铁矿石烧结过程中二噁英减排分析

唐学全

（重庆朔风科技有限公司，重庆 400000）

二噁英为生态环境中的有毒有机化合物，具有剧毒性、生物富集性、致癌性、长期稳定性等特征。近年来，我国工业发展迅速，在冶金工业、化学工业生产中，二噁英能够以副产物的形式，通过各类介质排放至生态环境中，如废气、废水等。在铁矿石烧结过程中，可产生大量二噁英，因此，铁矿石烧结是二噁英排放的重要来源，亟需对铁矿石烧结过程中的二噁英减排措施进行深入研究[1]。

1 铁矿石烧结过程中二噁英的形成机制

铁矿石烧结床床温如图1 所示，烧结床结构从上而下是由烧结料层、烧结层、干燥层以及过湿层所组成的，其中，烧结层位核心。在铁矿石烧结过程中，烧结床向下通风，即可促进烧结混合料水分挥发，进而形成干燥层，当气流通过干燥层时，其所携带的水蒸气在低温条件下发生冷凝过程，即可形成过湿层。烧结层即火焰区，温度高达1300℃以上，火焰前缘焦炭燃烧，导致烧结混合物的物化性质产生变化，在烧结床移动过程中，烧结层不断向下移动，导致烧结床整体结构中间位置温度较高，而两头温度较低。

通过对烧结床温度分布情况进行分析，烧结床内部温度易形成二噁英，在烧结床中添加尿素，即可有效降低二噁英产量，如果将尿素加入至风箱中，二噁英产量不会显著降低。早烧结床干燥层中，二噁英浓度较高，因此，二噁英是在火焰前缘所形成的。上层挥发有机物可发生冷凝反应，火焰前缘温度、氧气均有利于形成二噁英，因此，二噁英形成量较多。

在烧结床中，火焰前缘逐渐向下移动，在此过程中，二噁英中可形成高氯同类物，并发生热解反应或者脱氯反应，低氯同类物容易挥发。在烧结混合物中，可应用13C 和C37 替代替二噁英，而回收率比较低，由此可见，在铁矿石烧结过程中，二噁英可降解，可能吸附至烧结材料或者燃烧产物，同时在烧结床上的保留时间比较长。当二噁英接触到潮湿区后，二噁英即可发生冷凝反应。当火焰前缘达到烧结床底部时，即可完成整个烧结过程，二噁英可存在于尾气中[2]。

图1 烧结料层中温度分布形式

2 铁矿石烧结前二噁英减排控制

2.1 控制烧结原料成分

在铁矿石烧结过程中，氯元素是形成二噁英的必要元素，而铜、铁等其他金属元素可作为催化剂。在烧结原料中，铜元素以及氯元素可直接影响二噁英的浓度，如果铜元素和氯元素的质量分数比较高，则二噁英排放浓度也会随之提升，因此，在铁矿石烧结过程中，应尽量选用金属元素含量比较低的矿石，同时在投入烧结前，还可进行预处理，有效减少烧结原料中金属元素含量。在除尘器飞灰以及氧化铁皮中，有很多没有完全燃烧的残炭，其中氯元素含量高，可促进二噁英的形成，对此，可将氧化铁皮、EP 灰加入至烧结原料中，能够有效降低二噁英产量。除此以外，烧结染料也会对二噁英的形成产生较大影响，挥发性有机物能够促进二噁英的形成，无烟煤与焦炭相比，挥发性有机物含量比较高，如果将大量无烟煤加入至染料中，则在铁矿石烧结过程中会产生大量二噁英[3]。

2.2 添加抑制剂

在铁矿石烧结混合料中，为了去除氯以及破坏金属催化剂，可加入一定量抑制剂，对二噁英的形成过程产生抑制作用，抑制剂类型主要有三种，即含氯抑制剂、含硫抑制剂以及碱性抑制剂。其中，含氯抑制剂以及含硫抑制剂中的按以及硫具有弧对电子，在于催化金属接触后，即可形成络合物，络合物稳定性较高，可显著抑制催化剂活性。另外，碱性抑制剂能够与安以及HCl 发生反应，避免为二噁英的形成提供大量氯源。

含氨基化合物抑制剂类型较多，包括氨、尿素等，其中，尿素的应用成本比较低。在铁矿石烧结过程中，通过应用尿素，在加热过程中即可形成氨以及各类化合物，降低HCl 浓度，同时还可对金属催化剂的催化反应起到抑制作用，降低二噁英生成量。

在铁矿石烧结过程中，通过应用含硫化合物，可对二噁英的形成过程起到良好的抑制作用，但是如果仅应用含硫化合物，可导致烟气中硫化物排放量增加，对此，可联合应用含氮抑制剂以及含硫抑制剂，可与HCl 发生反应形成盐，并且将氯转移至颗粒相中，进而减少气象中氯元素含量。

3 铁矿石烧结中二噁英减排控制

3.1 调节烧结工艺条件

如果焦粉含量比较少，则二噁英的形成量也比较小，随着热风温度以及含氧量的提升，先增加，然后逐渐减小，当焦粉用量减少10%，热风温度高达200℃以及含氧量达19%时，二噁英的形成最少。为了抑制二噁英的形成，在铁矿石烧结过程中，需改善供氧条件，含氧量对于二噁英的形成影响较大，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，则二噁英的形成量会显著减少。另外，随着氧浓度的不断提升，燃烧效率会显著降低，对此，可减少飞灰中的残炭以及不完全燃烧有机化合物含量，即可对二噁英的形成产生抑制作用。

