本发明涉及一种废塑料的燃烧方法，具体涉及一种废塑料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧方法。
背景技术：
废塑料包括废弃的热硬性塑料和热塑性塑料，热硬性塑料主要有酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯树脂等，废热硬性塑料主要为电器件、玻璃钢制品及塑代钢制品等废弃物；热塑性塑料主要有pe、pp、pvc、ps、pet、abs、pc等，其中pvc占有较大比例。
当前，废塑料的再生利用包括作为原料利用和作为燃料利用两大方面。废塑料作为原料利用包括添加溶剂与新树脂重新混炼作为塑料制品、或与木屑混炼作为复合木材制品、或加其它填料和纤维混炼作为混塑板材、包装箱，及作为地面材料等，在废塑料作为原料利用方面的确取得了巨大的成果，也产生了良好的经济效益，但也同时增加了利用过程中的二次污染，降低了产品的档次和使用周期，并带来了不少的二次利用产品应用的严重环境污染和直接的大范围内对青少年人群的健康损害，且废塑料作为原料的利用其价格的绝对优势也打击了塑料产业的健康发展。
在废塑料作为燃料利用方面，因废塑料含有大量的树脂，且挥发份高，一般填料较低的废塑料其挥发分68～73%、固定碳6～7%、灰分18～22%，发热值达7500～8000kcal/kg（常见废塑料的发热量因其所用树脂材料不同及所用无机填料成分不同、比例不同而不同，一般为4800～10000kcal/kg）而得以关注，废塑料的燃料化利用主要包括废塑料热裂解或催化裂解油化和作为窑炉替代燃料。废塑料裂解油化技术包括热裂解、催化裂解和超临界水裂解现都已趋成熟，如中国江西丰城日青石油制品有限公司，源自石油的废塑料经热裂解产生液化气、汽油、柴油等回收率可达70%，达到国际先进水平。但客观上二次污染大，耗能高。
而在废塑料作为窑炉替代燃料方面，国内外的研究与应用亦已十分广泛，但可以总结概括为如下四类技术方法。
第一类方法，是将分选剔除含氯塑料的废塑料或采用热裂解脱氯的废塑料粉碎成塑料粉末（一般粉碎至1mm以下）喷入窑炉内直接燃烧。该方法在国内外应用最为广泛，如《中国建材》（2001年第7期）《用废塑料代燃料烧成水泥》及《四川水泥》（2001年第5期）《水泥烧成利用废塑料的最新技术》介绍了三河小野田水泥公司以重油为燃料回转窑烧制水泥生产线上试烧废塑料的技术开发情况，利用高热值>7900kcal/kg废塑料，先将废塑料进行脱氯处理（一般采用300℃常压加热裂解脱氯回收盐酸工艺），将废塑料氯含量降至0.6%，然后粉碎至1mm以下，在烧油的同时，以废塑料专用吹入管式燃烧器从窑头吹入回转窑内，其小部分大于1mm的塑料粉则喷入窑尾烟室及分解炉下端（即分解炉锥部）内燃烧，其主燃料油可减少40%。但该方法一是耗能，二是废塑料的脱氯工艺复杂易产生二次污染，三是废塑料中大量的塑化剂亦会挥发，浪费了废塑料中的能源，且提高了利用成本，四是须将塑料粉磨至粒径1mm以下的颗粒才能不产生强还原气氛及还原熟料，粉磨电耗过高，一般企业难以承受。
第二类方法，是将分选后不含氯的废塑料破碎直接送入高温水泥回转窑内燃烧。如《中国资源综合利用》（2002/10）《用废塑料作水泥窑燃料之技术》，介绍了一种使用不含卤族元素（氟、氯、溴、碘、砹）的热塑料废塑料用作水泥窑燃料的方法，将含氯等卤元素的废塑料分选去掉，块状塑料粉碎至粒径20mm以下、片状粉碎至30mm以下，利用与回转窑的窑头煤粉燃烧器并列设置的另一根喷嘴，向回转窑内吹送粉碎的块状废塑料。如日本德山水泥厂的3条水泥生产线一直以此技术利用不含卤元素的废塑料作燃料化技术，年耗废塑料10万吨，其使用的不含卤素废塑料平均热值为7500kcal/kg。但该方法尚只能适应于回转窑内，日本德山水泥厂多年的反复试验尚不能稳定应用于其水泥生产线上的分解炉内，而水泥生产线分解炉所需燃料比回转窑窑头所需燃料高近50%，分解炉与窑头燃煤比例一般为分解炉60～65%：窑头35～40%。另一方面，仍必需将废塑料中大量的含氯塑料分选去掉。事实上，当前业界一致认为废塑料的分类收集是降低废塑料再生利用的关键，如能将含氯废塑料分类回收，大部分废塑料可简化脱氯工序，大幅降低再生利用的成本。
第三类方法是将废塑料粉碎后或废塑料粉碎后与其他材料混合压制成燃料块后，以压制成型的燃料块送入窑炉内燃烧。但该方法制成型燃料块客观上能耗偏高、存在二次污染，且使用过程中燃烧速度偏慢、二次污染问题大多难以处理。
第四类方法是将废塑料作为熔核燃料和煤混合用于窑炉燃烧，即先将废塑料通过电加热膜加料熔融和熔化形成所谓的压缩塑料，再将熔融的压缩塑料切割成熔核，然后，将切片塑料熔核和煤混合用于窑炉燃烧。但该方法除加工较复杂、能耗偏高外，且其加工与焚烧释放问题仍有待研究和解决。
明显地，尽管废塑料的高温催化裂解具有极大的潜在优势，废塑料的裂解产物在燃烧性能上亦具有明显优势，且催化氧化技术较常规的燃烧方法具有显著优势，但在废塑料（含玻璃钢）作为替代燃料应用于工业窑炉方面至今未见任何将高温催化裂解和高温催化氧化燃烧技术直接结合的研究和实践。
