摘要：活性炭法煙氣凈化技術(shù)由于其技術(shù)的先進(jìn)性已成為鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色及可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)選擇?；钚蕴糠ň哂懈咝摿蛎撓趺摱f英及重金屬性能,其工藝簡(jiǎn)單,占地面積小,系統(tǒng)無(wú)二次污染物產(chǎn)生且副產(chǎn)物可回收利用。相比于"半干法+SCR",總投資更具有優(yōu)越性。本文研究了新型低溫炭基催化劑,研制了具有多床層模塊化結(jié)構(gòu)的脫除塔、集加熱與冷卻于一體的活性炭再生塔及具有多點(diǎn)卸料功能的鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī),并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明該系統(tǒng)流場(chǎng)均勻,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。目前中冶長(zhǎng)天已與寶鋼湛江鋼鐵有限公司簽訂了2臺(tái)550m~2燒結(jié)機(jī)煙氣凈化系統(tǒng)工程承包合同,隨著該技術(shù)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步推廣,將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

1引言柴油發(fā)電機(jī)組

鋼鐵行業(yè)為推進(jìn)我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但同時(shí)我國(guó)鋼鐵工業(yè)環(huán)保水平低，單位產(chǎn)量污染物排放量較高，已嚴(yán)重制約鋼鐵產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力的提高。為控制污染物排放，國(guó)家環(huán)保部制定了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，指出自2015年1月1日，現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)燒結(jié)、球團(tuán)執(zhí)行以下大氣污染物排放限值：SO2200mg/m3、NOx300mg/m3、二噁英類(lèi)0.5ng-TEG/m3?？梢?jiàn)，鋼鐵行業(yè)大氣污染治理已由原來(lái)的除塵、脫硫提升為SO2-NOx-二惡英等多污染物協(xié)同控制。目前，國(guó)內(nèi)脫硫技術(shù)趨于成熟，脫硝脫二噁英仍處于起步階段。2000年，當(dāng)日本政府于提出執(zhí)行二惡英排放濃度標(biāo)準(zhǔn)后，日本鋼鐵公司新建燒結(jié)煙氣處理工藝全部采用活性炭吸附工藝?；钚蕴糠Y(jié)煙氣凈化技術(shù)是一種可資源化的干法煙氣處理技術(shù)，具有節(jié)水、脫硫、脫硝、脫二噁英、脫重金屬、除塵及除去其他微量有害煙氣成分（如HCl、HF、SO3等）的功能，同時(shí)可回收國(guó)內(nèi)緊缺的硫資源（高濃度SO2可制備濃硫酸等）。

2技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)主要關(guān)注的多污染物控制技術(shù)為半干法脫硫+SCR脫硝（長(zhǎng)流程）和活性炭法（短流程）。半干法脫硫+SCR脫硝由于工藝流程較長(zhǎng)，占地面積較大，副產(chǎn)物難以處理，二噁英未實(shí)現(xiàn)真正治理，對(duì)煙氣加熱所需熱能較大，因此暫未應(yīng)用于燒結(jié)煙氣治理，目前處于積極探索階段。活性炭法作為一種先進(jìn)的煙氣凈化方法，污染物綜合治理能力無(wú)與倫比，副產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)很好的資源化再利用（副產(chǎn)高濃度SO2可生產(chǎn)硫酸，炭粉可用作燒結(jié)或高爐燃料），而且再生時(shí)只需對(duì)少量的活性炭加熱，能耗低，其主要技術(shù)及性能參數(shù)見(jiàn)表1。

活性炭法初期投資較“半干法+SCR”高，但運(yùn)行費(fèi)用卻低于“半干法+SCR”，以國(guó)內(nèi)某大型燒結(jié)機(jī)估算，脫硝率為40%時(shí)，1年后“半干法+SCR”總投資（初期投資+運(yùn)行費(fèi)）將超過(guò)活性炭法；脫硝率為80%時(shí)，6年后“半干法+SCR”總投資將超過(guò)活性炭法，如圖1所示。

3應(yīng)用研究

中冶長(zhǎng)天于2006年開(kāi)展活性炭法煙氣凈化技術(shù)的研究，并于2012年聯(lián)合清華大學(xué)、寶鋼共同承擔(dān)了國(guó)家“863”項(xiàng)目，開(kāi)展活性炭法半工業(yè)化應(yīng)用研究，建設(shè)了處理30000m3/h燒結(jié)煙氣的半工業(yè)化試驗(yàn)裝置（圖2、圖3），可實(shí)現(xiàn)脫硫率≥98%，脫硝率60%（圖4）。

