逆流式活性炭凈化煙氣工藝在邯鋼燒結(jié)機的應用

盧建光 閻占海 邵久剛 姜 曦

1.前言

燒結(jié)工藝是鋼鐵行業(yè)SO2、NOX和二噁英等污染物的主要排放源頭，如何處理好燒結(jié)煙氣是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)。目前常用的燒結(jié)煙氣凈化工藝包括石灰石/石膏濕法脫硫工藝、雙堿法脫硫工藝、海水脫硫工藝、NID法脫硫工藝、氨法脫硫工藝、煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝等，半干法脫硫效率在80%-90%，濕法能達到90%左右。常規(guī)工藝脫硫效率難以進一步提高，并且很難實現(xiàn)對NOx的有效脫除，因而必須開發(fā)新的煙氣凈化工藝才能滿足當前和今后嚴格的環(huán)保要求。通過對各種燒結(jié)煙氣凈化工藝比較，選用了活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應（CSCR）工藝，并于2017年6月應用于邯鋼新435m2燒結(jié)機。投產(chǎn)后實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定順行和較高的煙氣凈化水平，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15 mg/Nm3。NOx脫除水平在國內(nèi)處于領先地位，在入口濃度為384.7mg/Nm3條件下，2018年1月份平均排放濃度為34.0 mg/Nm3，脫硝率達到86.82%。

2.逆流式CSCR工藝介紹

與傳統(tǒng)燒結(jié)煙氣凈化工藝相比，活性炭凈化燒結(jié)煙氣具有凈化程度高、深度節(jié)水、資源回收以及基本沒有固體廢棄物等優(yōu)點，并且能在一個系統(tǒng)中去除SO2、NOx、顆粒物、二噁英、重金屬等多組分污染物。自2008年首次大型工程化應用于太鋼以來，國內(nèi)已有多家單位采用了該技術(shù)[1-3]。依據(jù)煙氣與活性炭運動方向，活性炭凈化煙氣工藝包含交叉流和逆流兩種模式。之前國內(nèi)活性炭處理燒結(jié)煙氣均采用交叉流工藝，煙氣凈化程度雖然能夠達到國家標準，但是仍有提升空間。

國內(nèi)活性炭處理燒結(jié)煙氣具備了一定的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術(shù)儲備，在考察和調(diào)研的基礎上，認為與交叉流相比逆流式工藝具有明顯的動力學優(yōu)勢并且能夠解決交叉流存在的許多問題，因而決定打破常規(guī)率先在國內(nèi)選用逆流式工藝。逆流式工藝中煙氣自下而上、活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續(xù)地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進行解析，解析后的活性炭再進入系統(tǒng)循環(huán)使用。煙氣中的SO2通過活性炭的吸附、解析，再經(jīng)過觸媒的催化氧化制成濃硫酸，實現(xiàn)了資源回收利用。使用氨水作為還原劑，在活性炭的催化作用下NOx轉(zhuǎn)化為氮氣和水進行脫硝。

逆流式一體化脫硫脫硝工藝屬于國內(nèi)首創(chuàng)，可借鑒經(jīng)驗少，因而在系統(tǒng)調(diào)試和運行過程中遇到了一系列問題，比如系統(tǒng)內(nèi)的“熱點”、防腐、旋轉(zhuǎn)密封閥堵塞、下料偏析、鏈斗輸送機損壞、耦合排料等。經(jīng)過對部分設備進行改造和系統(tǒng)運行程序的優(yōu)化解決了出現(xiàn)的問題，最終實現(xiàn)了整個工藝的長周期穩(wěn)定運行。

3.實際運行效果

2017年6月，環(huán)保部發(fā)布《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB28662-2012）修改單（征求意見稿），要求將燒結(jié)機和球團焙燒設備的顆粒物限值調(diào)整為20mg/Nm3，SO2排放限值調(diào)整為50mg/Nm3，NOx排放限值調(diào)整為100mg/Nm3。邯鋼緊鄰城區(qū)，因而在設計和運行煙氣處理系統(tǒng)時必須考慮比其他鋼鐵企業(yè)更嚴格的標準，逆流式CSCR一體化脫硫脫硝系統(tǒng)設計和運行標準見表1。