众所周知，水泥生产是高耗能高污染企业，当前的水泥生产需要消耗大量的燃煤，以替代性燃料解决水泥生产所需的燃煤，尤其是替代分解炉用燃煤，一直是本行业科技工作者关注和研究的重要课题。如何结合解决好水泥生产中的替代性燃料尤其是分解炉用替代性燃料问题，并最大限度地利用各类废塑料资源、降低废塑料利用的加工能耗和成本，迫切需要一种全新的技术方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，为了克服上述技术的不足，提供一种能协同利用高温催化裂解和高温催化氧化燃烧优势，可最大限度降低废塑料作为水泥生产用替代燃料加工能耗、且无二次污染的废塑料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种废塑料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧方法，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量0.05～2%的液态催化裂解助燃剂喷洒至尺寸50mm以下的碎裂废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将步骤（1）所得的改性燃料送入干法水泥生产线系统上现有的分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用系统的拉风及分解炉内850℃～1200℃的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含卤塑料裂解产生的卤化氢（如氯化氢等）直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为转化为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
进一步，步骤（1）中，所述的废塑料混合物是指未经分选剔除聚氯乙稀（pvc)等含卤元素的废塑料混合物、或未经300±10℃裂解脱氯处理的各种废塑料的混合物，包括热固性和热塑性塑料废弃物。
进一步，步骤（1）中，所述的催化裂解助燃剂是指能同时有效促进废塑料在高温条件下的裂解和氧化过程，即催化塑料聚合物于高温条件下快速裂解为乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等并可同步提高塑料氧化速度的物质，为市售的产品、或市售的原料如重铬酸铵、重铬酸铁、偏钒酸铵、高铁酸钾、高氯酸锂、硝酸铈、硝酸镧、硝酸铁、硝酸铜、硝酸铝、硝酸锆、硝酸镍、硝酸铂、硝酸钯、硝酸铑、硝酸锂等中的一种或几种制成的水溶液。
进一步，步骤（2）中，所述的改性燃料送入干法水泥生产线系统上现有的分解炉内，可同时从分解炉上部/中部/下部区域多处分散布入分解炉内，但不能从分解炉锥部或底部布入炉内，以确保送入分解炉内的改性燃料能在拉风作用、及快速催化裂解产生的大量气化气体与氧化气体作用下处于悬浮裂解氧化无焰燃烧状态。
进一步，当步骤（2）中改性燃料高温裂解氧化燃烧过程所产生的氯化钙矿化剂过量至水泥熟料中氯含量超标时，降低入窑生料分解率2～4%，以入窑生料中增加的2～4%的碳酸钙的分解吸热和分解沸腾特性防止结皮，并以公知的窑尾烟室旁路放风技术排出过量的氯化物，旁路放风的余热供水泥生产线常规配套的余热发电系统发电。
本发明的技术原理：
1）针对废塑料类高聚物材料的成份特点和燃烧特性，结合考虑塑料类高聚合材料的高温催化裂解条件、及高温催化氧化燃烧的条件，同时利用高温催化裂解和高温催化氧化燃烧的优势，将催化裂解助燃物质直接吸附于碎裂的塑料上，对废塑料进行改性处理，选择高于800℃（分解炉内边部达850℃、中心高达1200℃）的高温托底温度场，解决好废塑料的快速裂解和快速氧化燃烧问题，使之能高效的大量用作分解炉用替代性燃料。
2）针对干法水泥生产线分解炉内的拉风特点、及高温催化裂解产生（喷涌而出）大量的乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等易燃性气体和高温催化氧化气体的作用特点，选用易于加工且加工成本低廉且不易产生二次污染的小于50mm的塑料碎裂物作为改性燃料的原料，既为物料的改性创造好条件，也为进入分解炉内后被拉风形成悬浮状态快速催化裂解氧化无焰燃烧创造出条件，最大限度地降低加工成本。
3）针对废塑料的材料成分特性及分解炉内大空间高温场中悬浮大量的碳酸钙、氧化钙物料的特点，直接利用不需要经过高温脱氯或分选剔除含氯塑料的混合废塑料混合物，实现废塑料混合物改性燃料于分解炉内空间的悬浮快速裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮裂解催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含卤塑料裂解产生的卤化氢如氯化氢等直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
4）针对废塑料混合物中可能出现的氯含量过高，改性燃料高温裂解氧化燃烧过程所产生的氯化钙矿化剂过量至水泥熟料中氯含量超标时，以降低入窑生料分解率2～4%方式，让粉料中增加的2～4%的碳酸钙分解吸热和分解沸腾特性，防止窑尾下料管及烟室内结皮粘堵，并借用公知的窑尾烟室旁路放风技术排出过量的氯化物，旁路放风的余热供水泥生产线常规配套的余热发电系统发电。以消除对窑系统运行工况的不利影响，避免窑系统产量损失和热能浪费。
