低成本去除电弧炉废气中二恶英的方案

低成本去除电弧炉废气中二恶英的方案

第39卷　第1期2004年1月钢　　铁

IRONANDSTEELVol.39,No.1January2004

低成本去除电弧炉废气中二恶英的方案

　J.Lehner　　　　　　A.Friedacher

(林茨环境工程技术办公室)　　　

(雷欧本矿冶大学)

L.Gould　W.Fingerhut

(奥钢联工程技术公司)

摘　要。在20世纪90年代初,用效果进行介绍。

关键词　二恶英　电弧炉　废气　环保　①

LOW-THEREMOVALOFDIOXIN

EAFOFFGAS

J.Lehner

(TechnicalOfficeforProcessandEnvironmentalEngineering,Linz Austria)

A.Friedacher

(LeobenUniversityofMiningandMetallurgy,Leoben Austria)

L.Gould　　W.Fingerhut

(VOEST2ALPINEIndustrieanlagenbauGmbH&Co(VAI),Linz Austria)

ABSTRACT　Theironandsteelindustryisunderconsiderablepressuretocontinuouslyreducethelevelsofgenerateddioxinsandotherharmfulemissionsfromprocessoffgas.Intheearly1990sVAIcommencedwiththeinvestigationofnewoffgascleaningsystemsforsinter

plantsandelectricarcfurnaces(EAF)whichresultedinaconsiderablyimprovedoffgas2cleaningefficiency.Thispaperoutlinesthetechnologicalsolutionsofthenewlydevelopedgas2treatmentsystemsandapplicationresultsinthesteelindustry.KEYWORDS　dioxin,EAF,offgas,environmentalprotection

1　前言

二恶英是多种多氯代二苯并二恶英和多氯代二苯并呋喃物质的总称,在冶金过程所产生的各种污染物中是最为有害的。特别是在主要使用外购废钢(其中含有大量有机物和氯化物成分)作原料的电炉炼钢厂,二恶英排放问题尤为突出。

掌握关于二恶英的蒸气压及其生成和裂解特性

的知识(图1),对判断其在不同工艺过程中的行为来说十分重要。

二恶英成分在高温下严重裂解,但在冷却过程中,当废气温度降到200～600℃范围时,有机成分与氯化物发生反应再次生成二恶英。在250～400℃时,二恶英再合成速度最快。图2示意了二恶英的生成和裂解与温度的关系。由于二恶英的再生成同温

①联系人:孙运涌,高级工程师,北京(

100004)朝阳区光华路7号汉威大厦西区18层B8—B10室奥钢联北京联络处

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度和时间有关,实际生成的二恶英数量就成为随温度变化的气体动力学参数和气体处于再合成温度区(图3)内的停留时间的函数。所以,为了削弱二恶英

的再生成,将工艺气体迅速冷却至约200℃以下,是最明显和重要的方案。

减小废气排放中二恶英浓度主要有3

个方面的

图1　PCDDFig11　Vaporp

:

(1)延长废气在850℃以上高温的停留时间

,使二恶英和呋喃最大程度上热裂解;

(2)加速废气在600～200℃的冷却,防止这些化合物再合成;

(3)在过滤前向废气流中喷入活性吸附剂,分离残余的二恶英 呋喃。2　技术方案

为了控制二恶英向环境中的排放,奥钢联开发了一种模块化设计的电弧炉废气处理系统(图4),能够满足不同操作模式和不同炉型(传统电弧炉或

图2　二恶英的生成与温度的关系

Fig12　Temperature2dependentgenerationofdioxin

图3　二恶英的再合成温度区

Fig13　Temperaturerangeofdenovosynthesis

竖炉电弧炉)的特殊工艺要求。211　燃烧区

在传统电弧炉的废气处理系统中,在烟道弯管后方装有一个沉降箱以捕获较为粗大的灰尘颗粒和

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炉渣液滴。温度通常高达1000℃的废气流中含有大量CO,在与引入的环境空气接触时进行燃烧。同时,由于电弧炉所加废钢中含有机成分而在废气中产生的VOC和二恶英,也会随温度的变化而部分裂解(图3)。

而在竖炉电弧炉的废气处理系统中,

在竖炉出

图4Fig1M口处装有一个燃烧室,,有效高温(如850)这时不再需要沉降箱,因为较为粗大的灰尘颗粒和炉渣液滴已经在废气流经竖炉时被废钢料层有效地过滤掉了。212　废气冷却系统

