簡要介紹了活性炭凈化燒結(jié)煙氣技術(shù)(CSCR)的分類，對不同技術(shù)的技術(shù)特征進(jìn)行了比較分析。重點(diǎn)從工藝的選擇、運(yùn)行效果、技術(shù)特點(diǎn)等方面詳細(xì)介紹了河鋼集團(tuán)邯鄲鋼公司(簡稱河鋼邯鄲鋼)的逆流活性炭燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)，同時(shí)闡述了保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)要求。

從實(shí)際運(yùn)行效果來看，該工藝系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣凈化效果基本達(dá)到50mg/m3超低排放限值要求。最后，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和展望了活性炭凈化燒結(jié)煙氣技術(shù)存在的問題和未來發(fā)展。

1、前惡語

隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，作為鋼鐵行業(yè)SO2、NOx和二英等污染物的主要排放源，處理燒結(jié)煙是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

燒結(jié)廢氣具有含塵量高、含水量大、有害物質(zhì)多、腐蝕性強(qiáng)、SO2濃度波動(dòng)大等特性，因此要想實(shí)現(xiàn)對污染物的高效去除，就需要選擇適合燒結(jié)煙氣特性的凈化工藝[1-4]。

傳統(tǒng)的半干法和濕法燒結(jié)煙氣管理技術(shù)產(chǎn)生大量廢棄物，煙氣凈化水平難以進(jìn)一步提高。與傳統(tǒng)的煙氣凈化技術(shù)相比，活性炭凈化燒結(jié)煙氣具有凈化程度高、深度節(jié)水、資源回收、無固體廢棄物等優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)系統(tǒng)中可以去除SO2、NOx、粒子狀物、二惡英、重金屬等多組分污染物，自2008年首次大型工程化應(yīng)用于太鋼以來，國內(nèi)已有很多部門采用該技術(shù)[5-10]。

以前國內(nèi)活性炭處理燒結(jié)煙采用交流技術(shù)，煙凈化程度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但距離超低排放限制值的要求仍有一定差距，特別是脫硝水平和超低排放要求差距較大。

通過國內(nèi)各種燒結(jié)煙凈化技術(shù)和發(fā)達(dá)國家垃圾焚燒領(lǐng)域煙管理技術(shù)的考察比較，河鋼邯鄲鋼在國內(nèi)首次選擇逆流式活性炭選擇性催化還原(CSCR)燒結(jié)煙凈化技術(shù)。該工藝自2021年應(yīng)用于邯鄲鋼東區(qū)燒結(jié)機(jī)以來，實(shí)現(xiàn)了長周期穩(wěn)定順行，達(dá)到了較高的煙氣凈化水平。

鑒于其良好的運(yùn)行效果，2021年2月在邯鄲鋼鐵西區(qū)燒結(jié)機(jī)運(yùn)行了第二套逆流CSCR技術(shù)。本文詳細(xì)闡述了該技術(shù)的技術(shù)選擇、運(yùn)行效果、技術(shù)特征等，供同行參考。

2逆流式工藝特點(diǎn)和優(yōu)勢

2.1活性炭脫硫脫硝工藝分類

活性炭脫硫脫硝工藝從煙氣和活性炭運(yùn)動(dòng)方式分為交叉流(垂直流)和逆流兩種。交叉流程中活性炭和煙氣分別做垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)，兩者在運(yùn)動(dòng)方向上垂直接觸，交叉流程在國內(nèi)應(yīng)用比較早，典型有太鋼、日照等[8、10]，在有色領(lǐng)域也應(yīng)用比較廣泛。

逆流式工藝活性炭自上而下，煙氣自下而上，兩者逆流相向接觸，在發(fā)達(dá)國家垃圾焚燒領(lǐng)域和電廠等應(yīng)用較多，國內(nèi)河鋼邯鄲鋼首次將逆流式工藝應(yīng)用于燒結(jié)煙氣處理。

2.2不同工藝對比

河鋼邯鄲鋼反流式CSCR系統(tǒng)中，煙氣自下而上，活性炭自上而下，兩者反流接觸，活性炭從吸附塔底部連續(xù)排出，輸送至分析塔分析，分析后的活性炭進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用(工藝流程見圖1)。

