2005④能源工程 -
17-收稿日期:2005-04-04
作者简介：苏亚欣(1972-)，男，博士，副教授，主要从事传热学、先进燃烧技术和新能源等的研究。 苏亚欣，张先中，申良坤
(东华大学环境学院，上海200051)
摘 要：废轮胎的产量日益增加，此类固体废弃物的管理是一个难题。研究如何对其资源化利用对于保护环境和节约资源都是非常有意义的。在对目前有关废轮胎回收利用技术简要回顾之后，提出了以废轮胎为燃料，通过再燃技术用于燃煤锅炉N O x 排放的治理，对其可行性进行了讨论。利用国内生产技术以废旧轮胎大规模生产胶粉用于燃煤锅炉的再燃脱硝，能够很好地解决我国目前越来越多的废轮胎的生产现状，并把它们能源资源化利用，而且在利用过程中避免了再生胶、热能、热解利用等过程的二次污染问题。研究已证明，基于废轮胎的燃料不但具有比煤更高的热值，而且具有再燃脱硝燃料的优良性能，用于燃煤锅炉的再燃脱硝过程既可以达到脱除N O x 污染排放的目的，同时可以大量地减少宝贵的煤及天然气等化石燃料的消耗。关键词：固体废弃物；废轮胎；能源资源化利用；再燃； 脱硝
中图分类号:X 734.2 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2005)04-0017-05
An e wi d e a f o r w a s t e t i r e u t i l i z a t i o n :a s r e b u r n i n g
f u e l f o r N O x r
e d u c t i o n S UY a -x i n ,Z H A N G X i a n -z h o n g ,S H E NL i a n g -k u n
(S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,D o n g h u a U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200051,C h i n a )
A b s t r a c t :W a s t e t i r e s a r e i n c r e a s i n g r a p i d l y a s s o l i d w a s t ed i s p o s a l a n di t 's d i f f i c u l t t o c a r r y o u t t h e m a n a g e m e n t p r o b -l e m s a s s o c i a t e d w i t ht h e w a s t e t i r e d i s p o s a l .I t 's n e c e s s a r y t o i n v e s t i g a t e n e wt e c h n i q u e s f o r i t s u t i l i z a t i o n a s r e s o u r c e s .A f t e r r e v i e w i n g b r i e f l y o n t h e p r e s e n t t e c h n i q u e s w i t ht h e r e c y c l eo f w a s t e t i r e s ,t h e a u t h o r p r o p o s e dt h e u s e o f w a s t e t i r e s a s a f u e l t o r e d u c e b o t h a i r e m i s s i o na n d s o l i d w a s t e b y a p p l y i n g t i r e s a s a r e b u r n i n g f u e l f o r N O X r e d u c t i o n .T h i s p a p e r h a s i m p l i c a t i o n
s f o r p o l i c y m a k e r s e v a l u a t i n g s o l i d w a s t e d i s p o s a l o p t i o n s ,a s w e l l a s f o r b o i l e r s i n v o l v e d i nd e t e r -m i n i n g a p p r o p r i a t e N O X c
o n t r o l s t r a t e g i e s .K e yw o r d s :s o l i dw a s t e d i s p o s a l ;w a s t e t i r e s ;u t i l i z a t i o n a s e n e r g y a n dr e s o u r c e s ;r e b u r n i n g ;N O X r
