阅读说明：本技术 一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统 (Emission reduction method and system for treating waste pollutants by electric arc furnace ) 是由 周涛 董茂林 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于废物处理技术领域,具体公开了一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统。本方法包括如下步骤：根据烟气预热温度,将废钢预热通道划分为高温区、中温区和低温区；废钢冶炼开始后,达到指定温度时,将生石灰粉和废旧橡胶混合后加入到高温区,将生石灰粉和废弃塑料混合后加入到中温区和/或低温区,进行燃烧；从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与电弧炉出来的高温烟气进行混合,并加入空气或氧气形成混合烟气,使废弃物燃烧分解的气态产物充分燃烧；最后清除灰渣。本发明能有效利用烟气中的余热,显著减少污染物的排放量,节约烟气治理成本,并在不增设烟气脱硫脱硝装置的条件下,达到国家排放标准。(The invention belongs to the technical field of waste treatment, and particularly discloses an emission reduction method and system for treating waste pollutants by an electric arc furnace. The method comprises the following steps: dividing a scrap preheating channel into a high-temperature area, a medium-temperature area and a low-temperature area according to the flue gas preheating temperature; after the smelting of the scrap steel is started and the specified temperature is reached, mixing quicklime powder and waste rubber, adding the mixture into a high-temperature area, mixing the quicklime powder and waste plastic, adding the mixture into a medium-temperature area and/or a low-temperature area, and burning; the flue gas from the scrap steel preheating channel enters a flue gas mixing device to be mixed with the high-temperature flue gas from the electric arc furnace, and air or oxygen is added to form mixed flue gas, so that gaseous products generated by burning and decomposing the waste are fully combusted; and finally, removing ash. The invention can effectively utilize the waste heat in the flue gas, remarkably reduce the discharge amount of pollutants, save the flue gas treatment cost, and reach the national discharge standard under the condition of not additionally arranging a flue gas desulfurization and denitrification device.)

一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统

技术领域

本发明涉及冶金和废物回收处理技术领域，特别是涉及一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统。

背景技术

目前，废旧轮胎和废弃塑料制品只有很小比例进行循环使用，大多数是掩埋或焚烧。据调研，关于废旧轮胎的处理，只有60％的轮胎是堆积存放，超过10％的轮胎是非法倾倒。由于轮胎特有的成分特点，长期存放将分解出对环境有害的物质，对环境造成严重的污染；而且乱堆放轮胎也易引起火灾事故。

电弧炉炼钢过程中，化学能占总能耗的35～40％，化学能主要是吹氧产生碳氧反应的结果。电炉要可持续发展，通过减少化石能源像煤炭和天然气的消耗，其中减少煤炭消耗方法之一是使用潜在的替代燃料，即使用循环过程产生的废料，橡胶轮胎和废弃塑料制品就是煤炭的替代品。

电炉钢占据了世界钢铁总量的30％，过去20年来，电炉钢比例不断上升。在电弧炉炼钢过程中，电能输入占总能源的60～65％，化学能占35～40％。化学能主要是吹氧产生碳氧反应的结果。电弧炉要实现可持续发展，减少化石能源如煤炭和天然气的消耗，方法之一是使用潜在的替代燃料，即使用循环过程产生的废料，橡胶轮胎和废弃的塑料制品就是煤炭的替代品，这些废料不仅仅是电炉炼钢优良的替代品，还可以解决环保问题。但是使用废旧轮胎等高分子聚合物替代碳粉时，会使烟气中的SO₂、NO_x和二噁英等污染物超标。因此，如何控制烟气污染物的排放，并有效利用烟气中的余热成为基于废旧轮胎的电炉烟气处理技术的主要问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统，通过废弃物的高温处理技术，选择合适的添加剂从源头对生成物进行减排，从根本上改善和解决电弧炉处理废弃物产生的污染物的排放问题，真正的实现变废为宝，绿色环保。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种电弧炉处理废弃物污染物减排方法，包括如下步骤：根据烟气预热温度，将废钢预热通道依次划分为高温区、中温区和低温区；废钢冶炼开始后，当废钢预热通道各区温度达到指定温度时，将生石灰粉和废旧橡胶混合后加入到高温区，将生石灰粉和废弃塑料混合后加入到中温区和/或低温区，进行燃烧；从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与从电弧炉出来的高温烟气进行混合，并加入空气或氧气形成混合烟气，使废弃物燃烧分解的气态产物充分燃烧；最后将废弃物燃尽后剩余的灰渣清除。进一步，所述高温区是指废钢预热通道中烟气温度为1000℃以上的区域，所述中温区是指废钢预热通道中烟气温度为700-1000℃的区域，所述低温区是指废钢预热通道中烟气温度在700℃以下的区域。