本发明的有益效果：
1）方法简单，实用，废塑料作为替代燃料利用成本低，经济性好，便于推广。
2）可有效减少废塑料对环境的污染，及减少废塑料再利用加工过程中的能源消耗和环境污染，利于环保。
3）为水泥企业利用混合废塑料作为替代性燃料提供一种经济而实用的方法，利于水泥企业节能减排和降本增效。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
在某φ4x62.5m干法水泥生产线上实施，废塑料选用当地再生资源公司提供的未经分选的废塑料混合物，检测废塑料混合样物料最大尺寸49mm、氯含量1.68%、热值6983kcal/kg,催化裂解助燃剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司的zc-jg3型液态催化裂解助燃剂，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量0.1%的zc-jg3型液态催化裂解助燃剂喷洒至废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将改性燃料从干法水泥生产线系统上现有的分解炉的中部和上部送入分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用窑系统的拉风及分解炉内870℃（分解炉边部870～900℃）～1200℃（分解炉中心1100～1200℃）的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含氯塑料裂解产生的氯化氢直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步动态调整系统高温风机的拉风量维持在平衡风量以上，至取代窑系统尾煤用量的80%为止，连续4.3小时80%的尾煤替代量至改性燃料用完，窑系统运行的工况稳定，生料投料量增加9.3%（即熟料产量增加9.3%），窑内清亮，熟料结粒性好。取试验段熟料样检测熟料物理力学性能指标相当，熟料中氯含量增加0.01%升至0.035%，未超标。
本次试验表明，以未经分选的碎裂至小于49mm的废塑料混合物直接改性作为干法水泥生产线分解炉80%的替代燃料实施悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧的方法是可行的。
实施例2
在某φ3x46m干法水泥生产线上实施，废塑料选用当地废品回收站提供的未经分选的废塑料混合物，粉碎为小于40mm的物料，检测废塑料混合样氯含量3.81%、热值7468kcal/kg,催化裂解助燃剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司的zc-jg5型液态催化裂解助燃剂，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量0.3%的zc-jg5型液态催化裂解助燃剂喷洒至废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将改性燃料从干法水泥生产线系统上现有的分解炉的下部和中部送入分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用窑系统的拉风及分解炉内880℃（分解炉边部880～900℃）～1200℃（分解炉中心1100～1200℃）的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含氯塑料裂解产生的氯化氢直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步动态调整系统高温风机的拉风量维持在平衡风量以上，至取代窑系统尾煤用量的60%为止，连续8.5小时60%的尾煤替代量至改性燃料用完，窑系统运行的工况稳定，生料投料量增加11%（即熟料产量增加11%），窑内清亮，熟料结粒性好。取试验段熟料样检测熟料物理力学性能指标相当，熟料中氯含量增加0.018%至0.047%，未超标。
本次试验表明，以未经分选的碎裂至小于40mm的废塑料混合物直接改性作为干法水泥生产线分解炉60%的替代燃料实施悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧的方法是可行的。
实施例3
