燒結(jié)燃料對(duì)煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物釋放的影響

李俊杰，魏進(jìn)超，王毅璠，羅云飛，余正偉，李杰民，龍紅明,4

(1.中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙，410205；2.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，北京，100190；3.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽馬鞍山，243032；4.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程與資源綜合利用安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山，243002)

揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs)指常溫常壓下飽和蒸汽壓大于70 Pa、沸點(diǎn)小于260 ℃或在20 ℃條件下蒸汽壓大于10 Pa且具有揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物，主要包括脂肪族和芳香族的各種烷烴、烯烴、含氧烴和鹵代烴等[1?3]。揮發(fā)性有機(jī)物是大氣對(duì)流層臭氧和二次有機(jī)氣溶膠(SOA)生成的重要前驅(qū)體，同時(shí)主要參與光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致大氣復(fù)合型污染，對(duì)空氣環(huán)境和人體健康造成不利影響[4?7]。燃煤是工業(yè)源揮發(fā)性有機(jī)物的主要來(lái)源之一。燃煤有機(jī)污染物種類(lèi)繁多，且大部分毒性較高，含有多種致癌物，更容易對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康產(chǎn)生較大危害[8?9]。我國(guó)燒結(jié)礦產(chǎn)量超過(guò)10 億t，而燒結(jié)工序需配4.5%左右的焦粉或煤粉作為燃料，全年燃料消耗達(dá)到4 500 萬(wàn)t，因此，燒結(jié)過(guò)程也是VOCs 排放中不可忽視的因素[10]。歐美等國(guó)家對(duì)燒結(jié)煙氣VOCs 研究起步較早，制訂了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的治理效果[11?12]，而國(guó)內(nèi)仍處于空白。針對(duì)燃煤過(guò)程有機(jī)物排放特性的研究，范志威等[13]采用頂空固相微萃取與色質(zhì)聯(lián)用的方法研究了燃煤過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物的分布，發(fā)現(xiàn)煤種與有機(jī)物賦存形態(tài)密切相關(guān)。除了煤種差異之外，徐靜穎等[14]認(rèn)為煤的燃燒方式、粒徑、過(guò)量空氣系數(shù)等均會(huì)對(duì)燃煤過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物的釋放產(chǎn)生影響，且由于煤的成分復(fù)雜，燃燒工況多變，導(dǎo)致燃煤過(guò)程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物種類(lèi)復(fù)雜、相對(duì)分子質(zhì)量范圍大、官能團(tuán)種類(lèi)多，給采樣檢測(cè)以及減排研究帶來(lái)一定難度。燒結(jié)過(guò)程與其他工業(yè)燃煤工序不同，對(duì)燃料種類(lèi)、粒徑以及燒結(jié)抽風(fēng)量有嚴(yán)格要求，且不同燒結(jié)廠原料結(jié)構(gòu)及工況有所差異。苗沛然[15]分析了燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放特征，共檢出9 類(lèi)65 種VOCs，其中單環(huán)芳烴、含氧化合物、鹵代脂肪族化合物、鹵代芳香族化合物共50種，占所有VOCs的77%。LI等[16]通過(guò)微型燒結(jié)實(shí)驗(yàn)研究了燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放特征，認(rèn)為揮發(fā)性有機(jī)物排放的種類(lèi)及濃度與焦煤比和燒結(jié)料層溫度緊密相關(guān)。上述研究?jī)?nèi)容主要為燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物的排放特性及焦煤比等對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物排放特征的影響，但尚缺乏整體性認(rèn)識(shí)。燒結(jié)過(guò)程煙氣量大，雖然揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度較低，但排放總質(zhì)量巨大，燒結(jié)過(guò)程有機(jī)污染物的減排壓力會(huì)持續(xù)增加。本文作者根據(jù)燒結(jié)過(guò)程燃煤工藝條件，通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)，采用PF-300 便攜式甲烷、總烴、非甲烷總烴測(cè)試儀對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物含量進(jìn)行分析，有針對(duì)性地研究混合料水分、燃料種類(lèi)及配比對(duì)燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物釋放規(guī)律的影響，為降低燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放提供參考。

