逆流式活性炭净化烟气工艺在邯钢烧结机的应用

卢建光 阎占海 邵久刚 姜 曦

1.前言

烧结工艺是钢铁行业SO2、NOX和二噁英等污染物的主要排放源头，如何处理好烧结烟气是钢铁行业实现绿色生产的关键环节。目前常用的烧结烟气净化工艺包括石灰石/石膏湿法脱硫工艺、双碱法脱硫工艺、海水脱硫工艺、NID法脱硫工艺、氨法脱硫工艺、烟气循环流化床脱硫工艺等，半干法脱硫效率在80%-90%，湿法能达到90%左右。常规工艺脱硫效率难以进一步提高，并且很难实现对NOx的有效脱除，因而必须开发新的烟气净化工艺才能满足当前和今后严格的环保要求。通过对各种烧结烟气净化工艺比较，选用了活性炭做催化剂的选择性催化还原反应（CSCR）工艺，并于2017年6月应用于邯钢新435m2烧结机。投产后实现了长周期稳定顺行和较高的烟气净化水平，其中NOx排放浓度低于50mg/Nm3，SO2排放浓度低于10mg/Nm3，固体颗粒物排放浓度低于15 mg/Nm3。NOx脱除水平在国内处于领先地位，在入口浓度为384.7mg/Nm3条件下，2018年1月份平均排放浓度为34.0 mg/Nm3，脱硝率达到86.82%。

2.逆流式CSCR工艺介绍

与传统烧结烟气净化工艺相比，活性炭净化烧结烟气具有净化程度高、深度节水、资源回收以及基本没有固体废弃物等优点，并且能在一个系统中去除SO2、NOx、颗粒物、二噁英、重金属等多组分污染物。自2008年首次大型工程化应用于太钢以来，国内已有多家单位采用了该技术[1-3]。依据烟气与活性炭运动方向，活性炭净化烟气工艺包含交叉流和逆流两种模式。之前国内活性炭处理烧结烟气均采用交叉流工艺，烟气净化程度虽然能够达到国家标准，但是仍有提升空间。

国内活性炭处理烧结烟气具备了一定的生产经验和技术储备，在考察和调研的基础上，认为与交叉流相比逆流式工艺具有明显的动力学优势并且能够解决交叉流存在的许多问题，因而决定打破常规率先在国内选用逆流式工艺。逆流式工艺中烟气自下而上、活性炭自上而下，两者逆流接触，活性炭连续地从吸附塔底部排出，输送到解析塔进行解析，解析后的活性炭再进入系统循环使用。烟气中的SO2通过活性炭的吸附、解析，再经过触媒的催化氧化制成浓硫酸，实现了资源回收利用。使用氨水作为还原剂，在活性炭的催化作用下NOx转化为氮气和水进行脱硝。

逆流式一体化脱硫脱硝工艺属于国内首创，可借鉴经验少，因而在系统调试和运行过程中遇到了一系列问题，比如系统内的“热点”、防腐、旋转密封阀堵塞、下料偏析、链斗输送机损坏、耦合排料等。经过对部分设备进行改造和系统运行程序的优化解决了出现的问题，最终实现了整个工艺的长周期稳定运行。

3.实际运行效果

2017年6月，环保部发布《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）修改单（征求意见稿），要求将烧结机和球团焙烧设备的颗粒物限值调整为20mg/Nm3，SO2排放限值调整为50mg/Nm3，NOx排放限值调整为100mg/Nm3。邯钢紧邻城区，因而在设计和运行烟气处理系统时必须考虑比其他钢铁企业更严格的标准，逆流式CSCR一体化脱硫脱硝系统设计和运行标准见表1。

