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活性炭脫硫脫硝顆粒物排放生產(chǎn)實(shí)踐
摘要：活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)可同步脫除燒結(jié)煙氣中的SO2、NOx、顆粒物、重金屬等多種污染物，目前在燒結(jié)煙氣治理過程中得到廣泛應(yīng)用。由于系統(tǒng)對(duì)顆粒物脫除率比較低，在脫除顆粒物時(shí)，入口顆粒物濃度和活性炭本身特性及工藝操作均會(huì)對(duì)顆粒物排放產(chǎn)生較大影響。當(dāng)入口顆粒物偏高時(shí)，將會(huì)造成出口顆粒物偏高;活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)和燒結(jié)工藝參數(shù)的變化也會(huì)對(duì)顆粒物的排放產(chǎn)生重要影響。通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)顆粒物排放特性進(jìn)行分析，找到影響顆粒物排放的因素及控制方法。
關(guān)鍵詞：活性炭 脫硫脫硝 顆粒物排放 生產(chǎn)實(shí)踐
隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，活性炭脫硫脫硝以其對(duì)燒結(jié)煙氣中SO2、NOx、顆粒物、重金屬、二噁英等的協(xié)同處理得到大面積推廣應(yīng)用。但由于活性炭對(duì)顆粒物的脫除能力有限再加上自身在吸附塔內(nèi)破碎、摩擦等產(chǎn)生顆粒物，造成了該工藝在顆粒物的排放控制上存在瓶頸。如何降低顆粒物排放，甚至是達(dá)到超低排放成為目前技術(shù)攻關(guān)的主要方向。
1、活性炭脫除顆粒物機(jī)理及特性
活性炭移動(dòng)層的除塵原理與普通的過濾除塵相同，通過沖撞，遮擋以及擴(kuò)散捕捉效果進(jìn)行除塵。經(jīng)電除塵器過濾后的燒結(jié)煙氣中含有的微小顆粒物主要通過慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散沉降等方式在活性炭孔洞、凹陷區(qū)域、表面等沉積。通常，直徑1μm以上的粒子可通過沖撞效果進(jìn)行捕捉。而不到1μm的粒子要通過遮擋和擴(kuò)散捕捉效果進(jìn)行捕捉。[1]
活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)隨煙氣排出的顆粒物大致可以分為兩類，一類是由燒結(jié)煙氣帶入后經(jīng)活性炭吸附脫除后逃逸的顆粒物，另一類是活性炭自身在運(yùn)轉(zhuǎn)、碰撞、摩擦等產(chǎn)生的。通過對(duì)排放顆粒物進(jìn)行成分分析，活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物約占顆粒物總排放的18%～40%。基于活性炭脫硫脫硝工藝對(duì)燒結(jié)煙氣中顆粒物脫除原理以及自身產(chǎn)生顆粒物的特性，為降低脫硫脫硝系統(tǒng)出口顆粒物濃度排放，需要從兩方面入手：1)降低入口顆粒物濃度;2)減少活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物。
2、入口顆粒物濃度對(duì)顆粒物排放的影響
2.1 燒結(jié)過程對(duì)入口顆粒物的影響
合適的燒結(jié)生產(chǎn)參數(shù)既是保證燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵，也是減少燒結(jié)生產(chǎn)污染物排放的主要參數(shù)。當(dāng)燒結(jié)生產(chǎn)過程參數(shù)匹配時(shí)，燒結(jié)燃燒速度和傳熱速度一致，此時(shí)燃燒帶溫度將會(huì)達(dá)到最高，燃燒帶變窄，部分難熔的燒結(jié)料將會(huì)粘結(jié)在一塊，燒結(jié)煙氣中的顆粒物濃度也會(huì)降低。當(dāng)燒結(jié)參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度、燒結(jié)風(fēng)量等的波動(dòng)，造成顆粒物排放升高。