圖1逆流CSCR工藝流程

SO2通過活性炭的吸附、分析作用，通過催化劑的催化氧化制成濃硫酸，實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用。通過脫硫段后，在上升的煙氣中噴射氨，進(jìn)入脫硝段后，NOx在活性炭催化作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退�進(jìn)行脫硝。

性炭飽和度不一致，活性炭的吸附能力沒有充分發(fā)揮。逆流式工藝中活性炭與煙氣相對運(yùn)動(dòng)，兩者均勻接觸，吸附塔頂部活性炭裝入后，隨著向下運(yùn)動(dòng)，飽和度逐漸提高，水平方向活性炭飽和度一致，運(yùn)動(dòng)到吸附塔底部，煙氣入口活性炭飽和度最大排出。從總體反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析，逆流技術(shù)具有更好的動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢。

交流技術(shù)在同一活性炭床層脫硫和脫硝，SO2濃度不低于一定范圍時(shí)，噴射氨容易出現(xiàn)床板結(jié)，影響系統(tǒng)運(yùn)行。

逆流式工藝將系統(tǒng)脫硫和脫硝功能分離，脫硫段在下、脫硝段在上，煙氣先進(jìn)行脫硫處理，確保硫含量低于一定范圍后，在脫硫段和脫硝段的中間噴射氨，煙氣進(jìn)入脫硝段后進(jìn)行脫硝，消除噴射氨后發(fā)生的活性炭板結(jié)問題。

上部只承擔(dān)脫硝任務(wù)，有效提高了氮氧化物的凈化效率。此外，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，脫硫段和脫硝段共用一套裝料和排出裝置，與單層結(jié)構(gòu)相比，裝備的復(fù)雜性小，日常維護(hù)工作量有限。

3應(yīng)用實(shí)踐

3.1煙氣凈化指標(biāo)

逆流式CSCR系統(tǒng)生產(chǎn)后，實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定順行和高煙氣凈化效率，其主要污染物凈化數(shù)據(jù)見表1。

表12021年上半年主要污染物凈化數(shù)據(jù)(mg/Nm3)

可見，其中NOx排放濃度低于50mg/Nm3，SO2排放濃度低于10mg/Nm3，固體顆粒物排放濃度低于15mg/Nm3，NOx排除水平在國內(nèi)領(lǐng)先。

另外，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)況和表1數(shù)據(jù)，

(1)4~6月生產(chǎn)秩序基本正常，粒子狀物、SO2、NOx排出濃度基本達(dá)到超低排出限制值的要求。5月份由于活性炭分階段供應(yīng)不足，系統(tǒng)多個(gè)模塊活性炭不足，NOx排放濃度比超低排放限值高1mg/m3，其他時(shí)間基本在40mg/m3以下，滿足超低排放限值要求的50mg/m3指標(biāo)。

(2)1～3月份屬于采暖季，由于受環(huán)保減

排政策約束高爐和燒結(jié)過程產(chǎn)生的除塵灰不能外排出廠，只能全部進(jìn)入燒結(jié)過程，使得混勻料結(jié)構(gòu)中廢雜灰比例由1.5%～2%左右提高到5%～6%左右，廢雜灰比例提高后燒結(jié)煙氣污染物濃度明顯提高。廢灰粒子細(xì)，容易隨煙飛散，受其影響系統(tǒng)出口粒子物的濃度比非供暖季節(jié)高，達(dá)到12mg/m3左右。

SO2和NOx濃度提高后，系統(tǒng)出口濃度沒有異常，暖氣季節(jié)煙氣凈化指標(biāo)驗(yàn)證了系統(tǒng)煙氣凈化能力能夠滿足技術(shù)運(yùn)行的要求。

3.2設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行狀況

系統(tǒng)運(yùn)行以來，隨機(jī)運(yùn)行率達(dá)到100%，CSCR系統(tǒng)故障影響燒結(jié)機(jī)停車事故未發(fā)生。主要是因?yàn)橄到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方式具有離線檢查功能。

系統(tǒng)由多個(gè)相互獨(dú)立的模塊組成，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的進(jìn)氣、出氣截止閥門，不會影響每個(gè)模塊的工作狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)問題時(shí)，以切斷閥門進(jìn)行離線檢查，不影響其他模塊的正常運(yùn)行。因?yàn)槟媪魇紺SCR系統(tǒng)的排煙凈化能力很高，所以在個(gè)別模塊離線檢查時(shí)也能保證系統(tǒng)的排煙凈化效果。