进一步，废钢预热通道中加入的废弃物总量为10-15公斤/吨钢。也就是说，电弧炉每炼一吨钢，处理的废弃物总量为10-15公斤，这样能在保证废弃物充分燃烧的同时，使电弧炉炼钢产生的烟气余热能够得到充分合理的运用。

进一步，所述生石灰粉和废旧橡胶是混合比例为1:3～5，所述生石灰粉和废弃塑料的比例是1:5～8。进一步，所述废旧橡胶和废弃塑料经破碎后使用，所述废旧橡胶破碎后的碎片质量不大于10g，所述废弃塑料破碎后的碎片质量不大于40g。

进一步，所述混合烟气中的氧含量保持在10％及以上。

进一步，所述混合烟气的温度不低于850℃。

进一步，所述方法还包括以下步骤：在废钢预热通道的烟气出口和/或烟气混合装置的出口喷入生石灰粉，以进一步降低烟气中污染物的含量。

进一步，当废钢预热通道整体温度不足时，采用补热装置进行升温，以保证处理废弃物的工况在合理温度区间内。

进一步，废旧橡胶、废弃塑料和生石灰粉加入到废钢预热通道的高温区、中温区和低温区靠近废钢加料的一侧。

本发明第二方面提供一种采用上述方法进行废弃物污染物减排处理的电弧炉系统，所述系统包括电弧炉、废钢预热装置、废弃物加料配料装置、烟气混合装置和补热装置；所述废钢预热装置包括废钢预热通道，所述废钢预热通道的一端与电弧炉相连通，所述废钢预热通道根据烟气预热温度从靠近电弧炉炉口的一端依次划分为高温区、中温区和低温区，所述高温区、中温区和低温区分别设置有一个加料口；所述废弃物加料配料装置包括称量机构、配料机构和加料机构，所述加料机构与加料口相连接；所述废钢预热通道设有烟气出口，所述烟气出口与烟气混合装置相连通，所述电弧炉设有排出高温烟气的旁路通道，所述旁路通道与烟气混合装置相连通；所述废钢预热通道与补热装置相连接，所述补热装置用于给废钢预热通道内部进行升温。

进一步，所述旁路通道上设有用于向烟气混合装置中加入空气或氧气的混风阀。

进一步，所述系统还包括卸灰装置，所述废钢预热通道设有出灰口，所述出灰口与卸灰装置相连通。

进一步，所述系统还包括废弃物储料装置，所述废弃物储料装置与废弃物加料配料装置相连通，用于将储存的废弃物和生石灰粉提供给废弃物加料配料装置。

如上所述，本发明的电弧炉处理废弃物污染物减排方法和系统，具有以下有益效果：

本发明可以应用在电弧炉处理城市废弃物的工程领域中，通过将废弃物分类，采用最优的加料方式，使其污染物生成量较少，同时通过在废弃物中添加生石灰，并将从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与从电弧炉出来的高温烟气进行混合，可提高废钢预热通道内的烟气温度，通过加入空气或氧气提高氧含量，给予充分的反应条件，使废弃物燃烧产生的不完全燃烧的气态产物完全分解，从而减少污染物的排放量；同时，本方法通过控制电炉处理废弃物量为10-15公斤/吨钢，保证废弃物充分燃烧的同时，使电弧炉炼钢产生的烟气余热能够得到充分合理的运用。因此，本发明可在不增设烟气脱硫脱硝装置的条件下，达到国家目前的烟气污染物排放标准。

