何生明

(河北大河邯鋼設(shè)計(jì)院有限公司, 河北 邯鄲  056000)

摘 要：隨著鋼鐵行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，伴隨著煙氣排放量日益增長，其中SO₂、NO_X的排放嚴(yán)重影響到人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此亟需對其進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)污染物超低排放對于緩解其造成的環(huán)境污染意義重大。針對鋼鐵企業(yè)中燒結(jié)煙氣超標(biāo)排放難題，在分析活性炭理化特性的基礎(chǔ)上，采用逆流活性炭脫硫脫硝技術(shù)對浙江某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造， 凈化后煙氣SO₂、NO_X、顆粒物分別約為20 mg/Nm³、45 mg/Nm³、8 mg/Nm³，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣超低排放。此工作可為逆流活性炭提供實(shí)際應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：逆流；活性炭；  脫硫脫硝；  燒結(jié)煙氣

隨著國內(nèi)環(huán)保問題日益突出，國家的環(huán)保政策也愈加嚴(yán)格。2019年，生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等五部委印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》中提高了燒結(jié)煙氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。要求燒結(jié)機(jī)煙氣中二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放濃度小時(shí)均值分別不高于35 mg/Nm³、50mg/Nm³、10 mg/Nm³。

目前，浙江某鋼鐵企業(yè)2臺430 m²燒結(jié)機(jī)，前期均采用一套錯(cuò)流式活性炭脫硫脫硝煙氣凈化裝置。吸附塔進(jìn)口原煙氣中二氧化硫、氮氧化物、顆粒物濃度約700 mg/Nm^-3， 400 mg/Nm³， 45 mg/Nm³，凈化后二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放濃度分別約為45 mg/Nm³、130 mg/Nm³、17 mg/Nm³，排放濃度達(dá)不到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)分析，由于煙氣中污染物濃度在吸附塔內(nèi)水平分布不均勻，造成從吸附塔排出的活性炭飽和程度不一致，未能充分發(fā)揮活性炭的吸附作用。

因此，決定采用逆流活性炭脫硫脫硝技術(shù)對前期燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行煙氣深度處理改造，使活性炭在吸附塔內(nèi)同一水平截面處飽和度一致，對煙氣中SO₂和顆粒物吸附更充分^[1]。此外，逆流式技術(shù)脫硫和脫硝獨(dú)立反應(yīng)，容易調(diào)節(jié)脫硫?qū)蛹懊撓鯇踊钚蕴看矊痈叨?，使脫硫脫硝效率更高，從而全面?shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣超低排放。促進(jìn)鋼鐵等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綠色健康發(fā)展。

1.逆流活性炭凈化工藝

1.1工藝流程   

燒結(jié)煙氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入吸附系統(tǒng)后，采用活性炭一體化凈化裝置，實(shí)現(xiàn)一套裝置中完成吸附和催化還原反應(yīng)過程。吸附劑和催化劑選用特殊性能的活性炭，活性炭在吸附塔內(nèi)分為完全獨(dú)立的脫硫床層和脫硝床層，活性炭由塔頂加入，在重力和塔底出料裝置的作用下從上向下移動(dòng)，煙氣自下而上，兩者逆流相向接觸。原煙氣在脫硫床層脫除SO₂達(dá)標(biāo)后在中間氣室與經(jīng)汽化的氨空氣充分混合，再穿過脫硝床層進(jìn)行脫除NOx，凈化后的煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后通過主煙囪排入大氣。

解析塔設(shè)計(jì)中采用充氮?dú)飧粞跫夹g(shù)，為防止活性炭的解析氧化，采用壓力階梯設(shè)計(jì)，防止解析后的活性炭再次吸附SO₂^[1]。吸附塔排出的飽和活性炭，首先經(jīng)振動(dòng)篩、風(fēng)篩篩分，篩上的大顆粒活性炭通過鏈斗輸送機(jī)輸送到解析塔進(jìn)行解析，解析后的活性炭出解析塔后經(jīng)振動(dòng)篩、風(fēng)篩，將細(xì)小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭輸送到吸附塔循環(huán)使用，活性炭卸料、布料、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)等過程產(chǎn)生的粉塵尾氣經(jīng)布袋除塵器處理后經(jīng)排氣筒排放。新活性炭通過新炭倉加入到系統(tǒng)中，用于補(bǔ)充系統(tǒng)損失的活性炭?；钚蕴课降腟O₂被解析釋放送往制酸系統(tǒng)制成濃硫酸，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。

圖1  逆流式活性炭工藝流程圖

1.2活性炭理化特性

      表1為活性炭表面的元素組成，可以看出，活性炭表面含有豐富的基團(tuán)，是加速污染物與還原劑發(fā)生反應(yīng)的載體，活性炭自身的這種特性有利于對極性污染物的吸附和催化反應(yīng)^[2]。圖2為活性炭放大5000倍的掃描電鏡，由圖可知，活性炭表面凸凹不平，比表面積大、空隙結(jié)構(gòu)豐富，具有很強(qiáng)的吸附能力。綜上可知活性炭具有較強(qiáng)的吸附和催化能力，滿足逆流脫硫脫硝裝置的要求。       

表1 活性炭 XPS 表面元素分析結(jié)果^[2]

