有它的不足之处，如处理的原料单一，大多厂家只能处理占废塑料总量约28%的废聚丙烯，而不能处理分别占废塑料总量约46%和18%的聚乙烯和聚苯乙烯；而且需要使用煤等燃料，增加处理成本，同时产生大量废气；大多数厂家采用工业裂化催化剂进行废塑料的裂解或改质，所得汽油的辛烷值低，胶质含量高，诱导期短，所得柴油凝点高。

高炉喷吹废塑料的综合利用

高炉喷吹废塑料是将废塑料作为高炉炼铁的燃料和还原剂，利用废塑料燃烧向高炉冶炼提供热量，同时利用废塑料中的C、H元素，还原铁矿石中的Fe，并降低冶金焦炭消耗的技术；是治理“白色污染”，使废塑料得以资源化利用、无害化处理和节约能源的有效综合利用方法。

1 废塑料热能的利用

废塑料的热值一般在2.1×106-4.2×106J／kg之间。废塑料颗粒随着热风喷入高炉炉缸，燃烧放出热量，这部分热量和炉缸内焦炭燃烧产生的热量一起加热炉料，提供高炉所需的热量，并将铁熔化。这是一系列化学反应的过程，产生的热量在高炉冶炼中被充分利用。以C8H8为例，说明塑料燃烧与还原之间的能量关系，首先其反应过程是燃烧和气化，生成C0和H2，然后进行还原反应。大约整个过程能量的80%是在燃烧中释放出来的；从另一个角度来看，供给的能量50%以上是以化学能的形式被利用。

2 废塑料化学成分的利用

高炉喷吹废塑料技术不但可以利用废塑料燃烧产生的热量，而且可以充分利用塑料中的C、H元素作为还原剂。从化学成分上看，塑料的C含量介于煤和油之间，而H含量要大于煤、和油。碳氢化合物在高炉炉缸都转变成温度高达2000℃以上的煤气，其主要成分为C0和H2，煤气在上升过程中，逐步将铁矿石不断加热并还原，部分C0、H2和矿石中的氧反应，生成C02和H20，实现了废塑料的化学成分利用。而从高炉出来的煤气还可以作为燃料被二次利用。

3 高炉喷吹废塑料技术的综合优势

将高炉处理废塑料与其他废塑料处理回收方法比较，前者有多种优势：

(1)高炉对废塑料的要求较低，可以处理多种废旧塑料，而直接作为原料和化学回收法对废塑料的要求较高，处理塑料品种较单一。

(2)化学回收法之热解法需要使用煤等燃料进行加热，促使塑料分解，增加了处理成本，同时产生大量废气：而废塑料经制粒后，直接喷吹进入高炉燃烧处理，不需增加额外能源，且可以替代冶金焦碳，并减少了二次污染。

(3)高炉处理废塑料的规模大，而直接作为原料和化学回收处理法受到废塑料成分等条件的限制，处理规模有限。1995年6月不莱梅钢铁公司投资建造了世界上第一套喷吹废塑料设备，年喷吹能力可达7万吨。日本NKK公司在Keihin工厂1999年喷吹废塑料达到45000吨。

(4)高炉处理废塑料与废塑料焚烧回收热能方法比较，能量转化利用率高。将高炉处理废塑料和发电厂直接燃烧塑料发电或废物焚烧厂比较，高炉喷吹废塑料是废塑料回收利用技术中惟一能使塑料的能量转化率超过50%的工艺。此外，其能量的附加利用率大约为27%，仅此就几乎与废物焚烧厂的总利用率一样高。所以，用高炉处理废塑料是资源利用率好的方法。

高炉喷吹废塑料对高炉生产的影响

高炉喷吹废塑料是将废塑料处理、加工成适当尺寸的颗粒，通过高炉风口随热风喷入高炉炉缸，在回旋区与焦炭、煤粉或重油一起燃烧生成煤气，煤气与炉料逆行上升，完成高炉的物理化学过程。由于废塑料的化学成分组成不同于重油和煤粉，因而对高炉生产的影响也有其特点。废塑料喷吹可有效地利用废塑料的热能和化学能，降低高炉炼铁成本，减少资源、能源的消耗，减少环境污染。

1 喷吹废塑料可以满足高炉冶炼的要求

废塑料是由碳氢聚合物和一些添加剂组成，在成分组成上和煤、重油有相似之处，但氢含量略高。废塑料燃烧、气化产物中，H2／C0的比值远大于喷煤时的比值，这对高炉冶炼是有利的。

日本Minoru　ASANVMA，Tatsuro　ARIYAMA，Michita　SATO等人对高炉喷吹废塑料的燃烧和气化行为的研究表明：废塑料喷入高炉炉缸，由于废塑料是由单一化合物组成得大分子化合物，具有致密的组织结构，其燃烧状况与煤粉不同，热传导性差，是通过颗粒表面熔融、热分解的过程逐渐燃烧。废塑料的着火点与粒度和处理方式有关，其燃烧率随着粒度的增大而升高，聚集颗粒的燃烧效率低于破碎颗粒。

