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活性炭烧结机烟气有害成分协同处理技术 张国志 太原钢铁 集团 有限公司，太原 030003 摘要 阐述了活性炭烧结机烟气有害成分协同处理工艺的基本构成和主要反应机理，该工艺包括多种污染物同步脱 除、 活性炭再生、 硫酸生产等。活性炭工艺能够实现脱硫、 脱硝、 除尘、 脱重金属、 脱二恶英协同处理， 利用活性炭技术 处理烧结烟气不仅能达到国家新排放标准和特别排放标准， 而且能满足国家环保进一步严格的要求。 关键词 活性炭; 烧结机烟气; 协同处理 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201402025 COOＲDINATE ACTIVATED CAＲBON TECHNOLOGY FOＲ TＲEATING HAＲMFUL FLUE GAS FＲOM SINTEＲING MACHINE Zhang Guozhi Taiyuan Iron ＆ Steel Group Co． ， Ltd，Taiyuan 030003，China AbstractIt was expounded the basic composition and the main reaction mechanism of the coordinate activa ted carbon technology for treating harmful flue gas from sintering machine，which could achieve desulfurization，denitration，de- dusting， de- heavy metals，and de- dioxin simultaneously;and also included activated carbon regeneration and sulfuric acid production． By demonstrating the effectiveness and efficiency，this treatment technology not only cons to the new national emission standard and special standard，but also meets the strict national standard of environmental conservation． Keywordsactivated carbon;sintering flue gas;coprocessing 收稿日期 2013 －05 －29 0引言 2012 年国家颁布 GB 286622012钢铁烧结 球团工业大气污染物排放标准 ;2013 年， 国家环 保部发布关于执行大气污染物特别排放限值的公 告 ， 公告要求位于重点控制区的六大行业执行大 气污染物特别排放标准， 其中钢铁行业烧结 球团 设备机头自 2015 年 1 月 1 日起执行颗粒物特别排 放标准。可以预测 随着国家对 PM2. 5控制的严格， 烧结机产生的各种污染物排放浓度将会进一步 降低。 1烧结机烟气概述 1. 1烟气特点 1 受烧结机原料结构影响， 烧结烟气成分波动 大， 温度波动大。 2 烟气中 SO2浓度相对较低， 波动较大， 烧结烟 气中 ρ SO2 一般在 600 ～2 000 mg/m3。 3 烟气成分复杂， 由于烧结过程使用多种原燃 料， 因此烧结烟气成分比燃煤锅炉烟气复杂， 烟气中 含有 SO2、 NOx、 HF、 重金属、 二恶英等多种有害气态 污染物及含铁粉尘、 重金属等固态污染物。 1. 2烧结机头烟气处理技术 工程技术人员在借鉴国外电站锅炉、 烧结机脱硫 技术、 国内燃煤电站锅炉脱硫技术的前提下， 不断对 不同原燃料条件下的烧结机头烟气治理方法进行探 索， 使烧结机头烟气治理呈现出多种工艺技术， 目前 应用较多的脱硫处理工艺可以分为三类 1 湿法 包 括石灰石 － 石膏法、 氨 － 硫胺法、 有机铵法、 离子液 法、 双碱法等; 2 半干法 包括循环流化床半干法、 密 相干塔法、 旋转喷雾半干法、 奥钢联 MEＲOS 法等; 3 干法 活性炭法。 在多种处理工艺中， 半干法通过系统喷出活性炭 粉可同步去除二恶英; 活性炭法能够协同处理多种污 701 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 染物， 同步实现脱硫、 脱硝、 除尘、 脱除重金属、 脱除二 恶英。 