气。

216　二恶英吸附区

经过过滤以后,废气中残留的二恶英只能通过凝聚和 或吸附方式去除。影响分离效率的决定性因素,是在废气中有合适的颗粒均匀弥散分布,以最大程度上使二恶英凝聚和吸附。一般使用活性煤或活性煤与石灰的混合物。所选择的吸附剂的数量和质量对于设备的总体安全性来说是一个重要因素,比如,可以降低布袋室内起火和爆炸的危险。

吸附剂喷射系统包括一个吸附剂料斗、一套计量系统、一个布料装置和一个喷射装置。217　过滤器装置

在燃烧区后,水冷烟道将废气冷却到大约600℃,然后在喷淋冷却器或强制通风冷却器中进一步冷却到200℃以下。喷淋冷却的优点是冷却速度快,压降小,而且很方便安装在现有废气系统上。强制通风冷却器的优点则是无需用水,而且简化了冷却器的操作。

213　火花捕集装置

为防止损坏布袋除尘器,通常根据电弧炉设备、原料和废气系统的布置等情况安装火花捕集装置。按照需要的火花分离效率,可以选择不同的设计(轴向旋流器、发射分离器和重力分离器)。214　增压风机

富含二恶英的灰尘颗粒,在一个适当规格的布

袋室(脉动式或反吹式过滤器系统)中与废气分离,然后被收集到灰斗中,最后一般进行压块处理、回收利用和弃置。3　工业化应用

上述去除电弧炉废气中二恶英的方案,已在西欧3家知名的电弧炉钢厂得到应用。311　竖炉电弧炉

增压风机的设计使得一次和二次废气系统之间的压降得到补偿。对设计进行优化,能够降低主轴流风机的投资和运行成本。215　气体混合区

二恶英去除系统首先被安装在竖炉电弧炉上。该项目包括所有优化工作于2000年完成,其特点是二次燃烧室内配备了天然气烧嘴系统。废气经过二次燃烧室后,进入装有两段式喷嘴的喷淋冷却器。一次和二次废气混合室后安装了吸附剂喷射装置,然后含二恶英的废气在apulse2jettypefilter中得到

进入布袋除尘器之前,一次废气先同来自炼钢车间通风系统的二次废气相混合,这使得废气具有更为均匀而且更低的温度,并且可以用一个吸附剂喷射装置adsorbentinjectionunit

处理这两种废

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净化。

312　传统电弧炉

另外有两个传统电弧炉钢厂分别于2001和2002年安装了二恶英去除系统。废气在一个沉降箱中进行二次燃烧,然后在装有两段式喷嘴的喷淋冷却器(2001年项目)或强制通风冷却器(2002年项目)中将粗颗粒从废气中分离。冷却后的一次废气然后同二次废气相混合,再经过织物过滤器将细颗粒去除。

313　测试结果

上述各系统投入运行后均进行了大量的测试。为了准确确定系统参数以提高二恶英去除效率,在

系统中多处测量了废气净化后的二恶英浓度。

竖炉电弧炉和传统电弧炉的测量结果分别见图(b)。5(a)、可以看到,两种情况下一次废气中的二恶英浓度非常接近,但在竖炉电弧炉的系统中二次废气中二恶英浓度要高4～5倍。这样,竖炉电弧炉过滤器入口处的二恶英浓度也略高。但向废气中喷入吸附剂后,排放到大气中的二恶英浓度降到仅为

3

0104～0106ngI2TEQ m,大大低于西欧非常严格的环保规定。必须强调指出,如此低的二恶项排放指标,只有通过使用合适的吸附剂喷射系统才能达到。在传统电弧炉上获得的大量测量结果表明,011

3

ngI2TEQ m指标只能在少数钢厂达到

。

图5　电弧炉废气系统中的二恶英平衡

Fig15　DioxinbalanceofEAFoffgassystems

(a)竖炉电弧炉(带吸附剂喷射);(b)传统电弧炉(不带吸附剂喷射

)

通过应用吸附剂喷射系统,电弧炉废气中二恶英的去除效率大大提高。

二恶英在细小灰尘颗粒上富集(吸附和凝聚)的趋势——在布袋过滤器中去除二恶英所必需的——随着废气过滤器入口处温度的降低而成比例提高。为达到期望的去除效率,过滤器入口温度应当低于80℃(图6)。

电弧炉废气系统的高净化效率,要求优化的系

图6　吸附效率与过滤器温度和吸附剂喷射的关系

Fig16　Adsorptionefficienciesasafunctionoffiltertemperatureandadsorptioninjection

统设计和出色的操作技能。通过综合应用一次废气热处理(二次燃烧)、快速冷却、吸附技术和有效的过滤,二恶英浓度能够降到大大低于严格环保规定的水平。

4　结语

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zha4.html