唐學(xué)全

（重慶朔風(fēng)科技有限公司，重慶 400000）

二噁英為生態(tài)環(huán)境中的有毒有機(jī)化合物，具有劇毒性、生物富集性、致癌性、長期穩(wěn)定性等特征。近年來，我國工業(yè)發(fā)展迅速，在冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，二噁英能夠以副產(chǎn)物的形式，通過各類介質(zhì)排放至生態(tài)環(huán)境中，如廢氣、廢水等。在鐵礦石燒結(jié)過程中，可產(chǎn)生大量二噁英，因此，鐵礦石燒結(jié)是二噁英排放的重要來源，亟需對鐵礦石燒結(jié)過程中的二噁英減排措施進(jìn)行深入研究[1]。

1 鐵礦石燒結(jié)過程中二噁英的形成機(jī)制

鐵礦石燒結(jié)床床溫如圖1 所示，燒結(jié)床結(jié)構(gòu)從上而下是由燒結(jié)料層、燒結(jié)層、干燥層以及過濕層所組成的，其中，燒結(jié)層位核心。在鐵礦石燒結(jié)過程中，燒結(jié)床向下通風(fēng)，即可促進(jìn)燒結(jié)混合料水分揮發(fā)，進(jìn)而形成干燥層，當(dāng)氣流通過干燥層時，其所攜帶的水蒸氣在低溫條件下發(fā)生冷凝過程，即可形成過濕層。燒結(jié)層即火焰區(qū)，溫度高達(dá)1300℃以上，火焰前緣焦炭燃燒，導(dǎo)致燒結(jié)混合物的物化性質(zhì)產(chǎn)生變化，在燒結(jié)床移動過程中，燒結(jié)層不斷向下移動，導(dǎo)致燒結(jié)床整體結(jié)構(gòu)中間位置溫度較高，而兩頭溫度較低。

通過對燒結(jié)床溫度分布情況進(jìn)行分析，燒結(jié)床內(nèi)部溫度易形成二噁英，在燒結(jié)床中添加尿素，即可有效降低二噁英產(chǎn)量，如果將尿素加入至風(fēng)箱中，二噁英產(chǎn)量不會顯著降低。早燒結(jié)床干燥層中，二噁英濃度較高，因此，二噁英是在火焰前緣所形成的。上層揮發(fā)有機(jī)物可發(fā)生冷凝反應(yīng)，火焰前緣溫度、氧氣均有利于形成二噁英，因此，二噁英形成量較多。

在燒結(jié)床中，火焰前緣逐漸向下移動，在此過程中，二噁英中可形成高氯同類物，并發(fā)生熱解反應(yīng)或者脫氯反應(yīng)，低氯同類物容易揮發(fā)。在燒結(jié)混合物中，可應(yīng)用13C 和C37 替代替二噁英，而回收率比較低，由此可見，在鐵礦石燒結(jié)過程中，二噁英可降解，可能吸附至燒結(jié)材料或者燃燒產(chǎn)物，同時在燒結(jié)床上的保留時間比較長。當(dāng)二噁英接觸到潮濕區(qū)后，二噁英即可發(fā)生冷凝反應(yīng)。當(dāng)火焰前緣達(dá)到燒結(jié)床底部時，即可完成整個燒結(jié)過程，二噁英可存在于尾氣中[2]。

圖1 燒結(jié)料層中溫度分布形式

2 鐵礦石燒結(jié)前二噁英減排控制

2.1 控制燒結(jié)原料成分

在鐵礦石燒結(jié)過程中，氯元素是形成二噁英的必要元素，而銅、鐵等其他金屬元素可作為催化劑。在燒結(jié)原料中，銅元素以及氯元素可直接影響二噁英的濃度，如果銅元素和氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高，則二噁英排放濃度也會隨之提升，因此，在鐵礦石燒結(jié)過程中，應(yīng)盡量選用金屬元素含量比較低的礦石，同時在投入燒結(jié)前，還可進(jìn)行預(yù)處理，有效減少燒結(jié)原料中金屬元素含量。在除塵器飛灰以及氧化鐵皮中，有很多沒有完全燃燒的殘?zhí)?，其中氯元素含量高，可促進(jìn)二噁英的形成，對此，可將氧化鐵皮、EP 灰加入至燒結(jié)原料中，能夠有效降低二噁英產(chǎn)量。除此以外，燒結(jié)染料也會對二噁英的形成產(chǎn)生較大影響，揮發(fā)性有機(jī)物能夠促進(jìn)二噁英的形成，無煙煤與焦炭相比，揮發(fā)性有機(jī)物含量比較高，如果將大量無煙煤加入至染料中，則在鐵礦石燒結(jié)過程中會產(chǎn)生大量二噁英[3]。