1 試驗(yàn)原料及方法

1.1 試驗(yàn)原料

采用國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司實(shí)際燒結(jié)生產(chǎn)中使用的燒結(jié)原料包括鐵礦粉、返礦、熔劑，其化學(xué)成分如表1所示。同時(shí)研究不同燃料類(lèi)型(包括4種無(wú)煙煤和2種焦粉)對(duì)VOCs排放特性的影響。對(duì)6種固體燃料進(jìn)行工業(yè)分析，結(jié)果如表2所示。由表1和表2可知：焦粉中揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯比無(wú)煙煤揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低位熱值比無(wú)煙煤的高。

表1 原料化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of raw materials %

根據(jù)ASTM D2234(1989)獲取樣品，在采樣過(guò)程中進(jìn)行縮分取樣，取500 g樣品進(jìn)行分析。本研究選取6 種燒結(jié)固體燃料(A，B，C，D，E 和F)，其中A，B，C和D為無(wú)煙煤，E和F為焦粉，其工業(yè)分析結(jié)果如表2所示。

表2 固體燃料工業(yè)分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Industrial analysis of solid fuels %

1.2 試驗(yàn)方法

將鐵礦粉、返礦、生石灰、白云石和固體燃料等按照一定配比混合，原料配比如表1所示。經(jīng)混料機(jī)混合，其混合料水分、固體燃料種類(lèi)及配比如表3所示。

表3 燒結(jié)杯試驗(yàn)方案Table 3 Sintered cup test plan

實(shí)驗(yàn)采用直徑為200 mm、高度為800 mm 的燒結(jié)杯，點(diǎn)火負(fù)壓為7 KPa，點(diǎn)火溫度為(1 150±50)℃，點(diǎn)火時(shí)間為90 s 并保溫30 s，燒結(jié)負(fù)壓為14 kPa。燒結(jié)平臺(tái)及VOCs 檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用Titan Dryfast eco 抗化學(xué)腐蝕隔膜泵(上海泰坦科技股份有限公司)從煙氣管道中抽取燒結(jié)煙氣進(jìn)行采樣，該真空泵的隔膜和連接管道氣路材質(zhì)均為聚四氟乙烯，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物沒(méi)有吸附作用。采用PF-300 便攜式甲烷、總烴、非甲烷總烴測(cè)試儀(意大利Pollution公司)測(cè)定采樣氣體進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物含量?？偀N測(cè)試儀氣路管道材質(zhì)為AlSl316不銹鋼，采樣系統(tǒng)及檢測(cè)器溫度為200 ℃，采樣流量為1 L/min，數(shù)據(jù)檢測(cè)量程范圍為0～500 mg/m3且精度為1%。燒結(jié)杯試驗(yàn)采用液化石油氣點(diǎn)火，其主要成分為丙烷、丙烯等，而且其摻著微量硫化物雜質(zhì)。在燒結(jié)點(diǎn)火階段，點(diǎn)火燃料中大量有機(jī)物隨氣流進(jìn)入燒結(jié)煙氣，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)，燒結(jié)點(diǎn)火完成后，仍有部分點(diǎn)火氣體殘留在料層及煙氣管道中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用液化石油氣點(diǎn)火，在燒結(jié)過(guò)程前4 min揮發(fā)性有機(jī)物排放明顯偏高，高于后續(xù)燒結(jié)過(guò)程的峰值，認(rèn)為是點(diǎn)火階段產(chǎn)生的；同時(shí)，在燒結(jié)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到燒結(jié)點(diǎn)火4 min產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后續(xù)燒結(jié)過(guò)程的峰值，故為消除該部分影響，測(cè)量結(jié)果從燒結(jié)點(diǎn)火4 min后開(kāi)始記錄。在燒結(jié)過(guò)程中同步記錄燒結(jié)煙氣平均流量。