圖2   活性炭掃描電鏡

1.3脫硫原理

活性炭吸附煙氣中SO₂、H₂O、O₂，在活性炭微孔內(nèi)SO₂與O₂、H₂O反應(yīng)生成H₂SO₄。進(jìn)入脫硫吸附塔的煙氣溫度在120～160℃之間時(shí)SO₂脫除效率高^[3]。當(dāng)活性炭吸附飽和后通過活性炭輸送系統(tǒng)輸送至解析塔通過高溫解析再生，恢復(fù)活性。反應(yīng)式為：

1.4脫硝原理

脫硫后的煙氣進(jìn)入中間氣室與經(jīng)汽化的氨空氣充分混合，再穿過脫硝床層進(jìn)行脫除NOx，由于活性炭對NO_X的吸附作用，降低了NO_X與NH₃的反應(yīng)活化能，可發(fā)生催化還原反應(yīng)，將煙氣中的NO_X轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O。同樣進(jìn)入脫硝吸附塔的煙氣溫度在120～160℃之間具有較高的脫硝效率^[3]。反應(yīng)式為:

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O （2）

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O （3）

1.5顆粒物吸附原理

經(jīng)電除塵器過濾后的燒結(jié)煙氣中顆粒粒徑一般在2 μｍ以下，吸附塔內(nèi)的活性炭層相當(dāng)于高效顆粒層過濾器，這些微小顆粒通過慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散沉降等方式沉積在活性炭表面凹陷區(qū)域及孔洞。通常，直徑超過1 μｍ的顆?？赏ㄟ^碰撞進(jìn)行捕集，而1 μｍ以下的粒子可通過遮擋和擴(kuò)散方式進(jìn)行捕集^[4]。減少活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物及降低吸附塔內(nèi)煙氣流速有利于顆粒物的超低排放。

1.6解析原理

吸附了污染物的活性炭被送至解析塔，在解析塔內(nèi)被加熱至溫度390-450℃，被活性炭吸附的SO₂被釋放出來，生成富含SO₂的氣體送制酸系統(tǒng)，可經(jīng)過制硫酸工藝制備98%濃硫酸。解析后的活性炭經(jīng)冷卻后，通過風(fēng)篩除塵和振動(dòng)篩篩分，將細(xì)小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭送回到吸附塔循環(huán)使用。新的活性炭需要連續(xù)的加入到系統(tǒng)中補(bǔ)充篩分及再生造成的損耗^[1]。反應(yīng)式為:

2H₂SO₄ +C→2SO₂+CO₂+2H₂O （4）

2 項(xiàng)目運(yùn)行情況及效果分析

系統(tǒng)投入運(yùn)行前后煙氣排放數(shù)據(jù)如表2所示。由表可知，采用逆流活性炭脫硫脫硝技術(shù)后，凈化后煙氣中SO₂排放濃度基本穩(wěn)定在20 mg/Nm³左右，脫硫效率達(dá)到95%以上，NOx排放濃度基本穩(wěn)定在45 mg/Nm³左右，脫硝效率達(dá)到85%以上，顆粒物排放濃度基本穩(wěn)定在8 mg/Nm³左右，燒結(jié)煙氣污染物減排效果顯著，污染物排放濃度均達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2   凈化系統(tǒng)投用前后煙氣排放數(shù)據(jù)：

(時(shí)間以單月計(jì)算)

經(jīng)分析可知，由于原裝置由于煙氣在吸附塔入口一側(cè)SO₂濃度較高，所以這一側(cè)的活性炭吸附后飽和程度較高，在煙氣出口一側(cè)， SO₂經(jīng)吸附后濃度下降，活性炭飽和程度較低，因此從吸附塔排出的活性炭飽和程度不一致，未能充分發(fā)揮活性炭的吸附作用。此外，同一活性炭床層脫硫脫硝時(shí)，在煙氣SO₂濃度未降到最低時(shí)噴氨，過量的氨氣會與剩余SO₂發(fā)生反應(yīng)生成NH₄HSO₄造成床層板結(jié)，降低脫硝效率。采用逆流式脫硫脫硝技術(shù)后，脫硫?qū)优c脫硝層分開，活性炭把煙氣中的SO₂充分吸收后再噴入氨氣，在脫硝層進(jìn)行脫硝反應(yīng)，避免活性炭層的板結(jié)^[5]。脫硫?qū)蛹懊撓鯇踊钚蕴看矊痈叨热菀渍{(diào)節(jié)，脫硫脫硝效率更高，增加了污染物超低排放的穩(wěn)定性。

3結(jié)語

采用逆流活性炭脫硫脫硝技術(shù)對燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行煙氣深度處理改造，建成后脫硫脫硝效果顯著，脫硫率達(dá)到95%以上，脫硝率達(dá)到85% 以上，凈化后煙氣中各污染物排放濃度達(dá)到超低排放水平，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。該技術(shù)工藝簡單，機(jī)構(gòu)性緊湊，占地面積更小，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，值得在燒結(jié)煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目建設(shè)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔巖等. "活性炭脫硫脫硝技術(shù)在燒結(jié)煙氣治理中的應(yīng)用." 硫酸工業(yè) 6(2021):5.

[2] 李蘭廷. 活性焦脫硫脫硝的機(jī)理研究——煙氣組成的影響[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2010(S1):5.

[3] 王耀昕. 活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)綜述[J]. 電站系統(tǒng)工程, 2004, 20(6):2.

[4] 王章國, 張艷軍, 申明強(qiáng). 活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)顆粒物排放的影響因素[J]. 河北冶金, 2021(10):5.

[5] 韓健, 閻占海, 邵久剛. 逆流式活性炭煙氣脫硫脫硝技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J]. 燒結(jié)球團(tuán), 2018, 43(6):6.