3.3投資和運(yùn)行成本

首套CSCR系統(tǒng)共投資3.1億元，其中固定設(shè)備投資2.5億元，首次購買活性炭需要0.6億元。

系統(tǒng)投入運(yùn)行后，主要運(yùn)行成本包括電費(fèi)、氮?dú)狻⒒钚蕴�、氨水、高爐煤氣、蒸汽等，其中電費(fèi)、氮?dú)夂突钚蕴空伎傔\(yùn)行成本的70%以上。氮?dú)獬杀据^高主要是由于其作為系統(tǒng)保護(hù)氣，為確保系統(tǒng)安全，用量較大，隨著工藝操作水平逐步提高，該項(xiàng)成本有較大降低空間。其詳細(xì)的運(yùn)行成本構(gòu)成如圖2所示。

圖2逆流式CSCR系統(tǒng)運(yùn)行成本構(gòu)成

折合噸燒結(jié)礦，以上各項(xiàng)運(yùn)行成本共達(dá)16.19元。此外，由于系統(tǒng)可以回收濃硫酸，同時(shí)產(chǎn)生的活性炭粉可以作為燒結(jié)燃料，兩個(gè)項(xiàng)目可以分別降低噸燒結(jié)礦的成本1.1元和0.85元。綜合考慮最終噸燒結(jié)礦的運(yùn)行成本為14.24元。

3.4次污染物零排放

逆流式CSCR系統(tǒng)次污染物循環(huán)如圖3所示。

圖3逆流式CSCR系統(tǒng)二次污染物循環(huán)

常規(guī)燒結(jié)煙凈化工藝會產(chǎn)生大量固體廢氣，形成二次污染。隨著環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(yán)格，脫硫灰的排放和保管也成為困擾企業(yè)的重要問題。

從圖3可以看出，逆流式CSCR系統(tǒng)產(chǎn)生的廢棄物主要是活性炭粉和制酸廢水，活性炭粉可以用作燒結(jié)燃料。制酸廢水經(jīng)過簡單的處理，可以加入混制粒子的過程，制酸過程產(chǎn)生的尾氣全部導(dǎo)入分析塔處理，在實(shí)際應(yīng)用中沒有發(fā)現(xiàn)不良影響。逆流式CSCR系統(tǒng)無任何二次污染物外排，實(shí)現(xiàn)二次污染物零排放。

4重要技術(shù)和運(yùn)行要求

逆流CSCR系統(tǒng)的正常運(yùn)行涉及活性炭、吸附塔、分析塔、活性炭運(yùn)輸系統(tǒng)、排出系統(tǒng)、安全保護(hù)程序等多個(gè)硬件和軟件因素，任何薄弱環(huán)節(jié)都會影響系統(tǒng)整體的運(yùn)行效果。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以下三個(gè)因素對系統(tǒng)運(yùn)行的影響突出。

4.1活性炭質(zhì)量

選擇合適的活性炭是煙氣管理效果和成本控制的基礎(chǔ)。國內(nèi)應(yīng)用于燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的活性炭種類繁多，比較通用的標(biāo)準(zhǔn)包括山西新華制定的GB/T302101-2013、上海克硫公司制定的標(biāo)準(zhǔn)和奧地利英特優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過前期調(diào)查和實(shí)踐探索，根據(jù)實(shí)際情況，提出了更具體的活性炭標(biāo)準(zhǔn)，具體看表2。

表2活性炭標(biāo)準(zhǔn)

4.2活性炭床層高

活性炭吸附層床層高是煙氣凈化效率的重要參數(shù)之一。床的高度過低煙氣污染物的去除率難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，床的高度過高不僅浪費(fèi)了活性炭的使用量，還增加了活性炭之間的內(nèi)部作用力，增加了磨損量，需要更高強(qiáng)度的活性炭來滿足要求因此，只有在合適的床層高度下才能兼顧去除效率和成本。脫硫效果好，設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮脫硝效果。

為了在最經(jīng)濟(jì)的條件下清除高達(dá)99%的SO2和其他有害物質(zhì)，通過選擇性催化還原反應(yīng)清除85%的NOx，通過先導(dǎo)試驗(yàn)確定床的高度�；钚蕴看矊痈叨葘�NOx脫除率以及脫除率增加量的影響分別如圖4(圖中H2O含量為其體積分?jǐn)?shù))和圖5所示。

