摘要：活性炭法煙氣凈化技術(shù)由于其技術(shù)的先進性已成為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)綠色及可持續(xù)發(fā)展的一個重要技術(shù)選擇。活性炭法具有高效脫硫脫硝脫二噁英及重金屬性能,其工藝簡單,占地面積小,系統(tǒng)無二次污染物產(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卸料功能的鏈式斗提機,并對系統(tǒng)進行了仿真研究,結(jié)果表明該系統(tǒng)流場均勻,達到設(shè)計要求,能實現(xiàn)穩(wěn)定運行。目前中冶長天已與寶鋼湛江鋼鐵有限公司簽訂了2臺550m~2燒結(jié)機煙氣凈化系統(tǒng)工程承包合同,隨著該技術(shù)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化的進一步推廣,將會產(chǎn)生巨大的社會及經(jīng)濟效益。

1引言柴油發(fā)電機組

鋼鐵行業(yè)為推進我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展做出了重要貢獻，但同時我國鋼鐵工業(yè)環(huán)保水平低，單位產(chǎn)量污染物排放量較高，已嚴重制約鋼鐵產(chǎn)業(yè)整體競爭力的提高。為控制污染物排放，國家環(huán)保部制定了《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》，指出自2015年1月1日，現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)燒結(jié)、球團執(zhí)行以下大氣污染物排放限值：SO2200mg/m3、NOx300mg/m3、二噁英類0.5ng-TEG/m3。可見，鋼鐵行業(yè)大氣污染治理已由原來的除塵、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，當日本政府于提出執(zhí)行二惡英排放濃度標準后，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。活性炭法燒結(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，同時可回收國內(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)濟分析

國內(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，占地面積較大，副產(chǎn)物難以處理，二噁英未實現(xiàn)真正治理，對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的煙氣凈化方法，污染物綜合治理能力無與倫比，副產(chǎn)物可實現(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），而且再生時只需對少量的活性炭加熱，能耗低，其主要技術(shù)及性能參數(shù)見表1。

活性炭法初期投資較“半干法+SCR”高，但運行費用卻低于“半干法+SCR”，以國內(nèi)某大型燒結(jié)機估算，脫硝率為40%時，1年后“半干法+SCR”總投資（初期投資+運行費）將超過活性炭法；脫硝率為80%時，6年后“半干法+SCR”總投資將超過活性炭法，如圖1所示。

3應(yīng)用研究

中冶長天于2006年開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)、寶鋼共同承擔了國家“863”項目，開展活性炭法半工業(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)化試驗裝置（圖2、圖3），可實現(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，為了滿足越來越嚴格的環(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、活化方法及負載物類型等對催化劑強度及脫硝催化活性的影響，研制了高強度、高活性的低溫炭基催化劑，并對其性能進行表征與評估。針對成型制備技術(shù)，考察各種粘結(jié)劑、混合時間、攪拌速率、擠壓壓力、活性溫度、活化時間等因素對顆粒狀催化劑的抗壓強度和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。

脫除塔采用移動重力塔，煙氣在增壓風機的作用下，通過吸附塔的煙氣入口進入吸附塔，均勻地分布在吸附塔進氣室，橫向均勻地穿過吸附塔催化劑床層，在通過催化劑床層的時候，燒結(jié)煙氣中的SO2、NOx被脫除，同時協(xié)同脫硫粉塵、二噁英等有害物質(zhì)，從而達到凈化燒結(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副產(chǎn)物進行資源化處理的設(shè)備（圖9、圖10），主要通過氣固傳熱規(guī)律的研究開發(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)備采用鏈式斗提機（圖11、圖12），主要研究了多點卸料、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，從而降低了活性炭的摔損，實現(xiàn)了活性炭的連續(xù)運輸，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。

3.3流場仿真分析

對吸附塔、再生塔進行了仿真分析研究，結(jié)果表明，進入吸附塔時煙氣產(chǎn)生明顯湍流，但進入活性炭床層時，流速比較均勻（圖13）；對再生塔內(nèi)活性炭移動規(guī)律、加熱及冷卻氣體運動過程和載氣流速分布規(guī)律進行了詳細分析（圖14），其結(jié)果達到設(shè)計要求，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)，引起載氣的運行也相對不平穩(wěn)。

4結(jié)束語

隨著環(huán)保的日趨嚴格和煙氣凈化技術(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)展的一個重要技術(shù)選擇。目前中冶長天已與寶鋼湛江鋼鐵有限公司簽訂了2臺550m2燒結(jié)機煙氣凈化系統(tǒng)工程承包合同，隨著該技術(shù)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化的進一步推廣，活性炭煙氣凈化技術(shù)及裝備將會產(chǎn)生巨大的社會及經(jīng)濟效益。