高分子废弃物焚烧炉高端市场探析

许 恩

(浙江 台州 310000)

高分子废弃物焚烧炉高端市场探析

许 恩

(浙江 台州 310000)

分析了国内高分子废弃物焚烧炉高端市场的概况，阐述了高分子废弃物完全燃烧的机理，提出高分子废弃物的资源化必须与热能转化/灭害减量相结合；高分子废弃物具有热能资源的价值法则，将会引发焚烧炉高端市场结构的深层次变革。

高分子废弃物;完全燃烧;焚烧炉;高端市场

前言

“高分子废弃物完全燃烧”，是个世界性难题。目前西方发达国家也没有相关研究成果，所以迄今欧美国家仍有数量巨大的废轮胎、废油漆积存。如北美大山沟里有大量废轮胎堆积，甚至发生过30多天的大火；美国每年有6800万加仑废油漆，由于没有科学方法进行热能转化/灭害减量，需要政府每加仑补贴9美元作安全处置费；国际公约也规定要重罚随意丢弃油轮、油脚子等行为，在美国甚至要判刑。

我国的汽车、船舶、集装箱、机电制造业在生产中会产生大量废油漆；印刷业有大量废油墨；城市有大量废轮胎积存；石油行业的沥青质、残渣油（仅中石化近年公布的数字：沥青年产量为500万吨，年销售量只有200万～250万吨，大量积存）、落地油、天然油砂、油泥废水、公路废沥青等；江河湖海有大量漂浮废塑料等。对于上述大量的高分子废弃物，我国迄今也没有科学的热能转化/灭害减量的处理方法。

我国秸秆制炭设备用于腰果壳制20万吨活性炭项目，被东南亚一国家否决；一些大型生物质（秸秆）热能转化项目被内地政府否决；一些大城市生活垃圾发电项目引发民众抵制；其中都可归结于焚烧设备的“不完全燃烧”的污染。高分子废弃物几乎与重油等热值，如果能够直接当燃料燃烧，其市场规模将十分巨大。但国内外目前还没有真正能够进行热能转化/灭害减量的焚烧炉产品。我们认为，高分子废弃物完全燃烧技术的长期缺失，是垃圾治理高端市场发育迟缓的根本原因。

1 高分子废弃物资源化，必须与热能转化/灭害减量相结合

高分子废物的资源化，有化工提取、燃烧两条工艺路线。笔者认为，高分子垃圾只有通过完全燃烧，才能进行最有效的热能转化利用；也只有通过完全燃烧才谈得上有机污染物的彻底灭害减量。这是因为：

（1）典型的高分子废物塑料、橡胶、油漆油墨、沥青质、动植物脂肪蛋白等的低位发热值在7000～10,000kcal/kg，它们都是高热值的热能资源。

（2）高分子废弃物资源相对集中，其高热焓、高挥发性的燃烧特性更加突出。所以，需要具备针对其完全燃烧特性的燃烧装备，才能有效进行热能转化/灭害减量。

高分子废弃物用化工裂解工艺提取轻油，其废气治理的成本高昂，发达国家宁愿把废轮胎、废油漆相对安全地放置起来，也不走化工提取这条路。然而，目前我国仍然有人采用土法小炉子将废塑料、橡胶或大量沥青质残渣油“炼油”。充其量1公斤炼出150～300克油，其余的200～350克就成了滚滚浓烟，污染大气，其危害不可估量。

废橡胶轮胎回收再生也是有限度的：国际标准组织对轮胎中掺用再生胶的限值在8%以下；废橡胶的再制品（如橡胶跑道、发泡地板、墙裙等）的市场容量也是很有限的。例如北美大量的废橡胶轮胎资源化出路，仍然是采用完全燃烧技术进行热能转化/灭害减量。

废工程塑料中含有轻质碳酸钙；废油漆中含有金属氧化物；玻璃钢中含有玻璃丝布；橡胶中有炭黑等等，这些都是可以回收再生的资源。因此，高端市场另一个需求目标就是能够在将有机污染物通过热清洗灭害减量的同时，有效回收金属、非金属等物质功能的“热清洗机”。

当前国内市场上已有引进 “美国热洁炉”（仅适用于静电喷涂导电杆的脱漆）；比利时的“热清洗机”（循环流化床、用石英做热媒，仅适用于较大铜、钢铁零部件脱除有机污染物）。但此类产品存在的共同问题是：有机污染物不能完全燃烧，还是要冒黑烟，而水喷淋洗炭黑的环保设备的投资和运行成本较高。