在某φ4.2x66m新型干法水泥生产线上实施，废塑料选用当地再生资源公司提供的未经分选的废塑料混合物，检测废塑料混合样物料最大尺寸46mm、氯含量2.89%、热值5797kcal/kg,催化裂解助燃剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司的zc-jg7型液态催化裂解助燃剂，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量0.8%的zc-jg7型液态催化裂解助燃剂喷洒至废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将改性燃料从干法水泥生产线系统上现有的分解炉的中部和上部送入分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用窑系统的拉风及分解炉内870℃（分解炉边部870～900℃）～1200℃（分解炉中心1100～1200℃）的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含氯塑料裂解产生的氯化氢直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步动态调整系统高温风机的拉风量维持在平衡风量以上，至取代窑系统尾煤用量的50%为止，连续6小时50%的尾煤替代量至改性燃料用完，窑系统运行的工况稳定，生料投料量增加7%（即熟料产量增加7%），窑内清亮，熟料结粒性好。取试验段熟料样检测熟料物理力学性能指标相当，熟料中氯含量增加0.013%升至0.037%，未超标。
本次试验表明，以未经分选的碎裂至小于46mm的较低热值的废塑料混合物直接改性作为干法水泥生产线分解炉50%的替代燃料实施悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧的方法是可行的。
实施例4
在某φ4x64m干法水泥生产线上实施，废塑料选用当地再生资源公司提供的未经分选的废塑料混合物，检测废塑料混合样物料最大尺寸40mm、氯含量2.3%、热值7846kcal/kg,催化裂解助燃剂选用市售的高氯酸锂、硝酸铜、硝酸铁、硝酸铈按质量比2:1:1:1的比例溶于水制成饱和溶液，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量1%的催化裂解助燃剂喷洒至废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将改性燃料从干法水泥生产线系统上现有的分解炉的中部和上部送入分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用窑系统的拉风及分解炉内880℃（分解炉边部880～900℃）～1200℃（分解炉中心1100～1200℃）的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含氯塑料裂解产生的氯化氢直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步动态调整系统高温风机的拉风量维持在平衡风量以上，至取代窑系统尾煤用量的90%为止，连续4.8小时90%的尾煤替代量至改性燃料用完，窑系统运行的工况稳定，生料投料量增加8%（即熟料产量增加8%），窑内清亮，熟料结粒性好。取试验段熟料样检测熟料物理力学性能指标相当，熟料中氯含量增加0.02%升至0.044%，未超标。
本次试验表明，以未经分选的碎裂至小于40mm的废塑料混合物直接改性作为干法水泥生产线分解炉90%的替代燃料实施悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧的方法是可行的。
实施例5
在某φ3.5x54m干法水泥生产线上实施，废塑料选用当地再生资源公司提供的未经分选的废塑料混合物，粉碎为小于50mm的物料，检测废塑料混合样氯含量4.1%、热值7069kcal/kg，催化裂解助燃剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司的zc-jg5型液态催化裂解助燃剂，包括如下步骤：
（1）改性：将相当于废塑料质量0.5%的zc-jg5型液态催化裂解助燃剂喷洒至废塑料混合物中，均化，得改性燃料；
（2）悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧：将改性燃料从干法水泥生产线系统上现有的分解炉的中部和上部送入分解炉内，提高干法水泥生产线系统的高温风机拉风量至窑系统平衡风量以上，利用窑系统的拉风及分解炉内880℃（分解炉边部880～900℃）～1200℃（分解炉中心1100～1200℃）的托底温度场，实现改性燃料于分解炉内空间的悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧，改性燃料悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧产生的热量直接供给分解炉内碳酸钙的分解，废塑料中的含氯塑料裂解产生的氯化氢直接与新生的氧化钙化合固化为氯化钙作为熟料烧成的矿化剂原料，废塑料中的无机物直接转化为熟料生产的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步动态调整系统高温风机的拉风量维持在平衡风量以上，至取代窑系统尾煤用量的65%为止，连续8小时65%的尾煤替代量至改性燃料用完，窑系统运行的工况稳定，生料投料量增加5%（即熟料产量增加5%），窑内清亮，熟料结粒性好。取试验段熟料样检测熟料物理力学性能指标相当，熟料中氯含量增加0.019%至0.043%，未超标。
本次试验表明，以未经分选的碎裂至小于50mm的废塑料混合物直接改性作为干法水泥生产线分解炉65%的替代燃料实施悬浮催化裂解和催化氧化无焰燃烧的方法是可行的。