e d u c t i o n 0 前 言
目前全世界每年有大约15亿条轮胎报废[1-3]
，其中得到回收利用的只占15%～20%。
我国是轮胎生产大国,2001年我国的轮胎产量达到13356万条，占世界第三位。目前我国每年产生废弃轮胎5000多万条，并呈迅速增长趋势。以上海为例，目前上海每年产生废旧轮胎约210万条，且随机动车的增加今后几年上海废旧轮胎增长率可能超过20%
[4]
。
废旧轮胎为不熔或难熔性高分子弹性材料,
具有很强的抗热、抗生物、抗机械性，并难以降解。废旧轮胎的处理已经成为一个全球性的环境问题。在20世纪90年代世界各国普遍采用填埋或堆放的方法，不但占用大量土地，而且滋生蚊虫，并易引发火灾，造成二次公害，成为“黑污染”。
随着社会经济的发展，对各类垃圾和废弃物的认识已经开始从“无用的垃圾”向“可能源资源化利用的资源”转变。可持续发展的要求不仅是在工业生产、人民日常生活中减少污染和治理污染，而且要考虑而自然资源最大程度地利用。
废轮胎的产量日益增加，研究如何对其资源
能源与环境
化利用对于保护环境和节约资源都是非常有意义的。本文在对目前有关废轮胎回收利用技术简要回顾之后，提出了以废轮胎为燃料，通过再燃技术用于燃煤锅炉N O x排放的治理。
1 目前废轮胎的主要利用技术现状
20世纪90年代开始，发达国家开始投入资金研究开发废旧轮胎的利用技术。目前世界上将废旧轮胎作为资源回收再利用的主要途径有：原形改制、热能利用、热解、轮胎翻新以及生产再生胶或胶粉等。原形改制处理费用低，不需要技术支持，但消耗的废旧轮胎量很小，只能作为一种辅助途径。目前我
国的废旧轮胎的翻新能力大约在1000万条，再生胶生产能力大约在100万t，胶粉的生产能力不足3万t。因此，这些回收利用途径远远跟不上我国废轮胎的增长速度。此外，目前我国主要是一些小企业从事废旧轮胎的翻新加工，技术和设备都比较落后。再生胶的加工过程造成二次污染。
热能利用能够最大量地消耗废旧轮胎，而且可以达到废弃物“减量化、能源化和无害化”，深受各国重视。在美国、日本及欧洲许多国家在水泥厂、发电厂、造纸厂、钢铁厂等使用废轮胎做燃料，效果非常好。此外，用热解的方法处理废旧轮胎并回收热解碳、热解油和热解气，是近年来发展起来的一种很有潜力的技术，国际上的研究文献非常多，不再罗列，国内一些单位对它进行了研究[6-12]。但热解技术目前存在设备投资大、操作费用高等问题。
因此，发达国家近20年来大力开展废轮胎的利用新技术，其中胶粉生产新工艺备受重视。胶粉可广泛用于高速公路的改性沥青、防水材料等。我国的工程技术人员自己开发的常温生产胶粉的技术已达到国际先进水平并投入规模化生产，生产出的80～200目胶粉主要用于出口韩国以及美国、加拿大及中东地区，而国内的市场需求还很小。
2 再燃技术脱硝及再燃燃料的选择
N O x日益成为一种严重的大气污染物，它是造成酸雨的重要因素之一，并危害人类、动植物的健康。煤燃烧过程排放出大量的N O x，对N O x的控制研究一直是国际上研究的热点课题。国际发达国
家对N O x排放的标准比较严格，如原联邦德国1984年的标准为300M W以上燃煤设备N O x 排放标准为200m g/m3，美国1990年的清洁空气法修订案对N O x的排放要求更为严格，因此促进了这些国家有关机构和研究人员对N O x控制技术的研究。我国新修订的《火电厂大气污染物排放标准》(G B13223-2003)对不同时段锅炉的N O x的排放做出了严格的限制。
针对不同的应用背景研究人员和工程技术人员研究开发了很多种减少N O x排放的燃烧技术，其中再燃技术是一种很有效的脱硝技术。该技术把燃料的一部分在主燃区的下游送入燃烧器，已生成的N O x在富燃料条件下被还原为N2。早在1950年时P a t r y和E n g e l[14]就发现碳氢燃料能够消除N O。之后,M y e r s o n(1957)[15]、D r u m m o n d (1960)[16]也发现甲烷可消除N O。W e n d t等人于1973年首先提出了“再燃(r e b u r n i n g)”的概念[17]，再燃脱硝技术1983年在国外就被成功应用于大型锅炉[18]，此后，很多研究人员对再燃脱硝进行了多方面的机理和应用研究[19-28]。在美国、日本等国家大型燃煤锅炉都取得了再燃脱硝技术的成功应用范例[29]。我国在20世纪90年代末期开始对再燃技术进行研究和应用[30-39]。
通常，再燃燃料如果不含N且易于和生成的N O x反应，则它的脱硝效果就会比较好。目前，国际范围再燃技术所采用的再燃燃料一般为天然气和低阶煤。天然气的再燃脱硝效果很好，但考虑到经济因素其价格相对比较高，而且在大型炉膛中很难达到反应区的内部。烟煤、褐煤等含高挥发分的低阶煤做再燃燃料脱硝效果与天然气接近[24,40]，而高阶煤的再燃脱硝效果较差，主要是它们含的挥发分不同。
