摘要：活性炭法烟气净化技术由于其技术的先进性已成为钢铁企业实现绿色及可持续发展的一个重要技术选择。活性炭法具有高效脱硫脱硝脱二噁英及重金属性能,其工艺简单,占地面积小,系统无二次污染物产生且副产物可回收利用。相比于"半干法+SCR",总投资更具有优越性。本文研究了新型低温炭基催化剂,研制了具有多床层模块化结构的脱除塔、集加热与冷却于一体的活性炭再生塔及具有多点卸料功能的链式斗提机,并对系统进行了仿真研究,结果表明该系统流场均匀,达到设计要求,能实现稳定运行。目前中冶长天已与宝钢湛江钢铁有限公司签订了2台550m~2烧结机烟气净化系统工程承包合同,随着该技术成本的降低和产业化的进一步推广,将会产生巨大的社会及经济效益。
1引言
钢铁行业为推进我国工业化、城镇化的发展做出了重要贡献，但同时我国钢铁工业环保水平低，单位产量污染物排放量较高，已严重制约钢铁产业整体竞争力的提高。为控制污染物排放，国家环保部制定了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，指出自2015年1月1日，现有钢铁企业烧结、球团执行以下大气污染物排放限值：SO2200mg/m3、NOx300mg/m3、二噁英类0.5ng-TEG/m3。可见，钢铁行业大气污染治理已由原来的除尘、脱硫提升为SO2-NOx-二恶英等多污染物协同控制。目前，国内脱硫技术趋于成熟，脱硝脱二噁英仍处于起步阶段。2000年，当日本政府于提出执行二恶英排放浓度标准后，日本钢铁公司新建烧结烟气处理工艺全部采用活性炭吸附工艺。活性炭法烧结烟气净化技术是一种可资源化的干法烟气处理技术，具有节水、脱硫、脱硝、脱二噁英、脱重金属、除尘及除去其他微量有害烟气成分（如HCl、HF、SO3等）的功能，同时可回收国内紧缺的硫资源（高浓度SO2可制备浓硫酸等）。
2技术及经济分析
国内钢铁行业主要关注的多污染物控制技术为半干法脱硫+SCR脱硝（长流程）和活性炭法（短流程）。半干法脱硫+SCR脱硝由于工艺流程较长，占地面积较大，副产物难以处理，二噁英未实现真正治理，对烟气加热所需热能较大，因此暂未应用于烧结烟气治理，目前处于积极探索阶段。活性炭法作为一种先进的烟气净化方法，污染物综合治理能力无与伦比，副产物可实现很好的资源化再利用（副产高浓度SO2可生产硫酸，炭粉可用作烧结或高炉燃料），而且再生时只需对少量的活性炭加热，能耗低，其主要技术及性能参数见表1。
活性炭法初期投资较“半干法+SCR”高，但运行费用却低于“半干法+SCR”，以国内某大型烧结机估算，脱硝率为40%时，1年后“半干法+SCR”总投资（初期投资+运行费）将超过活性炭法；脱硝率为80%时，6年后“半干法+SCR”总投资将超过活性炭法，如图1所示。
3应用研究
中冶长天于2006年开展活性炭法烟气净化技术的研究，并于2012年联合清华大学、宝钢共同承担了国家“863”项目，开展活性炭法半工业化应用研究，建设了处理30000m3/h烧结烟气的半工业化试验装置（图2、图3），可实现脱硫率≥98%，脱硝率60%（图4）。
3.1炭基催化剂研制
现行工业脱硫脱硝活性炭的脱硝效率还不是很高，为了满足越来越严格的环保要求，研制了第一代低温脱硝炭基催化剂。研究了原煤配比、活化方法及负载物类型等对催化剂强度及脱硝催化活性的影响，研制了高强度、高活性的低温炭基催化剂，并对其性能进行表征与评估。针对成型制备技术，考察各种粘结剂、混合时间、搅拌速率、挤压压力、活性温度、活化时间等因素对颗粒状催化剂的抗压强度和SCR活性的影响，确定了最优的生产工艺参数。炭基催化剂研制技术路线如图5所示。
3.2关键设备研制
关键设备包括脱除塔、再生塔及催化剂输送及布料设备。
脱除塔采用移动重力塔，烟气在增压风机的作用下，通过吸附塔的烟气入口进入吸附塔，均匀地分布在吸附塔进气室，横向均匀地穿过吸附塔催化剂床层，在通过催化剂床层的时候，烧结烟气中的SO2、NOx被脱除，同时协同脱硫粉尘、二噁英等有害物质，从而达到净化烧结烟气的作用。研制了具有多层吸附（图6）、防摔损均匀布料（图7）、圆辊排料（图8）及模块式结构等多项技术的具有宽幅适应能力的耐腐蚀脱除塔。
再生塔是高温活化催化剂及对副产物进行资源化处理的设备（图9、图10），主要通过气固传热规律的研究开发了具有高效的催化剂活化效果及耐磨蚀、低能耗的再生塔，并实现二噁英的分解及副产物的资源化，主要研究了一体化加热冷却技术、颗粒输送阻氧技术、管板壳体连接技术及管板管束连接技术等。
催化剂输送设备采用链式斗提机（图11、图12），主要研究了多点卸料、姿态控制、防链条跑偏及链斗输送稳料等技术，实现了在较高温度下输送催化剂，并减少催化剂的碰撞、磨损并合理布料。输送系统采用“Z”型设计，从而降低了活性炭的摔损，实现了活性炭的连续运输，结构紧凑，效率高。
3.3流场仿真分析
对吸附塔、再生塔进行了仿真分析研究，结果表明，进入吸附塔时烟气产生明显湍流，但进入活性炭床层时，流速比较均匀（图13）；对再生塔内活性炭移动规律、加热及冷却气体运动过程和载气流速分布规律进行了详细分析（图14），其结果达到设计要求，系统内活性炭、加热气体和冷却气体基本处于平稳运行状态，再生塔内由于化学反应不平稳，引起载气的运行也相对不平稳。
4结束语
随着环保的日趋严格和烟气净化技术的发展，活性炭法将成为钢铁企业实现绿色发展、低碳发展、清洁发展和可持续发展的一个重要技术选择。目前中冶长天已与宝钢湛江钢铁有限公司签订了2台550m2烧结机烟气净化系统工程承包合同，随着该技术成本的降低和产业化的进一步推广，活性炭烟气净化技术及装备将会产生巨大的社会及经济效益。
原标题：活性炭法烧结烟气净化技术研究及应用
