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机械炼焦过程主要大气污染物排放特征及迁移行为研究

牟玲  
【摘要】:炼焦过程产生的污染物对环境空气质量及人体健康具有显著影响。为了有效控制炼焦过程各类污染物的排放,迫切需要建立炼焦过程各类污染物源成分谱。明确炼焦过程排放污染物的污染水平、分布特征及排放因子对受焦化废气影响地区环境质量的改善具有重要意义。本文以典型的机焦炉为研究对象,采集炼焦有组织排放(装煤、出焦烟气和燃烧室废气)和焦炉顶无组织排放样品,系统分析不同类型机械炼焦炉不同工序有机碳(OC)、元素碳(EC)和多环芳烃(PAHs)浓度水平、分布特征,探讨了炼焦无组织排放PAHs的气固分布机制,并对OC, EC和PAHs排放因子及排放量进行了计算;选择典型焦化厂,分析了焦炭生产过程重金属排放特征及其在炼焦过程的迁移规律。获得的主要研究结论如下: 分析了机械炼焦过程OC和EC排放特征:(1)炼焦烟气中OC和EC排放浓度均明显高于炉顶无组织排放,且对于不同烟气,出焦过程OC和EC排放浓度均高于装煤烟气和燃烧室废气。(2)同一焦化厂炼焦不同工序排放烟气中EC/OC比值接近,而对于相同工序,不同类型焦化厂之间EC/OC比值差异较大,在利用EC/OC比值进行颗粒物中碳来源解析时需慎重。 获得了炼焦有组织排放、无组织排放及除尘器收集飞灰中PAHs的污染水平:装煤过程PAHs排放浓度(359.55μg/m3)明显高于出焦烟气(124.20μg/m3)及燃烧室废气(226.64μg/m3)。焦炉顶无组织排放PAHs平均浓度为56.24μg/m3,捣固焦炉无组织排放PAHs浓度为顶装焦炉的3倍以上。焦化厂布袋除尘器收集飞灰中PAHs平均含量为2911.05μg/g,且同一焦化厂装煤过程生成飞灰中PAHs含量明显高于推焦过程。 探明了炼焦排放PAHs的组成、气固分布特征及其形成机制:炼焦烟气及无组织排放PAHs以低分子量所占比例最大,而除尘器收集飞灰中则以中·、高分子量PAHs为主。炼焦排放PAHs主要以气态形式存在,且不同PAHs气固分布特征不同。炼焦无组织排放PAHs的气固分配过程主要由吸收机制控制,且不同PAHs的气固分配机制不同。 分析了炼焦排放PAHs的毒性特征:焦炉顶无组织排放PAHs的苯并(a)芘毒性当量浓度最大,其次为装煤和出焦烟气。除苯并(a)芘外,二苯并(a,h)葸对炼焦烟气、炉顶无组织排放及除尘器收集飞灰中PAHs总体毒性的贡献值最大。炼焦过程排放粒径小于1.4μm颗粒物上PAHs对全部颗粒态PAHs毒性的贡献值达90%以上,从PAHs对人体健康危害的角度而言,有必要加强对炼焦过程排放细颗粒、苯并(a)芘和二苯并(a,h)葸的控制。 获得了炼焦排放PAHs的源成分谱特征:炼焦有组织和无组织排放中总PAHs(气相和颗粒相之和)轮廓特征均呈双峰分布,第一个峰值为萘,另一个峰值出现在芴、菲和葸,而除尘器收集飞灰中PAHs以屈、苯并(a)葸和苯并(b)荧葸为主。有组织排放和无组织排放气态PAHs的轮廓特征与总体PAHs的轮廓特征相似,而与颗粒态PAHs的轮廓特征明显不同。 探明了炼焦排放PAHs的粒径分布特征:装煤、出焦烟气及炉顶无组织排放颗粒相PAHs主要分布在粒径小于1.4μm颗粒物上。2环PAHs较均匀地分布在各粒径范围内的颗粒物上,而5-6环PAHs则主要分布在细颗粒上。装煤和出焦烟气中细颗粒上(1.4μm) PAHs的成分谱特征相同,而粗颗粒(1.4μm) PAHs的成分谱特征不同。 计算了焦炭生产过程OC、EC和PAHs的排放因子及排放量:机械炼焦装煤烟气中OC、EC和PAHs的排放因子分别为1.73、0.78g/t和346.13mg/t煤;出焦烟气中OC、EC和PAHs的排放因子分别为1.36、0.67g/t和93.17mg/t煤。炭化室高6米和4.3米焦炉烟气中OC、EC和总体PAHs的排放因子明显小于3.2米焦炉。2010年我国机械炼焦装煤和出焦过程OC、EC和16种PAHs的年排放量分别为1455.38吨、683.68吨和207.13吨。 探讨了机械炼焦过程重金属迁移特征:炼焦过程排放重金属按迁移特征的不同归为以下两类:(1) Cu、Zn、As、Pb和Cr。与炼焦产物焦炭相比,这些元素更趋向于富集在飞灰中,其中Cu、As和Cr经过除尘器后明显富集于出口飞灰,而Zn和Pb则相对较均匀地分布在除尘器收集底灰和出口飞灰中。(2) Ni、Co, Cd, Fe和V,这5种元素较均匀的分布在除尘器入口飞灰和焦炭中。


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