采用本发明所提出的方法利用电弧炉处理废弃物污染物，不仅可以使城市废弃物在废钢预热通道内处理效果达到最强，有效利用烟气中的余热，同时还可以大大降低废钢预热装置处理城市废弃物产生的污染物的排放量，节约烟气治理成本。

附图说明

图1显示为本发明电弧炉处理废弃物减排方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所示，本发明提供一种电弧炉处理废弃物减排方法及一种采用该方法进行废弃物污染物减排处理的电弧炉系统，所述系统包括电弧炉、废钢预热装置、废弃物储料装置、废弃物加料配料装置、烟气混合装置、补热装置和卸灰装置；所述废钢预热装置包括废钢预热通道，废钢预热通道的一端与电弧炉相连通，废钢预热通道根据烟气预热温度从靠近电弧炉炉口的一端依次划分为高温区、中温区和低温区，高温区、中温区和低温区分别设置有一个加料口；所述废弃物加料配料装置包括称量机构、配料机构和加料机构，加料机构与加料口相连接；废弃物储料装置和废弃物加料配料装置相连通，用于将储存的废弃物和生石灰粉提供给废弃物加料配料装置；废钢预热通道设有烟气出口，烟气出口与烟气混合装置相连通，所述电弧炉设有排出高温烟气的旁路通道，旁路通道与烟气混合装置相连通，旁路通道上还设有用于向烟气混合装置中加入空气或氧气的混风阀，所述烟气混合装置设有用于排放烟气的出口；所述废钢预热通道与补热装置相连接，所述补热装置用于给废钢预热通道内部进行升温；所述废钢预热通道设有出灰口，所述出灰口与卸灰装置相连通。

本方法具体步骤如下：

(1)根据烟气预热温度将废钢预热通道进行分区，划分为高温区、中温区和低温区，高温区是指废钢预热通道中烟气温度为1000℃以上的区域，中温区是指废钢预热通道中烟气温度为700-1000℃的区域，低温区是指废钢预热通道中烟气温度在700℃以下的区域；

(2)将生石灰粉、废弃橡胶和废弃塑料分别放入废弃物储料装置中，再送入废弃物加料配料装置中，由称量机构称取一定量的生石灰粉、废弃橡胶和废弃塑料，再配料机构将各物料混合均匀，最后由加料机构加入废钢预热通道中；

(3)废钢冶炼开始后，当废钢预热通道各区温度达到指定温度时，将生石灰粉和废旧橡胶混合后加入到高温区，将生石灰粉和废弃塑料混合后加入到中温区和/或低温区，进行燃烧；其中，生石灰粉和废旧橡胶是混合比例为1:3～5，生石灰粉和废弃塑料的比例是1:5～8；废钢预热通道中加入的废弃物总量为10-15公斤/吨钢，即电弧炉每炼一吨钢，处理的废弃物总量为10-15公斤，在保证废弃物充分燃烧的同时，使电弧炉炼钢产生的烟气余热能够得到充分合理的运用。不同种类的废弃物的污染物生成条件不一样，燃烧温度不一样，所以添加方式不一样，本方法将废弃物分类，通过优化添加方式来使不同种类的废弃物在温度合适的区域进行燃烧，减少废弃物不完全燃烧产生的气态产物，以控制污染物排放；由于废弃物中的废弃塑料属于易燃的材料，可加入低温区或中温区，而废旧轮胎更耐高温，应加入到高温区。(4)从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与电弧炉第四孔旁路通道出来的高温烟气进行混合，以提高废钢预热通道的烟气温度，并加入一定量的空气或氧气，形成混合烟气，保持混合烟气中的氧含量在10％以上，使废弃物燃烧分解产生的气态产物在烟气混合装置中充分燃烧；混合烟气的最高烟气温度控制在不低于850℃。