3.2 氧碳比的控制

在形成二噁英时，碳、氧、氢以及氯等元素至关重要，需加强控制。其中，碳元素为铁矿石烧结过程中的必须元素，因此无法调整，对此，可控制氧元素、氢元素以及氯元素，通过调节氧碳比，即可减少二噁英的形成量。

3.3 烧结热态烟气循环操作

在铁矿石烧结过程中，需做好废气循环，对于烧结完成后所产生的部分废气，可将其引入至烧结层中，如果废气中含有二噁英，则在经烧结后即可被高温分解，进而有效减少二噁英排放量。为探究烧结热态烟气循环对于二噁英排放的影响，需关注循环烟气温度、含氧量、烧结料焦比以及生石灰，如果烟气温度比较高，则更有利于形成二噁英，另外，通过减少循环烟气中的氧含量，可避免对烧结质量造成不良影响，同时有效减少二噁英的排放。在烧结热态烟气循环中，当烟气温度达150℃时，即可添加高质量石灰，能够显著减少二噁英排量。烟气循环不仅可减少二噁英排放，同时还可有效减少其他污染物。

4 铁矿石烧结后二噁英减排控制

4.1 活性炭吸附法

对于活性炭吸附法，可分为三种形式，包括移动床、固定床以及活性炭喷射。为了去除铁矿石烧结完成后烟气中的二噁英，可联合应用活性炭喷射以及布袋除尘器，通过联合应用两种技术措施，能够有效提高二噁英脱除率。如果活性炭喷入量为100mg/m3，随着布袋出口温度的不断降低，布袋除尘器进口处烟气中二噁英的浓度也会随之降低，当布袋除尘器出口温度达道160℃时，二噁英浓度可达0.5ng-TEQ/m3，另外，当活性炭的喷入量在50mg/m3～100mg/m3之间时，烧结烟气中二噁英脱除率高达99%。在烟道活性炭喷射法的实际应用中，可减少烧结烟气中二噁英排量，在该方法的实际应用中，可将95μm 的褐煤活性焦作为吸附剂，烟气中二噁英浓度能够降低至0.3 ～0.4ngITEQ/m 之间。活性炭吸附法的应用方法简单高效，但是对于吸附后的活性炭，不能回收利用，需作为固定废弃物进行处理。

4.2 催化剂催化降解法

在烟气污染物治理中，可利用烟气净化设备，并开发应用一体化脱除技术。对于选择性催化还原（SCR）装置，主要应用于NOx排量控制中，随着SCR 装置技术的不断发展以及推广应用，在垃圾焚烧厂二噁英排放控制方面，SCR 装置也可发挥优势在偶用，烟气中含有大量重金属，能够有效降低SCR 装置的催化作用，因此，对于SCR 装置，可安装在焚烧炉尾部。对于二噁英等有机污染物，可利用Ti、V 和W 的氧化物进行催化和分解，对此，可将催化分解与布袋除尘进行有效结合，另外，还可在SCRDeNOx催化塔中应用特殊催化剂，不仅能够对NO2发挥催化还原反应，同时还可催化分解二噁英以及多环芳烃等有机污染物。除此以外，还可应用SCR 催化剂，其是由Ti、V 和W 的氧化物所形成的，氧化物能够在300℃～400℃的高温环境中与二噁英发生反应，并形成CO2、H2O、HC。另外，对于每立方米烟气，可增加500mg 焦炭颗粒，将其作为添加剂，二噁英脱除量达90%。

4.3 UV/O3 氧化技术

在铁矿石烧结过程中，对于气态二噁英，可利用UV/O3氧化技术治理，在UV/O3氧化技术的实际应用中，可产生羟基自由基，其能够与二噁英发生亲电加成反应。通过将UV/O3氧化技术应用铁矿石烧结后烟气治理中，能够有效降低二噁英排放总量，同时降低毒性作用。但是，在UV/O3氧化技术的实际应用中，需消耗大量电能以及臭氧。除上述技术外，在铁矿石烧结完成后，为减少二噁英排放总量，还可采用等离子体-电弧法、原位玻璃化技术、纳米管清除技术、热脱附技术等，这类技术应用难度较大，所需成本高，因此尚未得到推广应用。

5 结语

综上所述，本文主要对铁矿石烧结过程中减少二噁英排量的关键技术措施进行了详细探究。现如今，国家对于二噁英排放控制的力度不断加大，在钢铁行业发展中，铁矿石烧结过程为二噁英的重要来源，为有效减少二噁英排量，需关注铁矿石烧结前、烧结中以及烧结后三个阶段。在铁矿石烧结前，控制烧结原料成分、添加抑制剂，在铁矿石烧结中调节烧结工艺条件，控制氧碳比，并实施烧结热态烟气循环操作，在铁矿石烧结后，选用活性炭吸附法、催化剂催化降解法以及UV/O3氧化技术。在铁矿石烧结的不同阶段应用不同的二噁英减排措施，即可达到良好的减排效果，减少铁矿石烧结对生态环境所造成的污染。