圖1 燒結(jié)杯試驗(yàn)平臺(tái)及采樣系統(tǒng)Fig.1 Sintered cup test platform and sampling system

對(duì)燒結(jié)煙氣中TVOCs，MHC和NMHC數(shù)據(jù)進(jìn)行積分處理，計(jì)算不同水分條件下燒結(jié)過(guò)程TVOCs，MHC和NMHC平均排放質(zhì)量濃度，再通過(guò)燒結(jié)煙氣平均流量計(jì)算排放總質(zhì)量，計(jì)算公式為

式中：m為排放總質(zhì)量，g；Q為燒結(jié)煙氣平均流量，m3/h；t為燒結(jié)時(shí)間(去掉前4 min)，min；c為平均排放質(zhì)量濃度，mg/m3。

透氣性指數(shù)是衡量燒結(jié)混合制粒效果的參數(shù)。燒結(jié)料層的遷移速度與料層透氣性有直接關(guān)系。該項(xiàng)測(cè)定是在一定料層高度和通過(guò)料層風(fēng)量條件下檢測(cè)抽風(fēng)負(fù)壓，再通過(guò)沃伊斯公式計(jì)算燒結(jié)透氣性指數(shù)。實(shí)驗(yàn)具體操作方法如下：將取得的燒結(jié)混合料輕輕裝入直徑為100 mm 的實(shí)驗(yàn)杯中(切記不可搖或壓實(shí))，實(shí)驗(yàn)杯基座用密封條進(jìn)行密封后，緩慢地將實(shí)驗(yàn)杯放在基座上，料層高度為200 mm，啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥將流量計(jì)調(diào)至12 m3/h，記錄壓差計(jì)讀數(shù)，通過(guò)沃伊斯公式即可算出燒結(jié)混合料的透氣性指數(shù)。該測(cè)定重復(fù)3 次，相對(duì)誤差不大于5%，取其平均值作為該次測(cè)定實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物釋放的影響

T1～T4組燒結(jié)杯以A煤粉為燃料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)定為6.0%，6.5%，7.0%和7.5%。T1～T4 組燒結(jié)煙氣TVOCs，MHC和NMHC 排放濃度、平均排放質(zhì)量濃度及排放總質(zhì)量如圖2所示。從圖2可見(jiàn)：TVOCs 和MHC 的平均排放質(zhì)量濃度隨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化而變化，在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%時(shí)最低，為161.9 mg/m3；當(dāng)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由6.0%提高到7.0%時(shí)，料層透氣性指數(shù)由0.8 上升為1.5，透氣性得到顯著提升，TVOCs和MHC排放總質(zhì)量隨之降低；但水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，燒結(jié)速度加快，燒結(jié)時(shí)間縮短，造成水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.5%時(shí)TVOCs 和MHC 排放總質(zhì)量比水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%時(shí)的低；繼續(xù)提高水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)至7.5%時(shí)，過(guò)濕層厚度增加，雖然透氣性變差，但料層蓄熱能力增強(qiáng)，燒結(jié)煙氣中CO平均比例較基準(zhǔn)上升18.36%，說(shuō)明燃料不完全燃燒比例增加，導(dǎo)致TVOCs和MHC的平均排放質(zhì)量濃度較高；在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%時(shí)，燒結(jié)速度較基準(zhǔn)快2.48 mm/min，因此，TVOCs 和MHC 排放總質(zhì)量比T1和T2組的低；NMHC平均排放質(zhì)量濃度和總量均較低，且其在TVOCs 中的占比僅為3%～6%。當(dāng)混合料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%～7.0%時(shí)，NMHC 平均排放質(zhì)量濃度和排放總量相差不大；當(dāng)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到7.5%時(shí)，NMHC 濃度和排放總量均顯著提升，說(shuō)明燃料不完全燃燒會(huì)釋放較多的NMHC，而燒結(jié)低水操作有利于減少NMHC排放。