高分子废弃物热能转化设备（RDF燃烧器）和有机污染物热清洗机的空白，造成当今大量毫米、分毫米电线容易被烧成“过烧铜”；峰江资源再生工业园甚至把成捆的铝箔纸扔到黄琅垃圾场；散落的铝箔包装袋连拾荒的人都不要；而在再生铝熔炼生产线上，脱除有机污染环节迄今空白，造成黑烟滚滚。

当前我国高分子废物处理高端市场上急需能够把铜铝电线（特别是分毫米电子线）上的废绝缘层、铝合金易拉罐表面的印刷油墨或锌合金零部件上的废油漆、铝箔/塑料薄膜复合包装袋上的废塑料清洗掉且又不冒黑烟的热清洗机。

2 高分子废弃物完全燃烧的机理

（1）完全燃烧机理

高分子废弃物气化生成的原生态气体（Raw Gas），只能是C-H基组分为主甚至多基的、含有阻燃物的烷烃类燃料气体；它具有高热值、高挥发扩散性的特征；它的完全燃烧还需要经过连续的多级热分解过程。

实践证明，固、液相的高分子废弃物在高温场的第一反应是气化而不是燃烧，其完全燃烧必然是全气相的、一次性完成的燃烧反应。而高分子废物的不完全燃烧，则是垃圾焚烧炉冒黑烟的根本原因。

（2）Reburn是一种不完全燃烧技术

Reburn技术是20世纪初西方发达国家科技工作者为降低固体煤燃烧产生的氮氧化物（NOx）污染排放指标而采取的分段“复式燃烧”技术。即前40%段缺氧、低温（约650℃）燃烧和后60%段富氧、高温（约850℃）的燃烧方法。这是当年为了应对酸雨而不得不损失约8%的燃尽率、可降低约40%氮氧化物生成量的一种环保减排技术成果。

美国曾采用Reburn技术对20%的煤发电装备进行了环保改造。但是，到了20世纪末期，科技界发现Reburn技术实际上是一种“不完全燃烧”技术；问题还在于低温“不完全燃烧”所产生的二英类污染物质（Dioxins or PCDD/PCDFs）对人类健康的直接危害要比NOx大得多。二英类物质是持久性污染物（POPs），污染治理的难度更大；而氮氧化物95%以上可溶于水，并且可用碱性物质中和。于是，西方能源产业界技术改造方向和环保科技界的研究重点转向了对二英的治理（如高温或等离子摧毁、活性炭吸附、灰渣熔融固化等），发达国家也不再提倡采用Reburn技术，对于发电锅炉进行低氮氧化物生成量改造。

据考察，“二次燃烧”、“三次燃烧”的基本技术手段，就是二次、三次向不完全燃烧的烟气中喷油“助燃”。那么，一次不完全燃烧的烟气流中虽然残留有部分可燃气体，但是它处在大量燃烧过后的废气（其主要成分CO2、H2O就是灭火剂）裹挟之中，这种“火上浇油”单纯提高烟气温度的办法，实现不了高分子废弃物的完全燃烧。实践证明不完全燃烧的多次重复，并不等于完全燃烧。现在又有人提出 “四次燃烧”，恰好说明“Reburn”是不完全燃烧技术。理智地放弃所谓“二次燃烧”不仅符合科学规律，在经济上也更合理。

3 高分子废弃物具有的热能资源价值法则将引发高端市场结构的深层次变革

（1）高端市场现状

仅以我国峰江废五金拆解产业园每天产生100吨高分子废物为例。该产业园内所产高分子废弃物的平均热值以8000kcal/kg估算，至少等于8百万kcal/t垃圾，略与吨重油的热量相当。当前日产100吨再生铝锭的熔炼炉，平均日耗重油为9.5吨。所以，峰江产业园日产100吨高分子垃圾的热量，至少可以替代10.5台100吨熔炼炉的日耗重油的热量。园区里既做废五金拆解，又做再生铝、铜熔炼的企业，首选的热能利用方案，无疑是用自己产生的高分子废弃物资源替代外购的重油来炼铝、铜。