2烧结机机头烟气活性炭有害成分协同处理技术 2. 1工艺系统组成 工艺系统由烟气系统、 活性炭移动床污染物脱除 系统、 解析气体制酸系统、 活性炭添加及筛分输送系 统、 制酸系统以及相应的电气仪控系统组成 图 1 。 图 1活性炭工艺 Fig． 1Activated carbon process 烟气系统包括增压风机系统以及 NOX、 SO2 、 烟 尘、 流量、 温度、 含氧量的在线监测仪器。 活性炭移动床污染物脱除系统包括活性炭偏心 布料系统、 活性炭移动床系统、 棍式出料系统、 氨站 等。在活性炭移动床系统中又分为前室、 中室和后 室。在运行过程中， 活性炭垂直自上而下缓慢移动， 烧结烟气横向一次穿过前室、 中室和后室， 实现多种 的污染物脱除。各室活性炭填充量和移动速度不同， 使得污染物脱除各有侧重。氨站系统包括液氨储存、 输送、 蒸发、 混合注入等。在运行过程中， 将氨气送到 活性炭移动床入口前与烧结烟气混合， 混合烟气进入 活性炭移动床完成脱硝。污染物解析及二恶英消除 系统由解析塔系统、 热风循环系统、 冷风循环系统构 成。吸附了污染物的活性炭， 经过输送机送至解吸 塔， 在这里活性炭自上而下运行， 经过 450 ℃加热段， 活性炭吸附的物质被解吸。富二氧化硫气体排至制 酸系统制备硫酸。解吸后的活性炭在冷却段被冷却 到 150 ℃以下， 经过输送机再次送至吸附塔， 循环 使用。 活性炭添加及筛分输送系统通过两条链式输送 机实现活性炭的再循环， 确保活性炭在吸附塔和解吸 塔之间循环使用。 活性炭在脱硫过程中会出现破损， 颗粒度降低， 为保证脱硫效率， 需将小颗粒的活性炭粉排出， 不断 补充新的活性炭。 解析气体制酸系统由洗涤器及电除雾净化系统、 转化吸收制酸系统组成。 2. 2污染物活性炭脱除机理 2. 2. 1活性炭特点 活性炭是一种多孔含碳物质， 具有高度发达的孔 隙结构和巨大的比表面积， 活性炭的孔隙分为微孔、 中孔和大孔， 其孔径分别为≥2 nm、 20 ～ 200 nm、 ≥200 nm。活性炭表面含有多元素含氧官能团， 既是 优良的吸附剂， 也是特殊的催化剂 见表 1 。 表 1脱硫脱硝专用活性炭性能指标 Table 1Perance indicators of dedicated activated carbon for desulfurization and denitrification 耐磨强 度/ 堆积重/ g L －1 脱硫值/ mg g －1 耐压强度/ mg g －1 脱硝效 率/ 碘值/ mg g －1 ≥97580 ≥20 ≥35 ≥40350 ～450 2. 2. 2脱硫反应机理 烧结生产过程中， 为提高料层透气性， 需要添加 7的水分对烧结原料进行混合造粒， 因此， 烧结烟气 中的含湿量在 10 左右。在活性炭脱硫反应中， 由 于水的存在， 脱硫反应包括物理吸附和化学吸附。 SO2通过分子间作用力及化学亲和力， 从气相移动到 活性炭表面被吸附， 然后 SO2在活性炭细孔内被氧化 生成 SO3与吸附的 H2O 发生化学反应成为 H2SO4。 2. 3脱硝反应机理 2. 3. 1选择性催化还原法 SCＲ 活性炭具有催化剂的作用， 将 NO 还原为 N2。 2. 3. 2Non- SCＲ 反应 氨的加入可使部分硫酸、 SO2发生硫酸盐反应， 硫酸盐同样被吸附在活性炭微孔中， 在活性炭高温再 生时会作为氨基物质残存于活性炭孔隙中， 这种碱性 化合物在吸附塔内与烟气中的 NO 反应还原成为 N2。 2. 3. 3脱除二恶英反应机理 根据氯元素与苯环结合位置的不同 见图 2 ， PCDDS、 PCDFS共有 25 种形态， 在烟气中分别以液、 气、 固三种形式存在。液、 气态二恶英被活性炭孔隙 结构 1 ～ 50 nm 吸附， 固态二恶英会通过活性炭的 集尘作用被吸附。 801 环境工程 Environmental Engineering 图 2二恶英类化合物典型结构 Fig．2Typical structure of dioxin- like compounds 在污染物解析及二恶英消除系统中， 吸附在活性 炭中的二恶英被分解， 分解的原理是将活性炭加热到 450 ℃， 破坏苯环间的氧基， 使之发生结构转变。 2. 3. 