(5)上述过程中，可在废钢预热通道的烟气出口和/或烟气混合装置的出口喷入生石灰粉，以进一步降低烟气中污染物的含量。

(6)最后，通过钢预热通道出灰口设置的卸灰装置将废弃物燃尽后剩余的灰渣清除。

其中，当废钢预热通道整体温度不足时，采用补热装置进行升温，以保证处理废弃物的工况在合理温度区间内。

废弃物中的易燃易挥发的材料，例如废弃塑料等可以通过低温区进行加料。

其中，废弃橡胶可采用汽车废弃塑料，如废弃轮胎、汽车座椅、保险杠等，废弃皮带等橡胶制品，但不限于此。

其中，废钢预热装置的结构类似于申请号为CN 110173976A中提及的电弧炉废钢预热装置。

以下通过具体的实施例进行详细说明，但本发明的具体应用实施例不限于此。

在一座120t电弧炉上，其废钢预热通道长度为20米，在冶炼过程中，通过热电偶测量废钢预热通道上各个温度区间的长度，将其分为高温区、中温区和低温区。从炉口往废钢加料方向开始算，0到8米为高温区，9到14米为中温区，15到20米为低温区。当废钢预热通道整体温度不足时，可以采用补热装置进行升温，保证处理废弃物的工况在合理温度区间内。

配料机构将废旧橡胶和生石灰粉按质量比约为3:1、废弃塑料和生石灰粉按质量比约为8:1、废弃塑料和生石灰粉按质量比约为5:1进行充分混合后，用加料机构分别加入到废钢预热通道的高温区、中温区和低温区靠近废钢加料的一侧，进行燃烧。废钢预热通道中加入的废弃物总量为12公斤/吨钢。

从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与电弧炉第四孔旁路通道出来的高温烟气进行混合，旁路通道上设置有混风阀，通过混入部分空气，形成混合烟气，保证混合烟气的氧含量不低于14％，并保证混合烟气温度不低于850℃，以保证废钢预热通道中存在的不完全燃烧物质，如炭黑，氯化氢、芳香烃类物质和VOC类物质等，能够完全燃烧分解。

上述过程中，可在废钢预热通道的烟气出口和/或烟气混合装置的出口喷入生石灰粉，以进一步降低烟气中污染物的含量。

最后，通过钢预热通道出灰口设置的卸灰装置将废弃物燃尽后剩余的灰渣清除。

根据DB13 2169-2018《河北省钢铁工业大气污染物超低排放标准》的规定，炼钢工序中SO₂排放限值是50mg/m³，NO_x排放限值是150mg/m³。

固定污染源废弃二氧化硫和氮氧化物的测定采用非分散红外吸收法可以进行连续监测。在50t电炉上，在实施本发明提出的废弃物污染物减排方法前后，测定电炉烟气污染物排放浓度，结果如表1所示。

表1

由上可知，采用本发明所提出的方法，利用电弧炉处理废弃物污染物，不仅可以使城市废弃物在废钢预热通道内处理效果达到最强，有效利用烟气中的余热，同时还可以大大降低废钢预热装置处理城市废弃物产生的污染物的排放量，节约烟气治理成本。

综上所述，本发明可以应用在电弧炉处理城市废弃物的工程领域中，通过将废弃物分类，采用最优的加料方式，使其污染物生成量较少，同时通过在废弃物中添加生石灰，并将从废钢预热通道出来的烟气进入烟气混合装置与从电弧炉出来的高温烟气进行混合，可提高废钢预热通道内的烟气温度，通过加入空气或氧气提高氧含量，给予充分的反应条件，使废弃物燃烧产生的不完全燃烧的气态产物完全分解，从而减少污染物的排放量；同时，本方法通过控制电炉处理废弃物量为10-15公斤/吨钢，保证废弃物充分燃烧的同时，使电弧炉炼钢产生的烟气余热能够得到充分合理的运用。因此，本发明可在不增设烟气脱硫脱硝装置的条件下，达到国家目前的烟气污染物排放标准。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。