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活性炭在综合治理烧结烟气中的应用发展现状

摘要：以活性炭吸附污染物的原理为基础,介绍了活性炭工艺和改性活性炭法在烧结烟气综合治理中的应用。通过分析活性炭新工艺和改性活性炭的特点,指出了将两者相结合是将来活性炭综合治理烧结烟气的进展趋势。

依据2017年中国生态环境状况公报的统计，在338个地级及以上城市中，有239个城市环境空气质量超标，占70.7%。其中PM2.5平均浓度为43μg/m3，超标天数比例为12.4%。PM10平均浓度为75μg/m3，超标天数比例为7.1%。在463个城市(区、县)开展了降水监测，酸雨城市比例、频率分别为18.8%、10.8%，其中酸雨面积约62万平方千米，占国土面积的6.4%。酸雨污染主要分布在长江以南、云贵高原以东地区，主要有浙江、上海的大部分地区、江西中北部、福建中北部、湖南中东部、广东中部、重庆南部、江苏南部、安徽南部的少部分地区。经以上数据可知，我国大气治理仍旧面临严峻的挑战。

我国钢铁产量据世界前列，是钢铁制造大国。但推动工业进展的同时，也伴随着严峻的环境污染。据统计，钢铁企业排放的烟气中SO2、NOx、粉尘占全国污染物总量的11.4%、4.2%、14.7%。烧结作为钢铁制造工艺单元之一，其排放的烟气中SO2、NOX、粉尘分别占钢铁排放总量的40%～60%、50%～55%、15%～20%，因此烧结烟气治理已迫在眉睫。

2018年我国制定了《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求看法稿)》，方案中明确规定：烧结排放的烟气中SO235mg/m3;NOX50mg/m3;颗粒物10mg/m3。在《中华人民共和国大气污染防治法》中第43条明确规定了钢铁等企业在生产过程中排放的硫化物、氮氧化物、粉尘应采纳清洁生产工艺，配套建设除尘、脱硫、脱硝等装置，或者实行技术改造等其他掌握大气污染物排放的措施。因此，加强烧结烟气的综合治理是钢铁企业进展和生存的必要条件。

针对烧结烟气的综合治理，目前有三种治理钢铁企业烧结烟气的技术方案，分别是SCR法、氧化法、活性炭法。其中据国内外大量讨论表明，唯一可以实现同时脱除烟气中多种污染物只有活性炭法。为了探究活性炭应用在烧结烟气治理的将来趋势，本文以活性炭吸附原理为基础，介绍了目前工业上活性炭工艺和改性活性炭在处理烟气时的特点，指出了目前活性炭工艺和改性活性炭存在的问题，提出活性炭技术用于钢铁厂烧结烟气脱硫脱硝技术仍属探究阶段，各种设计工艺的脱硝效率、运行成本、二次污染、装备设施的合理性等都需进一步讨论。

1活性炭工艺治理现状

1.1活性炭的吸附原理

活性炭拥有较大的比表面积和发达的孔结构，在其表面上含有丰富的官能团，既可以作为吸附剂又可以作为催化剂载体。

讨论表明，当温度在20～100℃时，SO2被活性炭吸附在表面，此时主要以物理吸附为主;随着温度的上升，吸附过程也随之转变，当温度在100～160℃时，吸附在活性炭表面上的SO2被进一步催化氧化为SO3，此时主要是以化学吸附为主;当温度大于250℃时，完全为化学吸附，SO3与H2O反应生成的H2SO4存储进了微孔内。其反应方程式为：

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1.2活性炭吸附工艺

工业上利用活性炭净化烟气中的污染物，设计了活性炭工艺法，主要有：单级活性炭法、两级活性炭法、以及逆流式活性炭法。

单级活性炭法由吸附系统、解吸再生系统、副产物回收利用系统三部分构成，应用最广泛。有文献表明，宝钢湛江某钢铁基地单台烧结机上采纳了单级活性炭法，其治理效果见表1。

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由表1可知，单级活性炭法的脱硝效率并不高，只有62.6%。这是由于当SO2和NOX同时存在时，当SO2浓度高于NH3时，NH3会与SO2反应生成铵盐被消耗。针对NOX的脱除率低的问题，设计了改进的活性炭法，主要有两级活性炭法和逆流式活性炭法。

两级活性炭法工艺主要由烟道系统、两级吸附系统、解吸系统、活性炭储运系统组成。其中两级吸附系统是由一级、二级吸附塔串联组成，每级吸附塔由4个吸附单元组成，每个单元由左右对称的六个反应室组成，分别为前室、中室、后室，其净化效果为：烧结工序产生的SO2浓度为430.50mg/Nm3;NOX浓度为277.50mg/Nm3。经两级活性炭工艺处理后，排放的SO2浓度为0.75mg/Nm3，净化效率为99.83%;NOX浓度为30.25mg/Nm3;