圖2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放的影響Fig.2 Effect of water mass fraction on volatile organic compounds emissions during sintering

2.2 燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物釋放的影響

T3，T5，T6 和T7 組燒結(jié)杯以A 煤粉為燃料，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)定為7.0%，燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)定為3.9%，4.2%，4.5%和4.8%。在燒結(jié)過(guò)程中，TVOCs，MHC和NMHC平均排放質(zhì)量濃度與排放總質(zhì)量的關(guān)系如圖3所示。從圖3可見(jiàn)：隨燒結(jié)混合料中固體燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，在燒結(jié)過(guò)程中，TVOCs和MHC的平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量升高，說(shuō)明固體燃料燃燒是燒結(jié)煙氣中TVOCs 和MHC排放的主要來(lái)源；煙氣中NMHC平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量與混合料燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性不明顯；當(dāng)燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.2%時(shí)，NMHC的平均排放質(zhì)量濃度和總質(zhì)量均有極大值，分別為20.1 mg/m3和72.8 g，這可能是由于在不同燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，燒結(jié)過(guò)程燃料燃燒所釋放的熱量不同，對(duì)燒結(jié)料層燃燒帶下方干燥預(yù)熱帶加熱效率有所差異，干燥預(yù)熱層升溫速率隨燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大，對(duì)燃料熱解產(chǎn)生NMHC 的過(guò)程產(chǎn)生影響。

圖3 燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放的影響Fig.3 Effect of fuel mass fraction on volatile organic compounds emissions during sintering

2.3 燃料種類(lèi)對(duì)煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物釋放的影響

T3，T8，T9，T10，T11 和T12 組燒結(jié)杯分別以A 煤粉、B 煤粉、C 煤粉、D 煤粉、E 焦粉 和F焦粉為燃料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4.5%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)定為7.0%。在燒結(jié)過(guò)程中，TVOCs，MHC 和NMHC 平均排放質(zhì)量濃度與排放總質(zhì)量如圖4所示。從圖4可見(jiàn)：使用不同燃料時(shí)，燒結(jié)煙氣中TVOCs和MHC平均排放質(zhì)量濃度與排放總質(zhì)量差異顯著；當(dāng)使用焦粉作為燃料時(shí)，TVOCs和MHC排放濃度和總量明顯比無(wú)煙煤的低；6 種燃料中，TVOCs 平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量最低的是E焦粉，分別為7.3 mg/m3和19.4 g，最高的是A煤粉，分別為161.9 mg/m3和525.0 g；將6 種燃料分別作為燒結(jié)燃料時(shí)，煙氣中TVOCs和MHC的排放總質(zhì)量按由高到低的順序排列，煤粉依次為A 煤粉、C 煤粉、B 煤粉、D 煤粉、F 焦粉和E 焦粉。從固體燃料工業(yè)分析結(jié)果可知，不同的固體燃料性質(zhì)有所差異，灰分和揮發(fā)分等性質(zhì)均不同。就揮發(fā)分而言，6 種煤粉中由高到低依次為A 煤粉、C 煤粉、B 煤粉、D 煤粉、F 焦粉和E 焦粉，這說(shuō)明固體燃料的揮發(fā)分與其作為燃料的燒結(jié)煙氣中TVOCs和MHC的排放總質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 燃料種類(lèi)對(duì)燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放的影響Fig.4 Effect of fuel types on volatile organic compounds emissions during sintering