2.2 添加抑制劑

在鐵礦石燒結(jié)混合料中，為了去除氯以及破壞金屬催化劑，可加入一定量抑制劑，對二噁英的形成過程產(chǎn)生抑制作用，抑制劑類型主要有三種，即含氯抑制劑、含硫抑制劑以及堿性抑制劑。其中，含氯抑制劑以及含硫抑制劑中的按以及硫具有弧對電子，在于催化金屬接觸后，即可形成絡(luò)合物，絡(luò)合物穩(wěn)定性較高，可顯著抑制催化劑活性。另外，堿性抑制劑能夠與安以及HCl 發(fā)生反應(yīng)，避免為二噁英的形成提供大量氯源。

含氨基化合物抑制劑類型較多，包括氨、尿素等，其中，尿素的應(yīng)用成本比較低。在鐵礦石燒結(jié)過程中，通過應(yīng)用尿素，在加熱過程中即可形成氨以及各類化合物，降低HCl 濃度，同時還可對金屬催化劑的催化反應(yīng)起到抑制作用，降低二噁英生成量。

在鐵礦石燒結(jié)過程中，通過應(yīng)用含硫化合物，可對二噁英的形成過程起到良好的抑制作用，但是如果僅應(yīng)用含硫化合物，可導(dǎo)致煙氣中硫化物排放量增加，對此，可聯(lián)合應(yīng)用含氮抑制劑以及含硫抑制劑，可與HCl 發(fā)生反應(yīng)形成鹽，并且將氯轉(zhuǎn)移至顆粒相中，進(jìn)而減少氣象中氯元素含量。

3 鐵礦石燒結(jié)中二噁英減排控制

3.1 調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝條件

如果焦粉含量比較少，則二噁英的形成量也比較小，隨著熱風(fēng)溫度以及含氧量的提升，先增加，然后逐漸減小，當(dāng)焦粉用量減少10%，熱風(fēng)溫度高達(dá)200℃以及含氧量達(dá)19%時，二噁英的形成最少。為了抑制二噁英的形成，在鐵礦石燒結(jié)過程中，需改善供氧條件，含氧量對于二噁英的形成影響較大，主要原因在于氧是促使二噁英形成的管家你元素，如果缺氧，則二噁英的形成量會顯著減少。另外，隨著氧濃度的不斷提升，燃燒效率會顯著降低，對此，可減少飛灰中的殘?zhí)恳约安煌耆紵袡C(jī)化合物含量，即可對二噁英的形成產(chǎn)生抑制作用。

3.2 氧碳比的控制

在形成二噁英時，碳、氧、氫以及氯等元素至關(guān)重要，需加強(qiáng)控制。其中，碳元素為鐵礦石燒結(jié)過程中的必須元素，因此無法調(diào)整，對此，可控制氧元素、氫元素以及氯元素，通過調(diào)節(jié)氧碳比，即可減少二噁英的形成量。

3.3 燒結(jié)熱態(tài)煙氣循環(huán)操作

在鐵礦石燒結(jié)過程中，需做好廢氣循環(huán)，對于燒結(jié)完成后所產(chǎn)生的部分廢氣，可將其引入至燒結(jié)層中，如果廢氣中含有二噁英，則在經(jīng)燒結(jié)后即可被高溫分解，進(jìn)而有效減少二噁英排放量。為探究燒結(jié)熱態(tài)煙氣循環(huán)對于二噁英排放的影響，需關(guān)注循環(huán)煙氣溫度、含氧量、燒結(jié)料焦比以及生石灰，如果煙氣溫度比較高，則更有利于形成二噁英，另外，通過減少循環(huán)煙氣中的氧含量，可避免對燒結(jié)質(zhì)量造成不良影響，同時有效減少二噁英的排放。在燒結(jié)熱態(tài)煙氣循環(huán)中，當(dāng)煙氣溫度達(dá)150℃時，即可添加高質(zhì)量石灰，能夠顯著減少二噁英排量。煙氣循環(huán)不僅可減少二噁英排放，同時還可有效減少其他污染物。