2.2 顆粒物吸附飽和理論
2.2.1 定義
活性炭吸附顆粒物飽和值是指煙氣達(dá)標(biāo)排放時(shí)活性炭吸附(脫除)顆粒物的最大值。
值得說明的是顆粒物吸附飽和值與煙氣在吸附塔內(nèi)通過的流速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。如果用在某流速下顆粒物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的持續(xù)時(shí)間(t)來表示活性炭對(duì)顆粒物吸附的飽和值(t飽和)，其與流速(v)之間的關(guān)系如下：
t飽和=k/v
其中k是比例系數(shù)，t飽和的最小值tmix≥d/v(d為活性炭床層厚度)。
也就是說活性炭對(duì)顆粒物吸附(脫除)的飽和值是相對(duì)于不同的煙氣流速而說的，煙氣流速越高，該飽和值越小。
2.2.2 入口顆粒物濃度嚴(yán)重偏高情況
當(dāng)入口顆粒物濃度高于某一數(shù)值時(shí)，顆粒物隨著煙氣在通過活性炭床層時(shí)雖然大部分被攔截脫除，但仍有部分顆粒物隨煙氣直接排出，并致使出口數(shù)據(jù)超過排放限值。因此我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)入口顆粒物嚴(yán)格管控，確保入口數(shù)據(jù)不超過此值，否則顆粒物將無法控制。
2.2.3 入口顆粒物濃度長期偏高情況
當(dāng)入口顆粒物濃度未達(dá)到上述的限值，但仍處于偏高狀態(tài)時(shí)，顆粒物排放在短時(shí)間不會(huì)超標(biāo)，但如果長期保持這一狀態(tài)，排放數(shù)據(jù)會(huì)逐漸升高并最終會(huì)超出排放限值。而顆粒物在某一數(shù)值持續(xù)保持時(shí)間與顆粒物濃度呈反比關(guān)系，顆粒物濃度越高，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的持續(xù)時(shí)間越短。
2.2.4 顆粒物排放的滯后性
顆粒物排放的滯后性是指當(dāng)入口顆粒物濃度持續(xù)偏高一段時(shí)間然后明顯降低，在入口偏高時(shí)間段內(nèi)顆粒物排放并未超標(biāo)，反而在濃度降低后出現(xiàn)排放超標(biāo)的情況(如圖1、圖2所示)。主要原因?yàn)闊煔鈴奈剿撞?或一側(cè))進(jìn)入，最先接觸煙氣的活性炭吸附的顆粒物最多，在排料過程中，部分附著在活性炭表面的顆粒物與活性炭脫離并隨煙氣在活性炭層中多次出現(xiàn)吸附、脫離再吸附再脫離，最終有部分顆粒物隨煙氣排出，造成出口顆粒物超標(biāo)排放。
3、脫硫脫硝系統(tǒng)對(duì)顆粒物排放的影響
3.1 活性炭自身產(chǎn)生顆粒物的原因及影響因素
活性炭在物料循環(huán)過程中，由于活性炭與活性炭之間的物理摩擦、擠壓、物料循環(huán)路徑上的磨損等因素。再加上活性炭在脫硫脫硝過程中C元素參與化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行消耗，導(dǎo)致活性炭的強(qiáng)度變差而加劇的物理磨損等。影響活性炭自身產(chǎn)生顆粒物的因素主要有以下幾個(gè)方面：
3.1.1 活性炭物理性質(zhì)
活性炭的物理性能有很多，例如水分、裝填密度、粒度、耐壓強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度等。其中粒度反映了新焦的破碎程度，耐磨耐壓性能則主要表現(xiàn)在活性炭在轉(zhuǎn)運(yùn)、移動(dòng)床內(nèi)產(chǎn)生顆粒物的難以程度。如果耐磨耐壓強(qiáng)度不合格，會(huì)導(dǎo)致在使用過程中由于不能承受料壓和移動(dòng)過程中的相互擠壓，逐漸破碎。
3.1.2 活性炭物料輸送的影響
在脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果活性炭轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)多、落差大、排料閥擠料、吸附塔下料不均勻等原因會(huì)造成活性炭破損嚴(yán)重?；钚蕴康钠茡p必然導(dǎo)致活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物數(shù)量增加，對(duì)顆粒物排放產(chǎn)生影響。為降低活性炭破損應(yīng)采取如下措施：