3.1 二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物脫除效果

逆流式CSCR燒結(jié)煙氣凈化工藝正式投入運行以來，經(jīng)過初期的設備調(diào)試和工藝改進，煙氣凈化指標迅速達到較高水平。6月至8月屬于工藝調(diào)試階段，9月份進入采暖季，受環(huán)保限產(chǎn)影響，燒結(jié)機頻繁開停車，造成指標出現(xiàn)了波動，經(jīng)過調(diào)整后迅速恢復穩(wěn)定。由于逆流式CSCR系統(tǒng)的超高煙氣凈化效率，所以燒結(jié)機在環(huán)保形勢最嚴峻的12月份和1月份仍然能正常生產(chǎn)。依據(jù)國家重點污染物在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，逆流式CSCR系統(tǒng)運行指標見表2、表3。

表1 逆流式CSCR系統(tǒng)設計和運行標準

表2 系統(tǒng)主要污染物排放濃度

表3 系統(tǒng)2018年1月份污染物凈化指標

表4 逆流式CSCR系統(tǒng)與常規(guī)工藝減排效果對比 噸

（1）SO2脫除效果

除9月份開停車過于頻繁以外，其他月份SO2排放濃度均低于10mg/Nm3，9月份為23.4mg/Nm3。作為對比，國家排放標準限值為180mg/Nm3，邯鋼煙氣處理系統(tǒng)指標遠遠優(yōu)于排放標準。12月份和1月份系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行，進出口數(shù)據(jù)更具有代表性，2018年1月份在入口濃度897mg/Nm3條件下，出口濃度為6.0mg/Nm3，脫硫率99.0%。

（2）NOx脫除效果

與其他工藝相比逆流式CSCR系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢就是極高的NOx脫除效果。氮氧化物國家排放限值為300mg/Nm3，逆流式CSCR系統(tǒng)2017年6月份投入之初出口NOx濃度為165mg/Nm3，之后隨著現(xiàn)場操作和技術(shù)改進，至10月份以后排放濃度控制在40mg/Nm3以下，遠遠優(yōu)于國家排放標準，在國內(nèi)處于領先地位。2018年1月份在入口濃度383.7mg/Nm3條件下，出口濃度平均為34.0mg/Nm3，脫硝率86.8%。

（3）固體顆粒物脫除效果

固體顆粒物國家排放限值為40mg/Nm3，系統(tǒng)運行期間固體顆粒物排放濃度遠低于排放限值，投運初期排放濃度基本在10mg/Nm3以下。進入采暖季后受環(huán)保影響廠內(nèi)所有除塵灰不能外排，因而全部入燒。除塵灰中鉀鈉鋅等元素含量高，因而燒結(jié)煙氣中固體顆粒物濃度增加明顯。CSCR系統(tǒng)2018年1月全月入口顆粒物平均濃度72.3mg/Nm3，出口濃度為11.9mg/Nm3，脫除率74.3%，排放指標仍明顯優(yōu)于國家標準。

3.2 二噁英脫除效果

在吸附塔中活性炭的催化作用和硫酸的強氧化環(huán)境下，二噁英分子中的含氧基團被破壞，氧化分解轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而實現(xiàn)二噁英的脫除。目前二噁英在線監(jiān)測技術(shù)尚不成熟，邯鋼于2017年12月7日至9日委托邯鄲市領創(chuàng)環(huán)境檢測服務有限公司對CSCR煙氣處理系統(tǒng)入口和出口二噁英含量進行檢測。國家二噁英排放標準限值為0.5ng-TEQ/Nm3，邯鋼燒結(jié)煙氣入口二噁英平均濃度為0.538ng-TEQ/Nm3，經(jīng)過CSCR系統(tǒng)凈化后二噁英排放濃度為0.021ng-TEQ/Nm3，遠低于排放標準限值。

3.3 與常規(guī)脫硫脫硝工藝減排對比

逆流式CSCR燒結(jié)煙氣凈化工藝減排效果明顯優(yōu)于常規(guī)工藝。邯鋼1#435m2燒結(jié)機采用常規(guī)脫硫工藝凈化煙氣，依據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，雖然凈化指標能夠達到國家標準，但是其凈化和減排效果遠遠落后于采用逆流式CSCR一體化脫硫脫硝工藝的新435m2燒結(jié)機。實際工況條件下具體對比見表4。

通過對比，逆流式CSCR工藝的SO2、NOx和固體顆粒物年排放量分別相當于常規(guī)工藝的6.7%、16.3%和53%。

4.結(jié)語

逆流式CSCR燒結(jié)煙氣凈化工藝應用于河鋼邯鋼燒結(jié)機以來，污染物減排效果明顯，主要污染物排放濃度遠低于國家排放限值，實現(xiàn)了燒結(jié)煙氣污染物的超低排放。依據(jù)2018年1月份運行數(shù)據(jù)，SO2和NOx排放濃度分別為6.0mg/Nm3和34.0mg/Nm3，脫除效率分別達到99%和86.8%。