使用不同種類(lèi)燃料時(shí)，燒結(jié)煙氣TVOCs 中NMHC 的平均濃度和排放總質(zhì)量較低，其中平均質(zhì)量濃度不高于10.8 mg/m3，排放總質(zhì)量不高于33.7 g。燃料種類(lèi)與NMHC平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量之間無(wú)明顯關(guān)系。4種無(wú)煙煤粉的NMHC排放差異較大，而E焦粉和F焦粉的NMHC排放差異極小，其中C煤粉作為燃料時(shí)平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量較高，B煤粉和D煤粉作為燃料時(shí)平均排放質(zhì)量濃度和排放總質(zhì)量較低，但與揮發(fā)分、固定碳和灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)間均無(wú)明顯相關(guān)性。然而，將6 種燃料分別燒結(jié)，煙氣中NMHC 排放總質(zhì)量占TVOCs 排放總質(zhì)量的比例分別為3.60%，4.95%，12.59%，4.92%，61.34%和49.39%。這說(shuō)明使用焦粉作為燒結(jié)燃料時(shí)，雖然TVOCs 排放濃度較低，但其中NMHC所占比例較高。

2.4 燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物釋放規(guī)律

以T3 和T11 組試驗(yàn)為例，選取目標(biāo)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%，以A 煤粉和E 焦粉為固體燃料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4.5%，燒結(jié)煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)量濃度如圖5和圖6所示。從圖5和圖6可見(jiàn)：揮發(fā)性有機(jī)物在燒結(jié)過(guò)程中持續(xù)釋放，點(diǎn)火結(jié)束后，燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放質(zhì)量濃度先減少后趨于穩(wěn)定；隨燒結(jié)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，料層透氣性變好，在抽風(fēng)風(fēng)機(jī)開(kāi)度不變時(shí)，燒結(jié)速度加快，揮發(fā)性有機(jī)物排放質(zhì)量濃度逐漸增高；在燒結(jié)過(guò)程的后1/3 段，過(guò)濕帶消失，燒結(jié)煙氣溫度開(kāi)始上升，燒結(jié)接近終點(diǎn)，燃料消耗減少，因此，揮發(fā)性有機(jī)物排放質(zhì)量濃度明顯降低，直到燒結(jié)結(jié)束；當(dāng)以煤粉為燃料時(shí)，TVOCs 排放總質(zhì)量為525.0 g，明顯高于焦粉的19.4 g，相差近27倍，說(shuō)明煤粉在焦化過(guò)程中可能產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物，鋼鐵企業(yè)焦化過(guò)程的揮發(fā)性有機(jī)物排放值得關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)是在50 kg級(jí)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行的，研究結(jié)果具有實(shí)際參考價(jià)值，但考慮到現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)燒結(jié)工藝參數(shù)與燒結(jié)杯平臺(tái)參數(shù)的差異性，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際燒結(jié)過(guò)程中揮發(fā)性有機(jī)物排放特性和釋放行為仍需進(jìn)一步檢測(cè)，以便為后續(xù)揮發(fā)性有機(jī)物減排提供切實(shí)的理論參考。

圖5 以A煤粉為燃料燒結(jié)杯揮發(fā)性有機(jī)物排放規(guī)律Fig.5 Emission law of volatile organic compounds in sintering cup with pulverized coal A

圖6 以E焦粉為燃料燒結(jié)杯TVOCs排放規(guī)律Fig.6 Emission law of volatile organic compounds in sintering cup with coke powder A

2.5 燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物生成機(jī)理

在燒結(jié)過(guò)程中，揮發(fā)性有機(jī)物主要來(lái)源于燃煤，并以氣體形式排放，在某些操作條件下同時(shí)形成二噁英和呋喃。研究表明，煤的熱解過(guò)程分為3個(gè)階段[17]：低于300 ℃的低溫段，主要釋放無(wú)機(jī)小分子；300～600 ℃的中溫段是熱解的主要反應(yīng)溫度區(qū)間，幾乎釋放了全部脂肪族和芳香族揮發(fā)性有機(jī)物；>600 ℃的高溫段，釋放成分除無(wú)機(jī)小分子外，主要為CH4。