1)吸附塔、解析塔采用均勻排料裝置，保證活性炭排料均勻，防止活性炭在料壓和移動(dòng)的雙重影響下造成活性炭擠壓破碎;
2)減少物料循環(huán)系統(tǒng)的鏈斗機(jī)數(shù)量，降低倒運(yùn)次數(shù);
3)選擇密封性好的卸料閥，減少卸料閥在卸料時(shí)由于閥芯和閥殼之間間隙大造成的擠料。
4)系統(tǒng)內(nèi)各緩沖倉采取中高料位控制，減少活性炭進(jìn)入緩沖倉的摔打破碎。
3.2 物料循環(huán)量的影響
要保持吸附塔對(duì)SO2、NOx、顆粒物及其他污染物的持續(xù)脫除，必須及時(shí)排出吸附塔內(nèi)已飽和的活性炭，送到解析塔解析再生，從而恢復(fù)活性。因此活性炭的循環(huán)量是保持活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)污染物排放的重要參數(shù)。
提高活性炭循環(huán)量不僅造成了活性炭消耗的增加，也會(huì)造成系統(tǒng)出口顆粒物排放的上升。其主要原因?yàn)殡S著炭循環(huán)量的增加，活性炭在吸附塔內(nèi)的流動(dòng)速度加大，活性炭之間相互摩擦、擠壓、碰撞加劇，造成活性炭破損，由此產(chǎn)生的顆粒物會(huì)隨著煙氣排出，導(dǎo)致顆粒物升高。
由于活性炭對(duì)顆粒物的吸附存在飽和，當(dāng)對(duì)顆粒物的脫除達(dá)到極限時(shí)就必須及時(shí)把活性炭排出，使新活性炭有繼續(xù)脫除顆粒物的能力。因此，為保證系統(tǒng)顆粒物的穩(wěn)定排放，必須保證活性炭的循環(huán)量。
但上文談到，炭循環(huán)量增加會(huì)導(dǎo)致活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物增加，兩者之間存在一定矛盾。因此在控制出口顆粒物濃度上炭循環(huán)量存在一個(gè)平衡點(diǎn)，當(dāng)入口顆粒物濃度較高時(shí)，必須適當(dāng)增加炭循環(huán)量，使吸附在活性炭上的顆粒物盡快從系統(tǒng)中排出;當(dāng)入口顆粒物濃度較低時(shí)，加大炭循環(huán)量活性炭自身產(chǎn)生的顆粒物增加，為降低顆粒物排放可適當(dāng)降低炭循環(huán)量。
3.3 解析效果對(duì)顆粒物排放的影響
活性炭的解析效果不僅影響到活性炭對(duì)煙氣中SO2、NOx的吸附和脫除，對(duì)系統(tǒng)顆粒物濃度的排放也起到至關(guān)重要的影響。通過活性炭對(duì)顆粒物的脫除原理可知，活性炭對(duì)顆粒物的吸附也是脫除顆粒物的主要方式之一。保證良好的解析效果，使吸附在活性炭微孔內(nèi)化學(xué)物質(zhì)和其他大分子物質(zhì)析出，活性炭對(duì)顆粒物的吸附能力大大增加，系統(tǒng)對(duì)顆粒物的脫除能力將會(huì)提高。
圖3為2018年8月-10月顆粒物排放數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖。7月末到8月初由于解析塔上下旋轉(zhuǎn)閥、富硫風(fēng)機(jī)頻繁故障、高爐煤氣壓力不足等一系列問題，活性炭解析效果變差，出口顆粒物持續(xù)升高。隨著以上問題逐步解決，活性炭解析效果逐漸改善，顆粒物呈逐步穩(wěn)定下降趨勢(shì)。
4、其它因素對(duì)顆粒物排放的影響
4.1 燒結(jié)過燒對(duì)排放的影響
由于燒結(jié)生產(chǎn)波動(dòng)造成燒結(jié)終點(diǎn)提前或滯后，當(dāng)燒結(jié)終點(diǎn)提前時(shí)燒結(jié)礦在臺(tái)車上冷卻，燒結(jié)礦攜帶的顯熱進(jìn)入燒結(jié)煙氣，造成煙氣溫度升高。由于活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)對(duì)入口煙氣溫度的苛刻性要求，在煙氣溫度偏高時(shí)必須適當(dāng)兌入一定量的空氣降溫。此時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)處理的煙氣量增加，煙氣量的波動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致煙氣在吸附塔模塊內(nèi)的氣流紊亂，導(dǎo)致顆粒物波動(dòng)升高。