3.1炭基催化劑研制

現(xiàn)行工業(yè)脫硫脫硝活性炭的脫硝效率還不是很高，為了滿(mǎn)足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求，研制了第一代低溫脫硝炭基催化劑。研究了原煤配比、活化方法及負(fù)載物類(lèi)型等對(duì)催化劑強(qiáng)度及脫硝催化活性的影響，研制了高強(qiáng)度、高活性的低溫炭基催化劑，并對(duì)其性能進(jìn)行表征與評(píng)估。針對(duì)成型制備技術(shù)，考察各種粘結(jié)劑、混合時(shí)間、攪拌速率、擠壓壓力、活性溫度、活化時(shí)間等因素對(duì)顆粒狀催化劑的抗壓強(qiáng)度和SCR活性的影響，確定了最優(yōu)的生產(chǎn)工藝參數(shù)。炭基催化劑研制技術(shù)路線(xiàn)如圖5所示。

3.2關(guān)鍵設(shè)備研制

關(guān)鍵設(shè)備包括脫除塔、再生塔及催化劑輸送及布料設(shè)備。

脫除塔采用移動(dòng)重力塔，煙氣在增壓風(fēng)機(jī)的作用下，通過(guò)吸附塔的煙氣入口進(jìn)入吸附塔，均勻地分布在吸附塔進(jìn)氣室，橫向均勻地穿過(guò)吸附塔催化劑床層，在通過(guò)催化劑床層的時(shí)候，燒結(jié)煙氣中的SO2、NOx被脫除，同時(shí)協(xié)同脫硫粉塵、二噁英等有害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化燒結(jié)煙氣的作用。研制了具有多層吸附（圖6）、防摔損均勻布料（圖7）、圓輥排料（圖8）及模塊式結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)技術(shù)的具有寬幅適應(yīng)能力的耐腐蝕脫除塔。

再生塔是高溫活化催化劑及對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行資源化處理的設(shè)備（圖9、圖10），主要通過(guò)氣固傳熱規(guī)律的研究開(kāi)發(fā)了具有高效的催化劑活化效果及耐磨蝕、低能耗的再生塔，并實(shí)現(xiàn)二噁英的分解及副產(chǎn)物的資源化，主要研究了一體化加熱冷卻技術(shù)、顆粒輸送阻氧技術(shù)、管板殼體連接技術(shù)及管板管束連接技術(shù)等。

催化劑輸送設(shè)備采用鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)（圖11、圖12），主要研究了多點(diǎn)卸料、姿態(tài)控制、防鏈條跑偏及鏈斗輸送穩(wěn)料等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在較高溫度下輸送催化劑，并減少催化劑的碰撞、磨損并合理布料。輸送系統(tǒng)采用“Z”型設(shè)計(jì)，從而降低了活性炭的摔損，實(shí)現(xiàn)了活性炭的連續(xù)運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。

3.3流場(chǎng)仿真分析

對(duì)吸附塔、再生塔進(jìn)行了仿真分析研究，結(jié)果表明，進(jìn)入吸附塔時(shí)煙氣產(chǎn)生明顯湍流，但進(jìn)入活性炭床層時(shí)，流速比較均勻（圖13）；對(duì)再生塔內(nèi)活性炭移動(dòng)規(guī)律、加熱及冷卻氣體運(yùn)動(dòng)過(guò)程和載氣流速分布規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)分析（圖14），其結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)內(nèi)活性炭、加熱氣體和冷卻氣體基本處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，再生塔內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)不平穩(wěn)，引起載氣的運(yùn)行也相對(duì)不平穩(wěn)。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著環(huán)保的日趨嚴(yán)格和煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展，活性炭法將成為鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、低碳發(fā)展、清潔發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)選擇。目前中冶長(zhǎng)天已與寶鋼湛江鋼鐵有限公司簽訂了2臺(tái)550m2燒結(jié)機(jī)煙氣凈化系統(tǒng)工程承包合同，隨著該技術(shù)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步推廣，活性炭煙氣凈化技術(shù)及裝備將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。