利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法及系统 所述领域：
本发明属于涉及废塑料处理技术与设备以及提高冶金焦炭强度的方法，尤其是废塑料与煤共焦化提高焦炭强度的方法及设备。
背景技术：
随着世界经济和科技的迅猛发展，人们物质生活水平的日益提高，城市化进程的不断加快，城市固体废弃物的产量急剧增加。据统计，我国目前城市生活垃圾的年产量已经超过1.5亿吨，而且每年正以8％～10％的速度增长。我国大约有2/3的城市处于垃圾包围之中。我国城市生活垃圾中的废塑料约占垃圾总量的4％～10％，年产量达到500～600万吨，而且每年正以近8％～9％的速度增长。
目前，我国城市生活垃圾处理处置技术仍以卫生填埋和露天堆放为主，占总处理量的79.2％，其次采用堆肥处理，占总处理量的18.8％，少量采用焚烧技术，约占总处理量的2％。我国废塑料的回收再利用量仅占10％，约90％的废塑料被填埋和焚烧。因此，如何实现废塑料资源化利用和无害化处理，已经成为世界关注的焦点问题。
利用焦炉处理废塑料技术具有投资少，处理规模大，100％实现废塑料的资源化利用以及几乎不产生二次污染等优点，在世界上得以广泛关注，而且日本已经将该技术成功应用于生产实践。在现有利用焦炉处理废塑料的专利中，大多是利用相对复杂的工艺来保证添加废塑料后焦炭强度不降低。真正利用废塑料来改善焦炭质量的专利报道相对较少，但这些专利还存在工艺系统较为复杂，焦炭质量改善程度有限等缺陷，如日本专利，专利号为P2000-53970A，提到利用重质油与废塑料混合加热，使之聚合处理，作为炼焦用煤的粘结剂，以提高焦炭质量的方法。该方法中必须对废塑料与重质油在300℃-400℃之间进行加热聚合处理，然后再与煤混合，工艺相对复杂，而且能耗较高。日本专利，专利号为P2001-240868A，提及一种在固化成型后地废塑料表面覆盖一层由沥青等重质油组成的粘结剂以避免焦炭强度降低的方法，该方法需要将废塑料进行固化成型处理，同时将重质油沥青加热包裹在废塑料表面，工艺系统相对复杂，增加设备投资和运行成本，而且对焦炭质量改善效果不明显。国内还没有关于废塑料与煤共焦化处理方法及系统的专利技术报道，中国专利，专利号为CN1224043，公开了一种在煤中添加废塑料，在氮气或焦炉煤气气氛下共热解以增加焦油收率和减少水分的方法。该方法是基于实验室研究结果，处理温度为650℃，属于低温处理工艺，没有考虑工业应用过程中的废塑料收集、加工和废塑料在高温焦炉中焦化处理等工艺系统，也未提及废塑料对焦炭强度的影响。
发明内容：
针对国外现有利用焦炉处理废塑料专利技术工艺相对复杂，焦炭强度未能得到显著提高等缺陷，本发明的目的在于提供一种工艺简单，同时能够显著增加焦炭强度和降低焦炭反应性的方法和系统。
上述目的和任务是通过如下技术方案实现的：一种利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法，采用传统的炼焦工艺方法，在炼焦的过程中加入废塑料，具体实现步骤包括：(1)从生活垃圾中分拣出来的废塑料，压装成型后运往焦化厂；(2)废塑料与固体添加剂混合加工处理；(3)废塑料和添加剂的混合物与炼焦配煤混合入炉共焦化；(4)共焦化及其产物的回收利用。
所述的废塑料包括任何种类的废塑料，尤其能够适用城市生活垃圾中难以处理的混合废塑料。
所述添加剂可以是煤焦油、煤制沥青以及石油工业产生的废油和石油沥青，尤其指煤焦油沥青和石油沥青。
废塑料与添加剂的混合比例控制在0.5-1，废塑料与添加剂混合物与煤的比例控制为0.01-0.04。
利用皮带输送实现废塑料与添加剂的混合，混合后的物料同时进入塑料专用破碎机进行破碎处理，破碎后的物料粒度范围控制在10mm-20mm之间，同时实现废塑料与添加剂的均匀混合。
