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电炉炼钢过程中二恶英的生成机理

启源机械 发布时间:2018-06-29

近年来,电炉短流程炼钢技术因在能耗、投资、占地及温室气体排放方面具有高炉一转炉长流程无可比拟的优势获得了快速的发展,随着电炉炼钢技术的发展,电炉炼钢导致的二恶英排放问题也受到越来越多的关注。电炉炼钢时,大量外购的废钢中普遍存在的有机化合物及氯化物被同时融入   利用的钢中,冶炼过程中产生大量的二恶英,1OOt电炉二恶英排放因了达到10.1μgI-TEQ/t钢。电炉废钢预热是电炉工序节能的重要技术,在电炉废钢预热系统的设计中,需考虑对电炉烟气二恶英减排的影响。本文主要讨论电炉烟气

中二恶英的生成机理和脱除技术,并在此基础上探讨废钢预热系统设计时需要注意的几个问题。

二恶英是多氯二苯并对二恶英和多氯二苯并呋喃的简称,二恶英类物质非常稳定,微溶于大部分有机溶剂,极难溶解于水,具有高熔点和高沸点,分解温度大于700℃,常温下为无色固体。二恶英具有亲脂性,进入人体后及积存在脂肪中,此外,还能与土壤或其他颗粒物形成强键,一旦造成污染,极不容易   。研究表明,二恶英的生成主要有四种类型。1)由前驱体化合物经过有机化合反应生成。含氯的前驱物在300~700℃的范围内可以通过重排生成二恶英。不   燃烧物和匕灰均对前驱物重排生成二恶英的反应有催化作用。2)碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应“从头合成”,烟气中HC1的浓度对“从头合成”反应的速度有重要影响,飞灰中Cu,Fe等过渡元素及其氧化物对“从头合成”反应有催化作用。3)由含苯环结构的高分了化合物经过加热反应分解生成。4)固体废物本身含有的二恶英物质在燃烧时被释放出来。

二恶英类化合物在高温下基本被分解破坏,但在气体冷却阶段(200~600℃),由于烟气中的有机化合物与氯化物的反应,使得二恶英重新生成。在250~400℃的温度范围内,二恶英“从头合成”反应占主导地位,二恶英的生成同时依赖于温度和时问,实际产生的二恶英数量是伴随温度变化的气体动力学参数与气体在“从头合成”温度滞留时问的函数。为使二恶英   成   小化,   有效的途径就是将废气快速冷却至200℃以下。

电炉生产用废钢一般都含有油脂、塑料及切削废油等,废钢预热以及将含油脂及塑料的废钢装入电炉都会产生含二恶英的烟气。

烟气中二恶英的量与废钢的种类、废钢预热的温度、采取的工艺技术控制措施密切相关。电炉烟气二恶英的排放包括一次烟气的二恶英排放、二次烟气的二恶英排放和通过未捕集烟气的无组织排放。一次烟气中二恶英排放浓度在5~12ngI-TEQ/m³之间,二次烟气一般在(0.2~1.5)ngI-TEQ/m³之问,而无组织排放的二恶英则根据捕集率的不同有较大差异。

电炉冶炼过程中,烟气中的氯对二恶英的生成有重要影响。电炉冶炼氯源的产生主要有4个方面:废钢中可能含有含氯废料(如PVC)和含氯盐类及其他含氯杂物;汽车废钢中含有较高的氯化物;电炉电极表面有可能生成氯化有机物;炉衬也可能提供氯源。废钢中含有的铜、铁、镍、锌等金属对二恶英的生成具有催化作用,高温热烟气在冷却到450℃至250℃过程中,在这些金属粒了的催化作用下,会加速二恶英的生

成。电炉烟气中二恶英的生成途径主要有3种:

1)前驱体合成。废钢在预热或电炉内初期熔化过程中,其中的油脂、油漆涂料、塑料等有机物因受热而先生成“前驱体”类物质(如各类含氯苯系物),然后通过一系列氯化反应、缩合反应、氧化反应等生成二

恶英。

2)热分解合成。含有苯环结构的高分了化合物经加热发生分解而大量生成二恶英。

3)从头合成。在废钢预热的同时,烟气的降温过程为二恶英的“从头合成”提供了适宜的温度条件。

第四孔排出的一次烟气温度在1000℃以上,且含有大量的CO可燃气体,但在烟气降温过程中,此前已全

部分解的二恶英及其他有机物又“从头合成”生成二恶英。

研究结果表明,添加含PVC废钢的电炉废气中二恶英和氯化有机物含量。在氯含量相同的情况下,废气中二恶英和氯化有机物在同一数量级;无氯的带塑料和油的废钢比有氯和油的废钢电炉废气中二恶英高。尽管一些废钢不含氯化物,但其废气中也含有二恶英和氯化有机物,其原因是废钢中并非   无氯元素,电炉壁等提供了其他氯的来源。根据实验测定资料,发现废气中二恶英的含量随氯化苯的增加而增加,线性关系较好。在安装了废气预热废钢装置时,随着废钢中氯化物含量和废钢预热温度的增加,废气中含有的氯代芳香族化合物也增加。由于废钢预热的温度往往和二恶英生成的适宜温度范围相同,生成的二恶英不再经过高温燃烧过程分解掉,废钢预热系统往往造成电炉烟气中二恶英排放浓度大大增加。


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