岳昌盛等：除尘灰水洗对烟气颗粒物组成和二愿英的影响 ·1209· sintering process,cause the generation of the dioxins.The sintering with the precipitator dust after washing effectively reduces the con- tent of Cl.The emission of polychlorinated biphenyls is also reduced to 40%,which is beneficial in reducing the concentration of diox- ins. KEY WORDS particulate matter;dioxins;precipitator dust;sintering flue gas;alkali metal;mechanism 烧结工序为高炉炼铁提供烧结矿原料，是钢铁 配加到烧结配料中，同时将通过水洗处理后的1除 冶炼的重要工序，但烧结工序也是钢铁大气污染物 尘灰以同样2%比例配加到烧结配料中，分别开展 排放和导致大气污染的重要源头[)，据统计，烧结 烧结杯实验 排放的细颗粒物和二噁英分别占到总钢铁流程排放 1.1.2烧结杯实验及在线取样设计 的40%和48%，另外，烧结颗粒物中含有较多的碱 烧结杯为固定床实验平台，烧结杯料层厚度为 金属、重金属等杂质，且粒度越细杂质含量越高，这 1000mm,烧结配料混合含水率控制在7%左右，点 些细颗粒物不仅难以去除，而且还容易填充弥漫在 火温度控制在1150℃左右，采样点位于增压风机 电场空间和黏附在极板和框架上，进一步影响了电 后，烧结实验系统及采样点位置如图1所示. 除尘效率，导致烟气颗粒物的超标外排2-]，烧结机 头细颗粒物的除尘控制仍是除尘技术的难点2,4)； 旋 烧结排放二噁英的生成机理较为复杂，研究5-)表 明其产生可能有de novo合成和前驱体生成两种反 除尘器 应机制，即由燃烧过程残留的未燃烧组分或者前驱 体在适当的温度、气氛条件和催化剂的作用下合成 烧结杯 采样口 二噁英，由于部分烧结配料含有Cl、C、细碳粉等元 增压风机 素，且粒度较细，在循环利用过程中对二噁英生成产 生催化效应. 图1烧结杯系统采样点示意图 烧结原料复杂多样，其中利用烧结处置含铁废 Fig.I Sampling points for the sintering cup system 弃物已经成为钢铁固废消纳的重要手段劉，但在使 用过程中容易忽略含铁废弃物对烟气污染物排放的 1.2除尘灰与烧结矿性能测定 影响研究，如冶金粉尘中含有杂质元素如K、P%、 除尘灰组成与微观结构分析：利用X射线荧光 Cu、C1等和粒度细的碳粉[9-o],是否会对烟气污染 光谱(XRF)测定除尘灰改性前后的化学组成，通过 物如二噁英和细颗粒物的排放产生促进值得深入研 面扫描电镜分析除尘灰的组成元素分布状况 究.因此，本文在分析国内外烧结污染物研究基础 烧结矿性能检测：通过烧结杯实验测定烧结成 上，分别对烧结除尘灰直接配加和对其进行水洗杂 可矿的烧损率、转鼓指数、固体燃耗、成品率和粒度分 质去除改性后再配加的烧结杯实验及烟气取样分 布组成(>40mm,25~40mm,16~25mm,10~16 析，研究除尘灰水洗前后对颗粒物组成和二噁英类 mm,5~10mm,<5mm). 物质的影响，并分析作用机理. 1.3烧结烟气颗粒物与二噁英污染物测定 烟道气颗粒物取样及元素组成分析：结合烧结 1实验设计与分析手段 杯实验，利用Andersen8级撞击式颗粒物采样器对 1.1烧结杯实验和取样系统设计 采样口烟气颗粒物采样，分级采样的颗粒物粒径范 1.1.1除尘灰水洗改性设计及烧结杯配料实验配 围如表1所示，Andersen撞击器的8级粒径范围从 比 大到小分别是：第0级为9.00m以上的所有大颗 除尘灰预处置：将除尘灰0与去离子水按照灰 粒物、第1级为5.80~9.00μm、第2级为4.70~ 水质量比1：10比例进行混合，充分搅拌10mim后， 5.80μm、第3级为3.30~4.70m、第4级为2.10~ 再通过滤纸将混合物中的水溶液滤除，然后将不溶 3.30m、第5级为1.10~2.10m、第6级为0.70~ 于去离子水的除尘灰在105℃温度下烘干5h后干 1.10m、第7级为0.40~0.70um.分析不同粒径 化，得到水洗后的除尘灰1"，然后对0和1"除尘灰 颗粒物的质量占比，同时，对所取样的8级颗粒物利 进行组成和微观结构形貌分析. 