3.1 二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物脱除效果

逆流式CSCR烧结烟气净化工艺正式投入运行以来，经过初期的设备调试和工艺改进，烟气净化指标迅速达到较高水平。6月至8月属于工艺调试阶段，9月份进入采暖季，受环保限产影响，烧结机频繁开停车，造成指标出现了波动，经过调整后迅速恢复稳定。由于逆流式CSCR系统的超高烟气净化效率，所以烧结机在环保形势最严峻的12月份和1月份仍然能正常生产。依据国家重点污染物在线监控数据，逆流式CSCR系统运行指标见表2、表3。

表1 逆流式CSCR系统设计和运行标准

表2 系统主要污染物排放浓度

表3 系统2018年1月份污染物净化指标

表4 逆流式CSCR系统与常规工艺减排效果对比 吨

（1）SO2脱除效果

除9月份开停车过于频繁以外，其他月份SO2排放浓度均低于10mg/Nm3，9月份为23.4mg/Nm3。作为对比，国家排放标准限值为180mg/Nm3，邯钢烟气处理系统指标远远优于排放标准。12月份和1月份系统连续稳定运行，进出口数据更具有代表性，2018年1月份在入口浓度897mg/Nm3条件下，出口浓度为6.0mg/Nm3，脱硫率99.0%。

（2）NOx脱除效果

与其他工艺相比逆流式CSCR系统最突出的优势就是极高的NOx脱除效果。氮氧化物国家排放限值为300mg/Nm3，逆流式CSCR系统2017年6月份投入之初出口NOx浓度为165mg/Nm3，之后随着现场操作和技术改进，至10月份以后排放浓度控制在40mg/Nm3以下，远远优于国家排放标准，在国内处于领先地位。2018年1月份在入口浓度383.7mg/Nm3条件下，出口浓度平均为34.0mg/Nm3，脱硝率86.8%。

（3）固体颗粒物脱除效果

固体颗粒物国家排放限值为40mg/Nm3，系统运行期间固体颗粒物排放浓度远低于排放限值，投运初期排放浓度基本在10mg/Nm3以下。进入采暖季后受环保影响厂内所有除尘灰不能外排，因而全部入烧。除尘灰中钾钠锌等元素含量高，因而烧结烟气中固体颗粒物浓度增加明显。CSCR系统2018年1月全月入口颗粒物平均浓度72.3mg/Nm3，出口浓度为11.9mg/Nm3，脱除率74.3%，排放指标仍明显优于国家标准。

3.2 二噁英脱除效果

在吸附塔中活性炭的催化作用和硫酸的强氧化环境下，二噁英分子中的含氧基团被破坏，氧化分解转化为无毒物质，从而实现二噁英的脱除。目前二噁英在线监测技术尚不成熟，邯钢于2017年12月7日至9日委托邯郸市领创环境检测服务有限公司对CSCR烟气处理系统入口和出口二噁英含量进行检测。国家二噁英排放标准限值为0.5ng-TEQ/Nm3，邯钢烧结烟气入口二噁英平均浓度为0.538ng-TEQ/Nm3，经过CSCR系统净化后二噁英排放浓度为0.021ng-TEQ/Nm3，远低于排放标准限值。

3.3 与常规脱硫脱硝工艺减排对比

逆流式CSCR烧结烟气净化工艺减排效果明显优于常规工艺。邯钢1#435m2烧结机采用常规脱硫工艺净化烟气，依据实际生产数据，虽然净化指标能够达到国家标准，但是其净化和减排效果远远落后于采用逆流式CSCR一体化脱硫脱硝工艺的新435m2烧结机。实际工况条件下具体对比见表4。

通过对比，逆流式CSCR工艺的SO2、NOx和固体颗粒物年排放量分别相当于常规工艺的6.7%、16.3%和53%。

4.结语

逆流式CSCR烧结烟气净化工艺应用于河钢邯钢烧结机以来，污染物减排效果明显，主要污染物排放浓度远低于国家排放限值，实现了烧结烟气污染物的超低排放。依据2018年1月份运行数据，SO2和NOx排放浓度分别为6.0mg/Nm3和34.0mg/Nm3，脱除效率分别达到99%和86.8%。