利用皮带输送机和皮带电子称在输煤栈桥始端与破煤机之间的位置向输煤皮带定量加入焦炭增强剂。
所述的共焦化及其产物回收与利用方法完全相同于传统炼焦方法和工艺。
一种实现权利要求1所述的利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法的系统，包括传统炼焦设备，其特征在于包括焦炭增强剂混合加工系统、焦炭增强剂与炼焦配煤定量均匀混合系统、焦炭增强剂与煤共焦化系统以及共焦化产物回收系统。
所述的焦炭增强剂混合加工系统，包括废塑料板式给料机、添加剂给料斗、输料皮带机、破碎机、焦炭增强剂输送皮带机，废塑料板式给料机出口与输料皮带机连接，输料皮带机的上方设有添加剂给料斗，输料皮带机的出料端与破碎机入口连接，破碎机的出料口与焦炭增强剂输送皮带机相连。
所述的焦炭增强剂与炼焦配煤定量均匀混合系统包括称重定量给料机和输煤栈桥，其中称重定量给料机的入口与焦炭增强剂输送皮带出口相连，称重定量给料机出口的下方接有输煤栈桥的输煤皮带。
所述的焦炭增强剂与煤共焦化系统以及共焦化产物回收系统完全利用传统炼焦装置、焦油回收装置和煤气净化与回收装置。
该方法的主要特点在于将传统炼焦工艺与现代废塑料回收和塑料加工工艺有机结合，在利用传统冶金炼焦技术和塑料加工技术大规模无害化处理“白色污染”和实现废塑料的100％资源化利用的同时，废塑料和添加剂在炼焦过程中存在协同效应，显著提高焦炭质量。该方法的主要有点在于：
(1)利用废塑料提高冶金焦炭强度，增加高炉喷煤比例，降低高炉冶炼的焦比，节约大量炼焦用煤和降低炼铁成本。
(2)可以直接利用传统炼焦工艺系统，无需对传统焦化工艺进行改造，投资较小，运行成本低、建设期短，具有良好的工业化应用前景。
(3)利用废旧塑料代替部分炼焦用煤，既有效解决“白色污染”问题，又节约了炼焦煤资源，产生了新的社会效益。
附图说明：附图1为本发明的整体系统工艺流程及设备图。
图标说明：1.打散机；2.皮带；3.添加剂给料斗；4.除铁器；5.废塑料专用破碎机；6.皮带；7.缓冲料斗；8.称重给料器；9.输煤栈桥的输煤皮带。
具体实施例：
利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法，包括废塑料收集方法、废塑料与添加剂混合加工方法、废塑料及添加剂与炼焦配煤定量均匀混合入炉方法、废塑料及添加剂混合物料与煤共焦化方法以及共焦化产物回收方法。其中废塑料收集方法有：(1)在办公区、商业区、校园、居民生活小区等地实行人工收集和分选废塑料；(2)从塑料生产、加工、销售以及废塑料收集回收公司进行废塑料的收集与分选；(3)从城市生活垃圾分选站、转运站以及垃圾综合处理场通过机械分选和人工分选相结合的方法收集废塑料。废塑料加工方法主要采取破碎方法进行加工处理，并与添加剂均匀混合构成焦炭增强剂。焦炭增强剂通过称重给料机和皮带输送方法，实现其与煤定量均匀混合入炉。废塑料及添加剂混合物料与煤共焦化以及共焦化产物回收方法完全采用传统配煤炼焦及其配套工艺方法。
上述方法的实施过程是首先通过人工收集或机械分选，完成废塑料原料的收集。收集来的废塑料运往焦化厂的焦炭增强剂加工车间，与添加剂混合破碎处理后形成焦炭增强剂，通过称重给料机和皮带输送，在输煤栈桥始端与破煤机后的位置将该焦炭增强剂定量均匀混入输煤栈桥的输煤皮带上，并与炼焦配煤混合进入焦炉炼焦，炼焦产物包括焦炭、焦油、煤气以及氨水等完全采用传统炼焦工艺进行回收处理。
采用上述废塑料与煤共焦化处理的方法，该方法的基本原理将加工处理过的废塑料及添加剂按一定比例与煤混合后，置于传统炼焦炉中进行高温干馏，使废塑料转化为可用于冶金的优质焦炭，可用作液体燃料和化工原料的焦油以及可用作洁净高热值燃料和化工合成原料气的优质煤气。其中的废塑料和添加剂在与煤共焦化过程中具有协同效应，对焦炭生成起到了粘结剂的作用，使得焦炭强度明显改善。