圖4性炭床層高對NOx去除率的影響

圖5界NOx去除率的變化與活性炭床層高的關(guān)系

煙氣含水蒸汽12.5%、氨水濃度飽和的條件下，采用滿足指標(biāo)要求的活性炭，床層高超過3m時(shí)，NOx去除率超過80%，如圖4所示。

但當(dāng)活性炭床層高超過2m時(shí)，NOx去除率隨著床層高度的增加而增加，但其增加幅度越來越小，即隨著床層高度的增加活性炭對NOx去除率的貢獻(xiàn)逐漸下降，如圖5所示。兼顧去除效果和經(jīng)濟(jì)性，確定正常工作時(shí)活性炭床層的高度。

4.3活性炭輸送系統(tǒng)

活性炭循環(huán)輸送依賴于連鎖斗輸送機(jī)，連鎖斗輸送機(jī)和各排出裝載閥需要耦合控制，控制不當(dāng)會引起集中排出，連鎖斗輸送機(jī)某個(gè)小斗的排出過多溢出，活性炭的浪費(fèi)和人工清掃同時(shí)在其他因素確定的情況下，只有活性炭循環(huán)輸送量達(dá)到一定值才能確保煙氣凈化效果。

鏈斗輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，在調(diào)整階段、裝炭期間，由于程序的脆弱性和設(shè)計(jì)的缺陷，多點(diǎn)排出的鏈斗輸送機(jī)發(fā)生鏈斗的損壞。優(yōu)化完善程序，改變鏈斗機(jī)尾部結(jié)構(gòu)形式，解決鏈斗異常翻轉(zhuǎn)問題，消除鏈斗損壞的事故。整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)主鏈斗輸送機(jī)和四個(gè)分鏈斗輸送機(jī)，每個(gè)分鏈斗輸送機(jī)有8個(gè)活性炭排出點(diǎn)，系統(tǒng)有32個(gè)。

從排出點(diǎn)排出的活性炭落入分鏈斗輸送機(jī)，倒入主鏈斗輸送機(jī)，各鏈斗輸送機(jī)的小斗容量一致，因此主鏈斗輸送機(jī)已經(jīng)接入材料的點(diǎn)不能再接入材料，否則活性炭會溢出。

為了提高活性炭的循環(huán)輸送量，必須綜合設(shè)計(jì)32個(gè)排出點(diǎn)的排出順序。首先，必須確保主鏈斗輸送機(jī)的各點(diǎn)不能重復(fù)排出。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)主鏈斗輸送機(jī)的上空點(diǎn)位置和斷流寬度調(diào)整排出點(diǎn)的排出順序，提高活性炭的循環(huán)輸送量。

5解決問題和未來發(fā)展

逆流CSCR系統(tǒng)經(jīng)過一年多的持續(xù)運(yùn)行積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但仍有很多問題需要解決:

(1)二惡英、NH3逃跑等還沒有在線檢查，在線檢查技術(shù)升級后

(2)二惡英脫離機(jī)理尚未完全明確，生成和脫離因素需要進(jìn)一步探索，更多的機(jī)理研究可以實(shí)現(xiàn)二惡英的有效控制。

(3)廢灰大量燃燒后，煙粒濃度上升，堵塞活性炭的間隙，影響凈化效果。暖氣季節(jié)廢灰不能排出，控制措施需要探索。

(4)當(dāng)前活性炭評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)較多，影響系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵參數(shù)有待進(jìn)一步確定。

(5)隨著活性炭脫硫脫硝工藝的應(yīng)用推廣，活性炭市場供不應(yīng)求，需積極開拓活性炭生產(chǎn)新工藝，拓展供應(yīng)源頭。

(6)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的馀熱只能部分利用，可以進(jìn)一步開發(fā)馀熱利用技術(shù)，達(dá)到更高的節(jié)能消耗效果。

6結(jié)語

逆流式活性炭燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝屬于國內(nèi)首創(chuàng)，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少，經(jīng)過前期摸索實(shí)現(xiàn)了長周期的穩(wěn)定運(yùn)行，煙氣凈化效果基本達(dá)到超低排放限值要求。本文詳細(xì)介紹了該技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢、煙凈化效果和運(yùn)行重要技術(shù)要求，希望根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對未來發(fā)展提出意見，為許多同行提供參考。