因此，高分子垃圾热能资源/有机污染物的拥有者，又是铝、铜再生熔炼生产的企业，可以自筹资金进行自产高分子垃圾热能利用/灭害减量的技术改造，政府只需要修定一下技术规范，制定一个合理的政策对其进行支持和产业化引导。事实上，地方政府过分的商业干预（想建一个处理中心），反而导致2007年峰江产业园所在地黄琅填埋场200吨/日高分子垃圾资源处理项目搁浅至今，以致海边填埋场爆满，峰江产业园100吨/日高分子垃圾资源处理反而成了地方政府的一个难题。

（2）需要适当提高焚烧炉高端市场的进入门槛

我国垃圾焚烧炉厂家众多，大都为挂环保招牌（很少直接挂焚烧炉招牌）的私营企业。经营较好的环保企业多是从事污水、废气、固废、噪声、生态环境治理的企业。当前一些地方上中小型焚烧炉都要经过招投标程序，因此有能力做固废项目BOT/BOO的环保投资企业，其商业操作也十分艰苦。

能够看得准高分子废物高端市场需求规模的企业家，首先要解决“怎么才能寻找到能够把高分子废物完全燃烧，真正不冒黑烟的技术”这个问题；继而在知识产权的保护、高端产品的集约化生产、项目经营方式改革等重大对策问题上，进行深层次的研究，才能与时俱进。

4 高分子废弃物完全燃烧炉应当具备的基本结构与基本功能特征

高分子废物完全燃烧的基本炉型，由气化室和燃烧室两个部分构成。燃烧室的基本功能特征有：

（1）类似重油的完全燃烧的火焰极短，呈火炬状（2m左右）。燃烧室直接喷出的火炬必须大于1000℃，而且火焰尾部没有黑烟。只有这种火焰才能直接与蒸汽锅炉、燃气轮机、或者熔炼炉相对接。

（2）由于高热值的高分子废物的完全燃烧，根本不需要喷油助燃，作为原理展示的炉型可以不安装燃油机。

（3）完全燃烧室作为全气相的燃烧装备，必须具备安全防爆功能，无论是原理炉展示，还是正式产品，都必须经受以下功能的测试：

1）在相当宽的着火临界温度区间，具有任意浓度（尤其是较淡的或特浓的）原生态可燃气体（Raw Gas）无声自燃的点火功能，彻底消除气化燃烧设备爆燃的危害。

2）完全燃烧的气化室与燃烧室之间的温度差正好跨越了多环芳烃稳定反应的温度区间，因此气化室与燃烧室之间的托火界面，必须稳定可靠、不回火。

3）能够用手动或者其他简易的操作方法，在数秒时间内可纠正由于误操作造成不完全燃烧的黑烟。

（4）气化室必须具备“低温、低氧、低压”气化的基本功能，以降低原生态可燃气中的粉尘量；气化室同时应具有对有害元素进行惰化的功能，以及可有效回收金属的二级功能。

（5）必须具有分别针对或者混杂地进行：各种塑料、橡胶、油漆油墨、沥青质、动物尸体等高热值的高分子废弃物完全燃烧普适性功能的试烧演示和检测。

5 几点说明

（1）由于高分子废物气化生成的燃料气体不宜大容量存储和远程管道配送，因而目前只能以气化室/燃烧室一体的高分子废物焚烧炉为主炉型。

（2）关于热能转换燃烧器的连续运行功能—由于“固、液态高分子废物”向高温区“连续投料”，因此设备的绝热、密封、防积炭等，是另一个技术难题，当前国内外尚无成熟的产品和可靠的配套。

（3）组分复杂的高分子废物复分解反应过程差别很大，气化/着火临界差别也很大，燃烧过程的模糊控制难度就大。随着完全燃烧机理的成功解析，假以时日，搜集整理到足够的运行数据，是可以进行模拟程序控制的。

（4）目前，我国相关技术标准中用以鉴别“完全燃烧/不完全燃烧”的是：黑烟，林格曼烟度法（GB/T 5468-91）；恶臭，三点比较式臭袋法（GB/T 14675-93）；一氧化碳，非分散红外吸收法（HJ/T 44-1999）；二英，色谱-光谱联用法（HJ /T 43-1999）。

尾气检测标准中应解决：“炭黑析出的黑度”与“S、N、Cl、F生成物的烟色”之间区别的方法、“残留有机分子的恶臭”与“S、N、Cl、F生成物各自的刺鼻性、窒息性异味”的区别方法。

Analysis on High-end Market of Incinerator for Macromolecule Wastes

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1006-5377（2010）09-0047-02