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二噁英是目前世界上毒性*強的劇毒化合物，是迄今為止發(fā)現(xiàn)過的*具致癌潛力的物質(zhì)，國際癌癥研究中心已將其列為人一級致癌物。二噁英一般來源于包括熔煉、紙漿的漂白以及生產(chǎn)某些除草劑和殺蟲劑的工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的有害副產(chǎn)品，此外，森林大火、汽車尾氣也有少量產(chǎn)生。

 

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展對鋼鐵需求量的日益增加，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計，2014年我國粗鋼產(chǎn)量達8.2億t，同比增長0.9%，占全球粗鋼產(chǎn)量的49.3%。隨著產(chǎn)量的不斷攀升，鋼鐵企業(yè)的大氣污染問題日益嚴(yán)重。鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、工藝復(fù)雜，資源、能源消耗巨大，大氣污染物種類多、排放量大。隨著煙粉塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物已經(jīng)得到有效控制，二噁英污染的控制和減排問題就凸顯出來。

 

1 鋼鐵生產(chǎn)過程中二噁英的來源和生成機理

 

鋼鐵生產(chǎn)過程中二噁英主要產(chǎn)生在燒結(jié)工序和電爐煉鋼工序。太鋼目前有450m2燒結(jié)機兩臺，160t電爐兩座。

 

1.1 燒結(jié)過程中二噁英生成機理

 

燒結(jié)生產(chǎn)是以精礦粉、各種含鐵廢物、除塵灰、軋鋼氧化鐵皮等不能直接進入高爐冶煉的含鐵物料作為主要原料，配入適當(dāng)比例的燃料(焦粉或無煙煤)和熔劑(石灰石和石灰粉)，經(jīng)過原料加工、配制、混合、造球、布料、點火、燒結(jié)、破碎、篩分、冷卻等過程，生產(chǎn)出成品燒結(jié)礦。

 

燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)過程中污染*嚴(yán)重的工藝環(huán)節(jié)之一，其二噁英排放量占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的90%，因此，燒結(jié)煙氣的治理已成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保達標(biāo)的重中之重。燒結(jié)工序二噁英主要是在燒結(jié)機料層中“從頭合成”反應(yīng)生成的。來源于配料中的焦粉、煤等含碳成分和燃料中的有機、無機氯化物，以及礦石中的銅元素，在250℃～450℃氧化性氣氛中，生成二噁英物質(zhì)。同時，增加鋪底料的厚度，燒結(jié)混料中的綜合粉(除塵灰、氧化鐵皮、軋鋼鐵鱗等)也會增加的二噁英;返回料干擾燒結(jié)料層中熱量和擾亂火焰的前端傳播(即非穩(wěn)定態(tài)條件)，這些因素都會導(dǎo)致廢氣中二噁英增加。

 

1.2 電爐煉鋼過程中二噁英生成機理

 

電爐煉鋼是指在電弧爐中通過石墨電極向爐內(nèi)輸入電能，以電極端部與爐料之間發(fā)生的電弧為熱源，使?fàn)t料和合金料熔化并精煉成鋼的過程。是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼的主要煉鋼方法。

 

電爐生產(chǎn)時將油脂及塑料進行預(yù)熱或裝入電爐都會產(chǎn)生含二噁英的煙氣。電爐冶煉氯源主要有：廢鋼中附著的油脂、塑料涂層、油漆等有機物;電爐電極表面、爐襯可以提供氯源，廢鋼中含有的微量銅、不銹鋼廢鋼含有的微量鎳、汽車廢鋼含有的微量鋅等作為催化劑，在高溫?zé)釤煔獾睦鋮s過程中，以前驅(qū)體合成、熱分解合成、從頭合成三種方式生成二噁英。

 

2 太鋼鋼鐵生產(chǎn)過程中二噁英的減排

 

太鋼二噁英的減排從源頭控制、工藝改善和末端治理三管齊下，取得了一定的效果。

 

2.1 燒結(jié)過程中二噁英的減排

 

根據(jù)燒結(jié)過程中二噁英的生成機理，燒結(jié)過程中二噁英的減排途徑，首先，要控制燒結(jié)原料組分、減少氯源及催化劑的量，減少二噁英的生成量;其次，通過控制燒結(jié)工藝、調(diào)整工藝操作參數(shù)等技術(shù)控制二噁英的生成量;*后，通過物理吸附、催化降解等措施來削減已生成二噁英的排放量。

 

2.1.1 燒結(jié)原料組分控制

 

通過降低綜合粉比例(6%)和氯含量高的礦粉的投入量、增加精礦粉比例(3.6%)，防止生成二噁英的再合成物和其他前驅(qū)化合物;向燒結(jié)床中增加固態(tài)抑制劑生石灰的比例來降低燒結(jié)煙氣中二噁英的生成;利用無煙煤替代焦炭來降低二噁英的濃度;采取軋鋼皮除油等措施也可有效降低二噁英的濃度。采取上述措施后，除塵器后排氣中二噁英可減排6%。

 

2.1.2 燒結(jié)工藝控制

 

1)燒結(jié)臺車必須在一致和穩(wěn)定的工藝條件下進行操作(即穩(wěn)定態(tài)操作，*大程度較少工藝的變化)。操作條件包括：臺車移動速度恒定、爐床成分均勻(原料的持續(xù)攪拌，可*大化減少氯化物的進入)、爐床高度適中、添加劑(生石灰、白云石、焦粉)合理使用等。整個配料過程由計算機自動控制各定量給料裝置的給料量、各種原料的換槽，保證配料、混合制粒、鋪底布料穩(wěn)定態(tài)操作。

 