圖7所示為燒結(jié)料層分布及溫度曲線。由圖7可知：在燒結(jié)過(guò)程中，料層自上而下形成溫度不同的反應(yīng)層，其中燒結(jié)干燥預(yù)熱帶溫度范圍基本為100～650 ℃，厚度為100～200 mm，持續(xù)時(shí)間為10 min左右[18]；隨燒結(jié)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，料層透氣性變好，在抽風(fēng)風(fēng)機(jī)開(kāi)度不變條件下，燒結(jié)速度加快；當(dāng)干燥預(yù)熱帶的燃料顆粒溫度達(dá)到300 ℃時(shí)，開(kāi)始釋放揮發(fā)性有機(jī)物；當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí)，煤粉發(fā)生熱解反應(yīng)生成大量MHC，這些有機(jī)物呈氣態(tài)揮發(fā)到氣流中，在燒結(jié)抽風(fēng)作用下向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)過(guò)濕帶時(shí)，由于過(guò)濕帶溫度較低(<100 ℃)，含有機(jī)揮發(fā)物的氣流經(jīng)熱交換后溫度降低，其中部分有機(jī)揮發(fā)物根據(jù)沸點(diǎn)逐步冷凝。

圖7 燒結(jié)料層分布及溫度曲線Fig.7 Distribution and temperature curve of sintering material layer

燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生因素主要在于燃料的燃燒過(guò)程，有機(jī)物的生成取決于燃料的種類(lèi)和環(huán)境因素。不同燃料表現(xiàn)出自身特有的物理化學(xué)特性，如熱值、成分等；環(huán)境因素主要指燃燒方式、粒徑、過(guò)量空氣系數(shù)、停留時(shí)間等，如溫度和升溫速率也會(huì)對(duì)有機(jī)物的生成和釋放產(chǎn)生顯著影響。燒結(jié)是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，且升溫速率較快，加速了揮發(fā)性有機(jī)物的釋放，導(dǎo)致燃料的孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力升高，促使更多揮發(fā)性產(chǎn)物強(qiáng)制釋放，揮發(fā)性熱解產(chǎn)物產(chǎn)量特別是輕質(zhì)氣體產(chǎn)量增加。因此，燒結(jié)過(guò)程釋放的有機(jī)物來(lái)源于燒結(jié)固體燃料本身含有的有機(jī)物和在復(fù)雜的燒結(jié)反應(yīng)條件下不同元素之間的化學(xué)反應(yīng)。為揭示燒結(jié)過(guò)程有機(jī)污染物生成排放特性，需要進(jìn)一步了解燃料中有機(jī)物的賦存形態(tài)。鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)工序中原料結(jié)構(gòu)、操作制度、抽風(fēng)負(fù)壓等不同，導(dǎo)致不同企業(yè)燒結(jié)工序的VOCs排放差異較大，給治理帶來(lái)困難。

3 結(jié)論

1)揮發(fā)性有機(jī)物在燒結(jié)過(guò)程中持續(xù)釋放，點(diǎn)火結(jié)束后，燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度在減少后趨于穩(wěn)定。隨著燒結(jié)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度逐漸增高。當(dāng)進(jìn)行到燒結(jié)過(guò)程的后1/3段時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度逐漸降低。

2)隨水分增多，燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物排放總質(zhì)量先降低后升高。當(dāng)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%時(shí)，TVOCs 平均排放質(zhì)量濃度和排放量最低，分別為161.9 mg/m3和525.0 g，同時(shí)，燒結(jié)低水操作更有利于減少NMHC排放。隨固體燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物釋放總量顯著增加，說(shuō)明燃料是燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物釋放的主要來(lái)源。

3)燃料種類(lèi)對(duì)燒結(jié)過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物釋放影響較顯著，使用煤粉作為固體燃料，揮發(fā)性有機(jī)物排放總質(zhì)量明顯高于焦粉及TVOCs和MHC的排放總質(zhì)量，且與固體燃料的揮發(fā)分呈正相關(guān)。