实现利用废塑料提高冶金焦炭强度方法的系统，该系统主要由垃圾收集系统、废塑料与添加剂混合加工系统、废塑料及添加剂混合物料与煤定量均匀混合系统、废塑料及添加剂混合物料与煤共焦化系统以及共焦化产物回收处理系统组成。其工艺流程如图1所示。该系统的实施过程结合图1描述如下：打包装运到焦化厂焦炭增强剂生产车间的废塑料，经过打散机1进行打散，再经过皮带2运输定量均匀地给废塑料专用破碎机5送料，同时皮带2上方装有添加剂给料斗3，使添加剂定量均匀地加入废塑料皮带2，实现废塑料与添加剂在皮带2上初步混合；皮带2末端设有除铁器4，去除废塑料中的金属铁以保护废塑料专用破碎机5。废塑料和添加剂在破碎机5内同时完成破碎和均匀混合加工过程，形成焦炭增强剂。焦炭增强剂通过皮带6输送到位于输煤栈桥起始端和破煤机出口端位置的缓冲料斗7内，并由缓冲料斗7底部的称重给料器8定量均匀放料。该物料定量均匀地进入输煤栈桥的输煤皮带9上，并通过输煤皮带9的翻转实现焦炭增强剂与炼焦配煤的均匀混合入炉。焦炭增强剂与煤进入焦炉进行高温共焦化，所得产物通过传统的焦化产物回收处理系统进行回收净化处理，该部分系统与传统炼焦工艺系统完全相同。
整个系统的设备连接情况描述如下：打散机1的出料口与皮带2入料端相连，皮带2中部上方装有添加剂给料斗3，皮带2末端上方设有除铁器4，皮带2末端下方出料口与废塑料专用破碎机5的入料口连接，破碎机5的出料口与皮带6进料端连接，皮带6的出料末端与缓冲料斗7的入料口连接，缓冲料斗7的下部装有称重给料器8，称重给料器8的出料口位于原有输煤栈桥的输煤皮带9的上方，输煤栈桥的输煤皮带9的起始端与末端的连接系统和设备完全同于传统炼焦工艺及设备。
利用200kg试验焦炉进行试验，试验焦炉的规格为：炉体有效长800mm，有效高900mm，宽度为450mm，装煤量230kg(干煤)，结焦时间为18小时，焦饼中心温度大于950℃。本实施方案采用的原料包括首钢炼焦配煤(HC)、焦油沥青(HQ)和北京市生活垃圾中的废塑料(HP)；原料加工过程包括废塑料与焦油沥青的混合破碎和混合破碎物料与炼焦配煤的均匀混合两道工序；将加工好的原料加入炼焦炉中进行不同方案的对比试验，试验结果如表1所示。
表一： HQ占HC的 比例(％) HP占HC的 比例(％) CRI (％) CSR (％) 比较例 1 0 0 28.9 57.07 比较例 2 2 0 26.7 60.05 比较例 3 0 1 32.46 54.35 发明例 1 2 1 24.14 65.70 发明例 2 1 1 27.08 60.00 发明例 3 2 2 28.13 60.10
表中CRI和CSR分别代表焦炭反应性和焦炭反应后强度。比较例1代表230kg干煤焦化结果；比较例2和比较例3分别代表230kg干煤加4.6kg焦油沥青与230kg干煤加2.3kg废塑料共焦化所得结果；发明例1代表230kg干煤加4.6kg焦油沥青加2.3kg废塑料共焦化所得结果；发明例2和发明例3分别代表230kg干煤加2.3kg焦油沥青加2.3kg废塑料与230kg干煤加4.6kg焦油沥青加4.6kg废塑料共焦化所得结果；
发明例1为本发明的典型实施例，通过废塑料与焦油沥青的简单混合破碎后与炼焦配煤共焦化可得到焦炭反应性明显降低和反应后强度显著升高的优质冶金焦炭，从而实现了本发明的目标。
采用本发明原料通过简单加工，可以达到利用废塑料来显著改善焦炭质量，明显降低焦炭反应性和显著升高焦炭反应后强度的效果。既有效处理废塑料，使废塑料得以资源化利用和无害化处理，又改善焦炭质量，增加炼焦的经济效益。