烧结工序不仅是污染物排放大户，其能耗也巨大，约占钢铁企业总能耗的10%～12%。烧结废气循环利用（热风烧结）不但可以回收烟气中的低温余热，降低烧结工序能耗，而且能够显著减少烧结生产的废气排放总量以及污染物排放量，具有重大的节能减排价值。

利用中试装置研究二噁英生成机理

    有关单位选取烧结焦粉配比、热风温度、热风含氧量3个参数进行烧结试验，主要目的在于通过烧结试验，研究各个参数对二噁英总量以及17种有毒同系物分布的影响，从而找出抑制二噁英生成的最佳工艺参数，并分析烧结过程中二噁英的生成机理。

    采用中试装置进行烧结试验。他们用烧结锅中试装置模拟烧结生产原理来进行试验。烧结锅本体内径300mm、高750mm。试验时按照烧结混合料配比准确称量配料进行干湿混合，预先将重2kg的铺底料（粒度为10mm～15mm的成品烧结矿）平铺到炉箅条上，然后通过自动装料机将混合好的烧结料装入烧结锅，刮平后点火。点火使用焦炉煤气，点火时间为2min、点火负压为8.82kPa、点火温度为1000℃。烧结点火后，立即将热风引入烧结锅，热风由专门的热风发生炉提供，经由烧结锅上方通过热风罩通入。

    二噁英采样分析方法。本烧结试验过程中，烟道ф200mm，结合现场条件，选择长1m的采样枪在烟道半径上进行采样。采样前清洗采样仪各玻璃组件，将装置上所有可能被污染的开口处用铝箔纸密封，吸附管须以铝箔纸包装以防光、防热，直至采样开始前才组装采样仪准备采样。采样过程结束后，拆卸玻璃纤维滤纸、XAD-2树脂吸附仓，用铝箔纸包住存放好。将测枪内壁、过滤器内壁、滤纸支架、S型连接、冷凝器依次用丙酮、二氯甲烷和甲苯淋洗，淋洗液装入采样瓶，待实验室分析。实验室采用同位素稀释法对二噁英进行分析。对采集回的滤纸和XAD-2树脂进行处理，每个XAD-2树脂在采样前均加入5μL的EPA23 SS样品内标，分析时用丙酮将XAD-2树脂从吸附仓冲洗到索提筒中，用甲苯置换丙酮，将甲苯收集在索提杯中。将滤纸加入到索提杯中，搅拌使其与树脂混合均匀后，加入5μL的EPA23 IS内标和2μL的EPA23 AS内标。把索提筒和索提杯安装到索提装置上提取24小时以上。样品提取液经旋转蒸发浓缩后，依次通过复合硅胶柱、氧化铝柱，用不同配比的正己烷和二氯甲烷溶剂淋洗和洗脱，收集含有PCDD/Fs的洗脱液，将洗脱液旋转蒸发浓缩，用高纯氮气吹干后，加入2μL的EPA RS回收率内标，密封待测。

调整工艺参数寻求最佳减排路径

    有研究认为，烧结过程二噁英的产生最有可能是从头合成，因为烧结过程具有从头合成产生二噁英的各种条件，如碳源、氯源、氧化性气氛、温度等。也有研究指出，烧结过程中前驱体化合物经有机化合反应生成二噁英的可能性较大。两种反应最主要的区别在于前者反应初期从残炭开始，发生的是裂解、结构反应，而后者发生的是前驱物的缩合反应。一般认为前驱物反应生成的主要是PCDDs，从头合成反应则主要生成PCDFs，因此，可以根据PCDD/PCDF的比例来判断哪种机理占优势。

    改变焦粉配比。本试验中，点火后立即在烧结锅烧结料面通入特定温度的热风进行热风烧结。经测算，200℃热风带入的热量相当于300g焦粉完全燃烧产生的热量，因此通入热风可以节约一部分焦粉，有利于烧结生产的节能减排。因此该组实验分别采用了200℃热风减焦10%、12%、17%进行试验。图1列出了改变焦粉配比进行试验生成二噁英的总量变化。由图1可以看出，随着焦粉量的减少，二噁英总量呈上升趋势。减焦10%时，生成的二噁英浓度约为4606pg/m3，而减焦17%时，生成二噁英浓度则提高到约6464pg/m3，提高了40%。改变焦粉配比对PCDF生成量的影响较大，对PCDD几乎没有影响。

    在烧结过程中，焦粉影响二噁英生成的原因主要体现在两个方面：一是焦粉高温下发生裂解等结构反应形成残碳，为二噁英从头合成提供了条件；二是焦粉具有较大的比表面积，对烧结过程中产生的二恶英有较强的吸附作用。在本试验中，随着焦粉量的减少，二噁英生成量逐渐增加，主要是因为焦粉对二噁英的吸附量大于二噁英的生成量。焦粉配比不同时，虽然PCDF的量有较大变化，但其同系物的分布情况基本相似，均以五氯代和六氯代呋喃的浓度最大，这就说明生成途径基本相同；而PCDF/PCDD的比值较高（7～10），也就说明了该生成过程主要为从头合成。

    改变热风温度。本试验选取100℃、150℃、200℃三种温度进行试验（较基准试验，减焦量同为12%时），结果如图2所示。由图2可以看出，在试验温度范围内，二噁英生成量先增加后减少，在150℃时生成量最大，但其变化幅度不如改变焦粉配比时显著。同时，试验结果表明，改变热风温度对PCDF生成量的影响较大，PCDD/Fs的同系物分布情况基本相似，均以五、六氯代的呋喃为主。因此，热风温度为100℃～200℃时，存在一个二噁英生成量最大的区间，其生成机理以从头合成为主导。

    如果热风氧浓度在17%以上，则对烧结燃烧没有影响，而且热风会提高烧结带的最高温度。本试验调节200℃热风的含氧量分别为19%（缺氧）、21%（正常）、23.7%（富氧）进行烧结，二噁英的生成量随着氧浓度的升高先增加后减少，在21%时，PCDD/Fs浓度达到最大。热风含氧量为19%、21%的情况下，二噁英各同系物的分布情况基本相同，但在23.7%时，PCDF的生成量明显下降，其中以五氯代的PeCDF下降最多。

    一般认为，氧气在从头合成中的作用主要表现在两个方面：一是促进多环芳烃分解形成碳源；二是与碳源发生环化反应。在烧结过程中，气氛中的氧分子增加会增加游离的氧向飞灰上颗粒孔隙扩散的机会，从而促进氧气在从头合成中发挥作用。由于分子氯水平的限制，氧含量增达到一定程度后，对从头合成反应便不再有促进作用，此时氧分子的作用主要是氧化生成二噁英和使燃烧反应进行更完全，所以二噁英的总生成量在氧含量达到一定水平后会急剧下降。因此，二噁英生成量会先随含氧量增加而增加，在含氧量到达一定程度后，二噁英生成量则会减少，存在一个最大的氧含量范围。在该组实验中，氧含量为21%时二噁英的浓度和毒性当量都最大。氧含量为23.7%时，PCDD/Fs同系物分布发生较大变化，说明生成机制发生了改变，但仍然是PCDF变化较大，因此该反应也是以从头合成为主。有研究指出，氧含量达到50%后，二噁英总生成量会急剧下降。