燒結(jié)過燒除了造成風(fēng)量增大以外，燒結(jié)礦在臺(tái)車上冷卻會(huì)造成大量空氣進(jìn)入煙氣中，再加上兌入的空氣，將會(huì)造成進(jìn)入吸附塔的氧含量迅速升高，在目前采取以16%為基準(zhǔn)的氧含量進(jìn)行折算時(shí)將會(huì)使折算值進(jìn)一步升高，不利于顆粒物的達(dá)標(biāo)排放。
4.2 煙氣循環(huán)影響
燒結(jié)煙氣循環(huán)是根據(jù)燒結(jié)風(fēng)箱煙氣排放特征(溫度、含氧量、煙氣量、污染物濃度等)的差異，在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，選擇高溫段和低溫段各四組風(fēng)箱的煙氣循環(huán)回?zé)Y(jié)機(jī)臺(tái)車面，用于熱風(fēng)燒結(jié)。該工藝既實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)燒結(jié)的目的，又確保了循環(huán)利用的煙氣具有較高的O2含量。
燒結(jié)煙氣循環(huán)的投用，在降低燒結(jié)燃料配比的同時(shí)，對(duì)降低燒結(jié)煙氣污染物的排放起到顯著作用，切實(shí)起到了節(jié)能減排的目標(biāo)。另外，煙氣循環(huán)系統(tǒng)對(duì)降低脫硫脫硝系統(tǒng)入口煙氣風(fēng)量、溫度和氧含量起到顯著效果，有利于脫硫脫硝系統(tǒng)超低排放的實(shí)現(xiàn)。
由于煙氣循環(huán)系統(tǒng)煙道閥安裝在風(fēng)箱支管與大煙道連接的豎管上，需要定期開關(guān)放料，對(duì)進(jìn)入脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣量、煙氣溫度和氧含量均產(chǎn)生較大影響。脫硫脫硝系統(tǒng)被迫需要根據(jù)燒結(jié)煙氣的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，造成了進(jìn)入吸附塔煙氣波動(dòng)。
4.3 脫硫脫硝系統(tǒng)進(jìn)退模塊的影響
穩(wěn)定的煙氣煙氣流速是保持脫硫脫硝系統(tǒng)出口顆粒物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。當(dāng)脫硫脫硝系統(tǒng)部分模塊因熱點(diǎn)、檢修等原因需要退出時(shí)，會(huì)造成進(jìn)入其他模塊的煙氣量、煙氣壓力的迅速變化，從而造成顆粒物短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較大波動(dòng)。如果模塊退出后煙氣流量、壓力持續(xù)偏高，可能造成顆粒物長期偏高，并造成小時(shí)平均值超標(biāo)。
5、結(jié)論
通過以上分析，我們得出如下結(jié)論：
1)吸附塔內(nèi)煙氣流速低有利于顆粒物實(shí)現(xiàn)超低排放，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮一定煙氣余量;
2)合適的活性炭循環(huán)量是降低活性炭脫硫脫硝顆粒物排放的重要參數(shù)，偏大或偏小均不利于超低排放的實(shí)現(xiàn);
3)活性炭的解析效果影響到顆粒物的脫除效果，因此應(yīng)高度重視活性炭脫硫脫硝的解析效果;
4)燒結(jié)工藝操作對(duì)顆粒物排放也起到關(guān)鍵作用。
實(shí)時(shí)匯聚核
心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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實(shí)時(shí)匯聚核心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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