钢铁生产二噁英减排技术探讨

贾建廷

(山西太钢不锈钢股份有限公司，山西 太原 030003)

引 言

二噁英是目前世界上毒性最强的剧毒化合物，是迄今为止发现过的最具致癌潜力的物质，国际癌症研究中心已将其列为人一级致癌物。二噁英一般来源于包括熔炼、纸浆的漂白以及生产某些除草剂和杀虫剂的工业生产过程中所产生的有害副产品，此外，森林大火、汽车尾气也有少量产生[1]。

随着我国经济发展对钢铁需求量的日益增加，钢铁工业已经成为国民经济的重要支柱产业。据中钢协统计，2014年我国粗钢产量达8.2亿t，同比增长0.9%，占全球粗钢产量的49.3%。随着产量的不断攀升，钢铁企业的大气污染问题日益严重。钢铁工业生产规模大、工艺复杂，资源、能源消耗巨大，大气污染物种类多、排放量大。随着烟粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物已经得到有效控制，二噁英污染的控制和减排问题就凸显出来[2]。

1 钢铁生产过程中二噁英的来源和生成机理

钢铁生产过程中二噁英主要产生在烧结工序和电炉炼钢工序。太钢目前有450 m2烧结机两台，160 t电炉两座。

1.1 烧结过程中二噁英生成机理

烧结生产是以精矿粉、各种含铁废物、除尘灰、轧钢氧化铁皮等不能直接进入高炉冶炼的含铁物料作为主要原料，配入适当比例的燃料(焦粉或无烟煤)和熔剂(石灰石和石灰粉)，经过原料加工、配制、混合、造球、布料、点火、烧结、破碎、筛分、冷却等过程，生产出成品烧结矿。

烧结作为钢铁生产过程中污染最严重的工艺环节之一，其二噁英排放量占钢铁生产总排放量的90%，因此，烧结烟气的治理已成为钢铁企业环保达标的重中之重。烧结工序二噁英主要是在烧结机料层中“从头合成”反应生成的。来源于配料中的焦粉、煤等含碳成分和燃料中的有机、无机氯化物，以及矿石中的铜元素，在250 ℃～450 ℃氧化性气氛中，生成二噁英物质。同时，增加铺底料的厚度，烧结混料中的综合粉(除尘灰、氧化铁皮、轧钢铁鳞等)也会增加的二噁英；返回料干扰烧结料层中热量和扰乱火焰的前端传播(即非稳定态条件)，这些因素都会导致废气中二噁英增加。

1.2 电炉炼钢过程中二噁英生成机理

电炉炼钢是指在电弧炉中通过石墨电极向炉内输入电能，以电极端部与炉料之间发生的电弧为热源，使炉料和合金料熔化并精炼成钢的过程。是生产优质钢和特殊质量钢的主要炼钢方法。

电炉生产时将油脂及塑料进行预热或装入电炉都会产生含二噁英的烟气。电炉冶炼氯源主要有：废钢中附着的油脂、塑料涂层、油漆等有机物；电炉电极表面、炉衬可以提供氯源，废钢中含有的微量铜、不锈钢废钢含有的微量镍、汽车废钢含有的微量锌等作为催化剂，在高温热烟气的冷却过程中，以前驱体合成、热分解合成、从头合成三种方式生成二噁英。

2 太钢钢铁生产过程中二噁英的减排技术

介于二噁英的毒性大、降解难且治理费用昂贵，太钢二噁英的减排从源头控制、工艺改善和末端治理三管齐下，取得了一定的效果。

2.1 烧结过程中二噁英的减排

根据烧结过程中二噁英的生成机理，烧结过程中二噁英的减排途径，首先，要控制烧结原料组分、减少氯源及催化剂的量，减少二噁英的生成量；其次，通过控制烧结工艺、调整工艺操作参数等技术控制二噁英的生成量；最后，通过物理吸附、催化降解等措施来削减已生成二噁英的排放量。

2.1.1 烧结原料组分控制

通过降低综合粉比例(6%)和氯含量高的矿粉的投入量、增加精矿粉比例(3.6%)，防止生成二噁英的再合成物和其他前驱化合物；向烧结床中增加固态抑制剂生石灰的比例来降低烧结烟气中二噁英的生成；利用无烟煤替代焦炭来降低二噁英的浓度；采取轧钢皮除油等措施也可有效降低二噁英的浓度。采取上述措施后，除尘器后排气中二噁英可减排6%。

2.1.2 烧结工艺控制

1) 烧结台车必须在一致和稳定的工艺条件下进行操作(即稳定态操作，最大程度较少工艺的变化)。操作条件包括：台车移动速度恒定、炉床成分均匀(原料的持续搅拌，可最大化减少氯化物的进入)、炉床高度适中、添加剂(生石灰、白云石、焦粉)合理使用等。整个配料过程由计算机自动控制各定量给料装置的给料量、各种原料的换槽，保证配料、混合制粒、铺底布料稳定态操作。