用等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子体 实验设计配比：将0"除尘灰以2%的质量分数 发射光谱仪(ICP-OES)测定不同粒度粉尘中的组岳昌盛等: 除尘灰水洗对烟气颗粒物组成和二噁英的影响 sintering process, cause the generation of the dioxins. The sintering with the precipitator dust after washing effectively reduces the con鄄 tent of Cl. The emission of polychlorinated biphenyls is also reduced to 40% , which is beneficial in reducing the concentration of diox鄄 ins. KEY WORDS particulate matter; dioxins; precipitator dust; sintering flue gas; alkali metal; mechanism 烧结工序为高炉炼铁提供烧结矿原料,是钢铁 冶炼的重要工序,但烧结工序也是钢铁大气污染物 排放和导致大气污染的重要源头[1] ,据统计,烧结 排放的细颗粒物和二噁英分别占到总钢铁流程排放 的 40% 和 48% ,另外,烧结颗粒物中含有较多的碱 金属、重金属等杂质,且粒度越细杂质含量越高,这 些细颗粒物不仅难以去除,而且还容易填充弥漫在 电场空间和黏附在极板和框架上,进一步影响了电 除尘效率,导致烟气颗粒物的超标外排[2鄄鄄3] ,烧结机 头细颗粒物的除尘控制仍是除尘技术的难点[2,4] ; 烧结排放二噁英的生成机理较为复杂,研究[5鄄鄄7] 表 明其产生可能有 de novo 合成和前驱体生成两种反 应机制,即由燃烧过程残留的未燃烧组分或者前驱 体在适当的温度、气氛条件和催化剂的作用下合成 二噁英,由于部分烧结配料含有 Cl、Cu、细碳粉等元 素,且粒度较细,在循环利用过程中对二噁英生成产 生催化效应. 烧结原料复杂多样,其中利用烧结处置含铁废 弃物已经成为钢铁固废消纳的重要手段[8] ,但在使 用过程中容易忽略含铁废弃物对烟气污染物排放的 影响研究,如冶金粉尘中含有杂质元素如 K、Pb、 Cu、Cl 等和粒度细的碳粉[9鄄鄄10] ,是否会对烟气污染 物如二噁英和细颗粒物的排放产生促进值得深入研 究. 因此,本文在分析国内外烧结污染物研究基础 上,分别对烧结除尘灰直接配加和对其进行水洗杂 质去除改性后再配加的烧结杯实验及烟气取样分 析,研究除尘灰水洗前后对颗粒物组成和二噁英类 物质的影响,并分析作用机理. 1 实验设计与分析手段 1郾 1 烧结杯实验和取样系统设计 1郾 1郾 1 除尘灰水洗改性设计及烧结杯配料实验配 比 除尘灰预处置:将除尘灰 0 #与去离子水按照灰 水质量比 1颐 10 比例进行混合,充分搅拌 10 min 后, 再通过滤纸将混合物中的水溶液滤除,然后将不溶 于去离子水的除尘灰在 105 益 温度下烘干 5 h 后干 化,得到水洗后的除尘灰 1 # ,然后对 0 #和 1 #除尘灰 进行组成和微观结构形貌分析. 实验设计配比:将 0 #除尘灰以 2% 的质量分数 配加到烧结配料中,同时将通过水洗处理后的 1 #除 尘灰以同样 2% 比例配加到烧结配料中,分别开展 烧结杯实验. 1郾 1郾 2 烧结杯实验及在线取样设计 烧结杯为固定床实验平台,烧结杯料层厚度为 1000 mm,烧结配料混合含水率控制在 7% 左右,点 火温度控制在 1150 益 左右,采样点位于增压风机 后,烧结实验系统及采样点位置如图 1 所示. 图 1 烧结杯系统采样点示意图 Fig. 1 Sampling points for the sintering cup system 1郾 2 除尘灰与烧结矿性能测定 除尘灰组成与微观结构分析:利用 X 射线荧光 光谱(XRF)测定除尘灰改性前后的化学组成,通过 面扫描电镜分析除尘灰的组成元素分布状况. 烧结矿性能检测:通过烧结杯实验测定烧结成 矿的烧损率、转鼓指数、固体燃耗、成品率和粒度分 布组成( > 40 mm,25 ~ 40 mm,16 ~ 25 mm,10 ~ 16 mm,5 ~ 10 mm, < 5 mm). 1郾 3 烧结烟气颗粒物与二噁英污染物测定 烟道气颗粒物取样及元素组成分析:结合烧结 杯实验,利用 Andersen 8 级撞击式颗粒物采样器对 采样口烟气颗粒物采样,分级采样的颗粒物粒径范 围如表 1 所示,Andersen 撞击器的 8 级粒径范围从 大到小分别是:第 0 级为 9郾 00 滋m 以上的所有大颗 粒物、第 1 级为 5郾 80 ~ 9郾 00 滋m、第 2 级为 4郾 70 ~ 5郾 80 滋m、第 3 级为 3郾 30 ~ 4郾 70 滋m、第 4 级为 2郾 10 ~ 3郾 30 滋m、第 5 级为 1郾 10 ~ 2郾 10 滋m、第 6 级为 0郾 70 ~ 1郾 10 滋m、第 7 级为 0郾 40 ~ 0郾 70 滋m. 分析不同粒径 颗粒物的质量占比,同时,对所取样的 8 级颗粒物利 用等离子体质谱仪(ICP鄄鄄 MS)和电感耦合等离子体 发射光谱仪( ICP鄄鄄 OES)测定不同粒度粉尘中的组 ·1209·