4除尘及脱除重金属机理 活性炭的除尘功能与常规过滤一样， 活性炭移动 层通过碰撞 ≥1 μm 、 遮挡及扩散捕集＜1 μm 来 实现。 在常见的重金属元素中， 活性炭可将汞金属吸附 在活性炭表面， 与被吸附的 H2SO4发生反应， 以 HgSO4的形式固定下来; 其他微量重金属也通过活性 炭的捕集、 吸附功能脱除。 2. 4烧结污染物排放浓度 环保排放结果见表 2。 表 2环保排放结果 Table 2Environmental emissions results 项目 ρ SO2/ mg m －3 ρ NOx / mg m －3 ρ 颗粒物 / mg m －3 ρ 二恶英 / 10 －6mg m－3 活性炭处理后31. 7596. 614. 450. 21 GB 286622012180300400. 5 2. 5硫酸制备系统系统 活性炭所吸附的气体经解析塔解析后排出的烟 气中 SO2体积比大于 20 干 。因此， 回收烟气中 的 SO2可生产浓度为 98的成品硫酸， 彻底治理 SO 2 对环境的污染， 变废为宝。 富集烟气制酸采用喷淋塔 泡沫柱洗涤装置 3 1四段转化、 一次干燥、 两次吸收的制酸工艺。 由于泡沫柱洗涤装置对粒度的关系曲线较其他 洗涤器平坦， 因此喷淋塔 泡沫柱洗涤装置可有效地 进行分级洗涤， 以较低的能量获得较高的洗涤效率。 干燥和吸收循环酸冷却均采用了阳极保护酸冷 却器。为回收 SO3烟气中的热量， SO3冷却器设置为 热管式省煤器， 冷却烟气后的热水可送往废热锅炉。 转化器一次气、 二次气各设置一台加热电炉， 可用于 转化系统开车时升温。 3结束语 活性炭烧结机烟气协同处理技术实现了多种有 害成分的同时去除， 完全满足国家标准， 并为烧结机 烟气实现循环经济产业链提供了示范。烧结烟气活 性炭法脱硫脱硝与制酸技术为全国冶金行业提供了 成功范例， 值得推广应用。 参考文献 ［1］柴田宪司， 山田森夫， 森本启太． 活性炭移动层式烧结机烟气处 理技术［J］． 山东冶金， 2010， 32 3 1- 2， 7． ［2］GB 286622012 钢铁烧结、 球团工业大气污染物排放标准［ S］ ． ［3］赵德生． 太钢 450 m2烧结机烟气脱硫脱硝工艺实践［C］∥太 原， 2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会论文， 2011 8- 15． ［4］陆轶青． 我国重工业企业烟气脱硫技术及存在的问题［J］． 环 境工程， 2011， 29 1 80- 82． ［5］黄卫华， 蔡厚清． 泡沫柱洗涤技术在有色冶炼 SO2烟气治理中 的应用［J］． 有色金属， 2003， 55 174- 177． ［6］刘建秋， 付翠彦， 郑轶荣， 等． 气固再循环半干法烧结机烟气脱 硫工艺中几个问题的探讨［J］． 环境工程， 2012， 3 2 64- 67． ［7］龚俊杰， 郁文飞． 有关烧结烟气联合脱硫脱硝工艺的比较与探 讨［J］． 科技风， 2013 3 34． ［8］白井弘一． 可去除多种污染物的可再生活性焦技术［N］． 世界 金属导报， 2012 －06 －05 B10 ． 第一作者 张国志 1964 － ， 男， 工程师， 主要从事冶金企业水处理、 废 气治理、 噪声治理和固废资源利用技术研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhanggz tisco． com． cn 上接第 147 页 ［8］周岳溪， 孔欣， 郝丽芳， 等． 水葫芦两相厌氧生物处理技术研究 ［J］． 中国沼气， 1996， 14 3 8- 12． ［9］叶小梅， 周立祥， 常志州， 等． 温度、 接种量及微量元素对水葫芦 产甲烷的影响［ J］ ． 中国沼气， 2010， 28 2 34- 37． ［ 10］朱建良， 邱晔平， 陈晓晔， 等． 一株产纤维素酶真菌的鉴定及其 酶学性质初探［J］ ． 安徽农业科学， 2008， 36 21 9044- 9046． 第一作者 杨晓瑞 1983 － ， 女， 讲师， 主要研究方向为可再生能源利 用、 绿色化学工艺。yangxiaorui njut． edu． cn 通讯作者 朱建良 1964 － ， 男， 教授， 主要研究方向为可再生能源利 用、 绿色化学工艺。jlzhu njut． edu． cn 901 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control