木材也被证明在一定条件下的再燃脱硝效果与煤粉、天然气相当[41-43]。研究表明乙烷[44]、丙烷[45]、丁烷[46]、异丁烷[47]、乙烯[48]、丙烯[49]等烃类以及C O/H2[50]也具有很好的再燃脱硝效果。
大多数的实验研究结果[52]均表明在满足下列条件下能达到好的再燃脱硝效果(脱硝效率和燃料的燃尽程度都高):(1)再燃燃料应含有高挥发分;(2)在再燃区的停留时间要足够长;(3)优化再燃区的混合条件。这是选择高效再燃燃料和实施高效再燃脱硝效率的条件。废弃橡胶和轮胎等固体废弃物含有很少量的S和N元素，挥发分
能源与环境
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含量高，易于燃烧，如果选择它们作为再燃燃料用于脱硝，在脱除已生成N O x的时候，不会生成新的N O x，因此是一种很有潜力的再燃燃料。
3 废轮胎再燃脱硝的可行性
国际上对再燃脱硝的研究主要集中于低阶煤、天然气等燃料以及运行条件对脱硝效率的影响等方面。对生物质材料作为替代再燃燃料的研究也有一些。对类似废弃轮胎等材料的再燃脱硝的研究报道非常少，极少数的文献表明它具有脱硝效果[51]。
典型的废旧轮胎的工业分析表明，它含C元素80%以上，含N、S元素低于1.0%，含水分和灰份均比较低[5-8]，是一种高热值材料，每千克的发热量比木材高69%，比烟煤高10%，比焦碳高4%，因此，适于用做燃料。研究表明废轮胎热解时释放的挥发分气体产率达到40%，气体成分主要是C O、H2、C H4、C2H4等可燃气体[6,13]。这些气体都具有很好的再燃脱硝效果。因此，废轮胎完全满足作为再燃燃料的条件。
再燃燃料通常都是以粉末状态送入锅炉的再燃区。以煤为例，煤粉颗粒越细，则挥发分的析出越容易，则再燃脱硝效果越好。废轮胎用于再燃脱硝时，首先需要加工为粉末。前以叙及，我国在常温条件下生产胶粉的技术已经成熟且具有规模化生产能力，而目前国内对胶粉的需求还不足。因此，利用国内生产技术以废旧轮胎大规模生产胶粉用于燃煤锅炉的再燃脱硝，具有很重要的意义:(1)能够很好地解决我国目前越来越多的废轮胎的生产现状，并把它们能源资源化利用，而且在利用过程中避免了再生胶、热能、热解利用等过程的二次污染问题;(2)研究已证明，基于废轮胎的燃料不但具有比煤更高的热值，而且具有再燃脱硝燃料的优良性能，用于燃煤锅炉的再燃脱硝过程既可以达到脱除N O x污染排放的目的，同时可以大量地减少宝贵的煤及天然气等化石燃料的消耗，同时还能使锅炉的发热量增加;(3)在大规模使用废轮胎为再燃燃料的同时，将大大推动我国相关产业的发展，特别是废轮胎的回收利用技术的进一步开发。
4 结 论
我国废轮胎的产量增加十分迅速，发展废轮胎的回收利用技术迫在眉睫。其中以再燃方式把它作为脱硝燃料用于燃煤锅炉的再燃脱硝是很有发展前途的技术，它既可以大量地消耗废轮胎，将其能源资源化利用，同时减少其他利用技术中的二次污染和燃煤锅炉的N O x排放，并利于节约宝贵的煤、天然气等化石能源。有关固体废弃物管理部门及燃煤电厂均可以考虑开展以废轮胎为燃料的再燃N O x控制的应用。
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观 点 节能对住宅成本有多大影响
当前，中央提出大力发展节能省地型住宅和公共建筑，站在经济社会发展全局来算总账，显然是合算了。落实在具体行动中，老百姓会算这样的账：购买节能住宅对我的居住成本有什么影响?房地产商也会算账：开发节能住宅会增加多少建造成本?
中国建筑学会理事长宋春华说，发展节能省地型住宅不是提高了居住成本，总体上是降低了居住成本。发展节能省地型住宅，要树立全寿命成本概念。
他说，大多数消费者往往只关注购房时的总房价，而没有计算分落在“使用年”上的价格是多少。“节能省地型”住宅应该是集成大量实用技术、科技含量比较高的住宅，是综合性能较好的长生命周期的安全耐用的住宅，较之因性能和质量差、运行费用高而不得不拆除的短寿命住宅，分摊在每个使用年的购房成本，还是降低的。
对于开发商而言，究竟能够增加多少成本呢?南京锋尚房地产开发有限公司副总经理史勇，以北京锋尚国际公寓为例，北京锋尚国际公寓采用新型系统化住宅节能技术，住宅节能超过了北京节能65%的要求，史勇说，目前锋尚成套做法的成本约在每平方米建筑面积650元左右，看起来还比较高，但是减去普通节能要求的投入和设备减少部分，综合造价在每平方米300元左右，而且它所具有的更优良的节能效果和较高的健康舒适水平对居住者带来的好处是不可低估的。
不可否认的是，从短期看，节能会带来一定成本的增加。因此，就要国家出台相关的经济激励政策，鼓励支持节能住宅的开发建设。
□本刊
能源与环境
2005④能源工程 - 21-
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