4 鐵礦石燒結(jié)后二噁英減排控制

4.1 活性炭吸附法

對于活性炭吸附法，可分為三種形式，包括移動床、固定床以及活性炭噴射。為了去除鐵礦石燒結(jié)完成后煙氣中的二噁英，可聯(lián)合應(yīng)用活性炭噴射以及布袋除塵器，通過聯(lián)合應(yīng)用兩種技術(shù)措施，能夠有效提高二噁英脫除率。如果活性炭噴入量為100mg/m3，隨著布袋出口溫度的不斷降低，布袋除塵器進(jìn)口處煙氣中二噁英的濃度也會隨之降低，當(dāng)布袋除塵器出口溫度達(dá)道160℃時，二噁英濃度可達(dá)0.5ng-TEQ/m3，另外，當(dāng)活性炭的噴入量在50mg/m3～100mg/m3之間時，燒結(jié)煙氣中二噁英脫除率高達(dá)99%。在煙道活性炭噴射法的實(shí)際應(yīng)用中，可減少燒結(jié)煙氣中二噁英排量，在該方法的實(shí)際應(yīng)用中，可將95μm 的褐煤活性焦作為吸附劑，煙氣中二噁英濃度能夠降低至0.3 ～0.4ngITEQ/m 之間。活性炭吸附法的應(yīng)用方法簡單高效，但是對于吸附后的活性炭，不能回收利用，需作為固定廢棄物進(jìn)行處理。

4.2 催化劑催化降解法

在煙氣污染物治理中，可利用煙氣凈化設(shè)備，并開發(fā)應(yīng)用一體化脫除技術(shù)。對于選擇性催化還原（SCR）裝置，主要應(yīng)用于NOx排量控制中，隨著SCR 裝置技術(shù)的不斷發(fā)展以及推廣應(yīng)用，在垃圾焚燒廠二噁英排放控制方面，SCR 裝置也可發(fā)揮優(yōu)勢在偶用，煙氣中含有大量重金屬，能夠有效降低SCR 裝置的催化作用，因此，對于SCR 裝置，可安裝在焚燒爐尾部。對于二噁英等有機(jī)污染物，可利用Ti、V 和W 的氧化物進(jìn)行催化和分解，對此，可將催化分解與布袋除塵進(jìn)行有效結(jié)合，另外，還可在SCRDeNOx催化塔中應(yīng)用特殊催化劑，不僅能夠?qū)O2發(fā)揮催化還原反應(yīng)，同時還可催化分解二噁英以及多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物。除此以外，還可應(yīng)用SCR 催化劑，其是由Ti、V 和W 的氧化物所形成的，氧化物能夠在300℃～400℃的高溫環(huán)境中與二噁英發(fā)生反應(yīng)，并形成CO2、H2O、HC。另外，對于每立方米煙氣，可增加500mg 焦炭顆粒，將其作為添加劑，二噁英脫除量達(dá)90%。

4.3 UV/O3 氧化技術(shù)

在鐵礦石燒結(jié)過程中，對于氣態(tài)二噁英，可利用UV/O3氧化技術(shù)治理，在UV/O3氧化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，可產(chǎn)生羥基自由基，其能夠與二噁英發(fā)生親電加成反應(yīng)。通過將UV/O3氧化技術(shù)應(yīng)用鐵礦石燒結(jié)后煙氣治理中，能夠有效降低二噁英排放總量，同時降低毒性作用。但是，在UV/O3氧化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，需消耗大量電能以及臭氧。除上述技術(shù)外，在鐵礦石燒結(jié)完成后，為減少二噁英排放總量，還可采用等離子體-電弧法、原位玻璃化技術(shù)、納米管清除技術(shù)、熱脫附技術(shù)等，這類技術(shù)應(yīng)用難度較大，所需成本高，因此尚未得到推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要對鐵礦石燒結(jié)過程中減少二噁英排量的關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)行了詳細(xì)探究?，F(xiàn)如今，國家對于二噁英排放控制的力度不斷加大，在鋼鐵行業(yè)發(fā)展中，鐵礦石燒結(jié)過程為二噁英的重要來源，為有效減少二噁英排量，需關(guān)注鐵礦石燒結(jié)前、燒結(jié)中以及燒結(jié)后三個階段。在鐵礦石燒結(jié)前，控制燒結(jié)原料成分、添加抑制劑，在鐵礦石燒結(jié)中調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝條件，控制氧碳比，并實(shí)施燒結(jié)熱態(tài)煙氣循環(huán)操作，在鐵礦石燒結(jié)后，選用活性炭吸附法、催化劑催化降解法以及UV/O3氧化技術(shù)。在鐵礦石燒結(jié)的不同階段應(yīng)用不同的二噁英減排措施，即可達(dá)到良好的減排效果，減少鐵礦石燒結(jié)對生態(tài)環(huán)境所造成的污染。