当向高炉中喷吹燃料时，必然会降低理论燃烧温度。喷吹废塑料也不例外，其对炉缸燃烧温度的影响介于煤和重油之间，因而，通过提高鼓风温度和富氧，就可弥补炉缸燃烧温度的下降。同时，调节喷吹量，也可达到下部调节的作用。

废塑料在高炉中分解产生的C1—C4的碳氢化合物及焦油的含量与喷煤时相似，而塑料分解产生的焦油对清洗系统的粘堵等问题比喷煤时要低。

通过对高炉中CO2峰及温度峰的比较：废塑料喷吹(2mm～4mm)与喷吹煤粉不同，氧气在距风口约100mm处还有残留，与全焦冶炼接近；而喷吹煤粉时，氧气在距风口约100mm处几乎完全消耗完毕，表明煤粉燃烧焦点(最高温度位置)在接近风口侧。温度曲线也反映出相同的结果。因而，喷吹废塑料后，炉缸初始煤气流分布与全焦冶炼接近，对高炉操作的影响较小。

当喷吹塑料颗粒时，无论在高炉的中心位置、中间位置还是高炉周边位置，氢气的含量都比正常操作有所增加。当塑料粒度为0.21mm～1.Omm时，氢气更多的集中在中间位置和周边位置；而塑料粒度为10mm氢气更多集中在中心位置和中间位置。这是因为粒度粗大的塑料颗粒，可以保留到燃烧区后部。在燃烧区后部，塑料颗粒最终气化、燃烧完毕，因而产生的HQ，可以到达炉体中心位置。

2 喷吹废塑料可有效地节约资源，降低生产成本

焦炭是高炉炼铁的主要燃料，随着炼铁生产规模的扩大和生铁需求量的增加，焦炭的供应量日趋紧张。这不仅由于炼焦煤供不应求，而且储量也非常有限。有资料显示，中国焦煤保有量已从1987年的30.65%下降到1996年的25.61%，炼焦煤资源不仅短缺而且还在不断减少。因此为了节约炼焦用煤，开发各种替代能源势在必行。

高炉喷吹煤粉可以取代冶炼中昂贵的焦炭量约25%～40%，喷吹0.9～1.0吨煤粉可代替约1.4吨炼焦煤。日本NKK试验表明，废塑料对焦炭的置换比为1：1，高于煤粉对焦炭的置换比，因而可以有效的替代焦炭，从而缓解焦煤资源的短缺，降低高炉炼铁的成本，同时还可降低焦炭生产过程的CO2气体排放量。因此高炉喷吹废塑料是高炉冶炼节约资源，降低成本的有效技术手段，同时开发了废物利用的新途径，实现了资源的循环利用。德国不莱梅钢厂两座高炉喷吹废塑料，每月喷吹废塑料取代3000吨重油，并且实行了全年喷吹废塑料，其喷吹废塑料结果表明，喷吹废塑料比喷煤和喷重油更便宜。日本NKK公司Keihin工厂1999年度喷吹废塑料45000t／y，吨铁喷吹废塑料13.3kg／thm，吨铁喷煤增加14.7kg／thm，吨铁降低焦比28.1kg／thm；整个高炉和焦炉系统节约能源3.633*105Gcal／y，相当于工厂全年能耗的1.47%。

3 喷吹废旧塑料可有效改善环境状况

高炉喷吹废塑料可以充分利用生活垃圾中废塑料的热能和化学能，解决了废塑料添埋难以降解的问题，消除“白色污染”，改善城市环境，是处理废塑料的有效手段。

废塑料喷入高炉，由于其氢碳比高于煤粉、重油和焦炭，在高炉冶炼过程中，减少了CO2的产生量；又由于废塑料在冶炼过程中取代焦炭，降低了焦比，相当于减少了焦炉的CO2，排放量。NKK公司喷吹废塑料的实验结果表明，当废塑料喷吹量为200千克/小时，CO2的发生量减少12%。Keihin工厂1999年由于喷吹废塑料，年节省焦炭50000吨，相当于焦炉年减少排放C02158000吨；由于废塑料喷吹减少碳的输入量3.5kg／thm，年减少C02排放量44000吨；总计年减少CO2排放量202000吨。由此可见，高炉喷吹废塑料可有效地减少炼铁系统温室气体排放，减轻环境负荷。

结语

高炉喷吹废塑料作为高炉喷吹燃料技术，能解决废弃塑料造成的环境污染，与其他几种回收利用废塑料技术相比较，该技术对废塑料的品质要求较低，处理废塑料的规模大，能源利用率高；满足高炉冶炼的要求，可充分利用废塑料的热能和化学能，有效降低高炉炼铁成本，减少炼铁系统温室气体排放，是兼顾社会效益、环境效益和生产效益的综合利用技术，应尽快推广应用。