2)采用廢氣循環(huán)工藝，將靠近環(huán)冷機受料點處

 

(二噁英生成量較大部位)約400℃～600℃的高溫廢氣，經(jīng)多管除塵器除塵后，由高溫風(fēng)機引至點火保溫爐進行熱風(fēng)點火與保溫及熱風(fēng)罩內(nèi)進行熱風(fēng)燒結(jié)，熱風(fēng)量約111 000m3/h～114 000m3/h、熱風(fēng)燒結(jié)面積100m2。這樣不僅能充分利用熱能、降低固體燃料消耗、提高表層燒結(jié)礦質(zhì)量，而且大大提高了廢氣中粉塵、氣態(tài)污染物的脫除效率、減少廢氣量排放，同時，還提高了脫硫、脫銷及顆粒物效率，降低了二噁英、SOx 和NOx 的生成量。廢氣的循環(huán)利用，可明顯減少廢氣排放的二噁英量大約70%，顆粒物和NOx 減排放量近45%。

 

并且還預(yù)留燒結(jié)機非脫硫系大煙道，燒結(jié)煙氣(溫度120℃～180℃)循環(huán)燒結(jié)利用，提高了燒結(jié)空氣的溫度，將循環(huán)煙氣中含有的CO 回收再燃燒，以減少混合料中固體燃料量，實現(xiàn)進一步節(jié)能減排。

 

2.1.3 燒結(jié)煙氣中已生成二噁英的控制

 

太鋼燒結(jié)煙氣處理采用由日本引進活性炭吸附工藝，經(jīng)高效電除塵后的廢氣，采用活性炭進行深度凈化處理，減少煙氣量和污染物排放，實現(xiàn)燒結(jié)煙氣除塵、脫硫、脫硝、脫重金屬和脫二噁英一體化(見圖1)，能夠達到國家頒布的燒結(jié)煙氣大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，脫硫效率95%、脫硝效率33%、二噁英減排效果達90% 以上，太鋼二噁英排放濃度可以達到0.15ng-TEQ/m3。

 

1.jpg

 

2.2 電爐煉鋼中二噁英的減排

 

太鋼電爐以不銹鋼冶煉為主，通過對煉鋼原料分選來減少氯源和催化物質(zhì);同時，對溫度進行控制、縮短廢氣在二噁英易生成溫度區(qū)間的停留時間;高溫?zé)煔獠捎脵C力冷卻急冷措施減少二噁英產(chǎn)生量;對于已生成的二噁英高效過濾、物理吸附來實施二噁英的減排。

 

2.2.1 減少二噁英的生成量

 

1)盡量減少使用含有油漆、涂料等含氯廢鋼、在入爐前進行挑選和預(yù)處理、控制紅泥球(除塵灰壓的球)的投入量、增加不銹鋼廢鋼的投放比例、提高鐵水的投入量，嚴(yán)格控制入爐有機物和氯的總量。采用轉(zhuǎn)底爐處理含鐵塵泥技術(shù)，回用物料如軋鋼氧化鐵皮、除塵灰等含有較高的氯元素，利用轉(zhuǎn)底爐內(nèi)約1 300℃高溫還原性氣氛和球團中的碳進行還原反應(yīng)，氧化鐵還原為金屬鐵，二噁惡英被高溫分解消除。目前我國日鋼和太鋼都建有轉(zhuǎn)底爐項目。

 

2)改變原料結(jié)構(gòu)，以鉻、鎳生鐵為主，增加中頻爐冶煉，降低二噁英的產(chǎn)生，即在中頻爐內(nèi)熔煉高鉻生鐵，在電爐中熔煉廢鋼和普通鉻、鎳生鐵，兩種鋼水在大包中混勻完成熔煉過程，太鋼電爐煉鋼中鉻、鎳生鐵占90%、廢鋼占10%、輔料占10%，大大降低了二噁英的產(chǎn)生量。

 

3)煙氣的降溫過程為二噁英的“從頭合成”提供了適宜的溫度條件，太鋼采用對由煙道排出的煙氣進行機力冷卻的急冷措施，將煙氣穩(wěn)定快速(1s內(nèi))從約650℃快速降至150℃～200℃以下，即可以減少二噁英產(chǎn)生量60%～95%，還能對高溫?zé)煔膺M行余熱利用。太鋼160t電爐采用該技術(shù)，二噁英排放濃度降至10-2數(shù)量級以下。

 

2.2.2 已生成二噁英的減排

 

對于吸附在細小煙塵表面的二噁英，太鋼160t電爐采用32倉、過濾面積25 410m2 的高效布袋除塵器進行處理。根據(jù)實測情況得知，布袋除塵器對二噁英的總凈化效率在90%以上，對廢氣中二噁英的凈化效率在75%以上。

 

隨著我國經(jīng)濟的增長，我國仍處在二噁英排放總量相當(dāng)高的階段，而鋼鐵生產(chǎn)設(shè)計過程中也很少專門涉及對二噁英長期減排技術(shù)措施，二噁英減排工作仍面臨挑戰(zhàn)，任務(wù)艱巨。2015年，國家環(huán)保部發(fā)布《重點行業(yè)二噁英污染防治技術(shù)政策》，提出到2020年，顯著降低重點行業(yè)單位產(chǎn)量(處理量)的二噁英排放強度，有效遏制重點行業(yè)二噁英排放總量增長的趨勢。太鋼應(yīng)用鋼鐵冶煉二噁英減排技術(shù)實踐活動，為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)進一步推進全流程二噁英減排提供借鑒，以推動二噁英減排工作的順利開展，*終實現(xiàn)我國的二噁英排放始終處于風(fēng)險可控水平。