2) 采用废气循环工艺，将靠近环冷机受料点处(二噁英生成量较大部位)约400 ℃～600 ℃的高温废气，经多管除尘器除尘后，由高温风机引至点火保温炉进行热风点火与保温及热风罩内进行热风烧结，热风量约111 000 m3/h～114 000 m3/h、热风烧结面积100 m2。这样不仅能充分利用热能、降低固体燃料消耗、提高表层烧结矿质量，而且大大提高了废气中粉尘、气态污染物的脱除效率、减少废气量排放，同时，还提高了脱硫、脱销及颗粒物效率，降低了二噁英、SOx和NOx的生成量。废气的循环利用，可明显减少废气排放的二噁英量大约70%，颗粒物和NOx减排放量近45%。

并且还预留烧结机非脱硫系大烟道，烧结烟气(温度120 ℃～180 ℃)循环烧结利用，提高了烧结空气的温度，将循环烟气中含有的CO回收再燃烧，以减少混合料中固体燃料量，实现进一步节能减排。

2.1.3 烧结烟气中已生成二噁英的控制

太钢烧结烟气处理采用由日本引进活性炭吸附工艺，经高效电除尘后的废气，采用活性炭进行深度净化处理，减少烟气量和污染物排放，实现烧结烟气除尘、脱硫、脱硝、脱重金属和脱二噁英一体化(见图1)，能够达到国家颁布的烧结烟气大气污染排放标准，脱硫效率95%、脱硝效率33%、二噁英减排效果达90%以上，太钢二噁英排放浓度可以达到0.15 ng-TEQ/m3。

图1 太钢烧结机活性炭吸附工艺流程简图

2.2 电炉炼钢中二噁英的减排

太钢电炉以不锈钢冶炼为主，通过对炼钢原料分选来减少氯源和催化物质；同时，对温度进行控制、缩短废气在二噁英易生成温度区间的停留时间；高温烟气采用机力冷却急冷措施减少二噁英产生量；对于已生成的二噁英高效过滤、物理吸附来实施二噁英的减排。

2.2.1 减少二噁英的生成量

1) 尽量减少使用含有油漆、涂料等含氯废钢、在入炉前进行挑选和预处理、控制红泥球(除尘灰压的球)的投入量、增加不锈钢废钢的投放比例、提高铁水的投入量，严格控制入炉有机物和氯的总量。

采用转底炉处理含铁尘泥技术，回用物料如轧钢氧化铁皮、除尘灰等含有较高的氯元素，利用转底炉内约1 300 ℃高温还原性气氛和球团中的碳进行还原反应，氧化铁还原为金属铁，二噁恶英被高温分解消除。目前我国日钢和太钢都建有转底炉项目。

2) 改变原料结构，以铬、镍生铁为主，增加中频炉冶炼，降低二噁英的产生，即在中频炉内熔炼高铬生铁，在电炉中熔炼废钢和普通铬、镍生铁，两种钢水在大包中混匀完成熔炼过程，太钢电炉炼钢中铬、镍生铁占90%、废钢占10%、辅料占10%，大大降低了二噁英的产生量。

3) 烟气的降温过程为二噁英的“从头合成”提供了适宜的温度条件，太钢采用对由烟道排出的烟气进行机力冷却的急冷措施，将烟气稳定快速(1 s内)从约650 ℃快速降至150 ℃～200 ℃以下，即可以减少二噁英产生量60%～95%，还能对高温烟气进行余热利用。太钢160 t电炉采用该技术，二噁英排放浓度降至10-2数量级以下。

2.2.2 已生成二噁英的减排

对于吸附在细小烟尘表面的二噁英，太钢160 t电炉采用32仓、过滤面积25 410 m2的高效布袋除尘器进行处理。根据实测情况得知，布袋除尘器对二噁英的总净化效率在90%以上，对废气中二噁英的净化效率在75%以上。

3 结束语

随着我国经济的增长，我国仍处在二噁英排放总量相当高的阶段，而钢铁生产设计过程中也很少专门涉及对二噁英长期减排技术措施，二噁英减排工作仍面临挑战，任务艰巨。2015年，国家环保部发布《重点行业二噁英污染防治技术政策》，提出到2020年，显著降低重点行业单位产量(处理量)的二噁英排放强度，有效遏制重点行业二噁英排放总量增长的趋势。太钢应用钢铁冶炼二噁英减排技术实践活动，为钢铁联合企业进一步推进全流程二噁英减排提供借鉴，以推动二噁英减排工作的顺利开展，最终实现我国的二噁英排放始终处于风险可控水平。

参考文献：

[1] 张传秀，万江.我国钢铁工业二恶英的减排[J].冶金动力，2008(2)：74-81.

[2] 何晓蕾，李咸伟，俞勇梅.烧结烟气减排二恶英技术的研究[J].宝钢技术，2008(3)：25-28.