在环保要求和排放标准日趋严格的形势下，活性焦技术，作为一种资源型的烟气多污染物一体化处理技术，受到越来越多的关注。

 

活性焦吸附净化工艺以物理-化学吸附为基础，将烟气送入装有活性焦的吸收塔，经活性焦吸附净化处理后，烟气达标排放；吸附了污染物的活性焦在一定条件下可进行解吸，再生气体可用于制备硫酸或其他硫化工产品等；解吸再生后的活性焦可送回吸收塔循环使用。

 

近年来，活性焦技术在钢铁烧结领域的应用逐渐走向大型化，已投运及在建的总应用台数达到30台套以上。但是随着活性焦技术的不断应用，也暴露出来一些问题。下面对这些问题及影响因素进行简要探讨。

 

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床层温度控制问题

 

活性焦吸附脱硫过程热量的产生主要来自化学吸附和化学反应。吸附脱硫过程中，在吸湿、吸附过程放热、化学反应放热与环境散热共同作用下，吸附塔内的活性焦颗粒温度稳定在一定范围内。当由于某种原因导致放热量高于散热量，活性焦温度升高，吸附放热反应速率加快，放热量进一步增大，活性焦温度迅速升高而达到着火点温度，在合适的条件下活性焦将出现着火现象。具体表现为活性焦床层局部温度快速升高，发生明火燃烧现象。

 

活性焦与空气中的氧发生氧化自燃的过程可分为三个阶段：物理吸附阶段、化学吸附阶段、化学反应阶段。吸附阶段是活性焦发生氧化自燃的起始阶段，也是最重要的阶段。活性焦自燃是从吸附氧气开始的，活性焦在与氧发生物理吸附时放出热量，为氧分子热运动提供了更多的能量，从而使更多的氧分子接近活性焦并与其发生化学吸附，化学吸附将进一步放出更多的热量。活性焦在堆积情况下，空气中的氧将与之发生缓慢的氧化反应，反应放出的热量一方面使活性焦内部温度升高，另一方面通

 

过堆积体边界向环境散失。如果体系不具备自燃条件，则从物质堆积时开始，内部温度逐渐升高，经过一段时间后，物质内部温度分布趋于稳定，这时化学反应放出的热量与通过边界散失的热量相等。如果体系具备了自燃条件，则从物质堆积开始，经过一定时间后（着火延滞期），体系着火。体系能否获得稳态温度分布是判断物质体系能否自燃的依据。

 

有研究发现，氧化温度相同时，受热时间越长，活性焦粉的自燃点越低，自燃所需时间越短，越容易自燃。氧化时间相同时，受热温度越高，活性焦粉的自燃点越低，自燃所需时间越短，越容易自燃。因此，需要控制合理的运行温度，同时保证反应器内物料流动均匀，避免局部物料异常堆积。

 

吸附塔床层温度是影响系统安全及活性焦吸附性的关键因素。为兼顾活性焦脱硫、脱硝的作用，有研究者提出，一般烟气入塔温度控制在130-140℃左右，当床内温度超过150℃时，温度越高，越容易导致热量累积，吸附塔内活性焦床层出现超温后，短时间内迅速升至400℃以上，活性焦床层升温速率约4℃/min。但是国内外也有运行案例表明，运行温度可以达到150℃以上。因此，建议对新装填物料应该以较低的温度运行，当系统内物料经过多次循环后，可以适当提高运行温度。当活性焦床层发生超温事故后，会引起活性焦粉化。粉化后的活性焦积累在吸附塔中，导致塔体阻力增加，系统能耗上升，吸附塔下料不畅，容易形成死角。同时，超温后容易造成吸附塔局部结构变形，严重影响烟气净化系统的安全运行。有研究者提出如下判定超温的方法：1）活性焦床层内任意一个测温点温度超过145℃，且升温速率≥0.2℃/min；2）烟气经过活性焦床层后，温升超过10℃且升温速率≥0.2℃/min；3）现场巡检发现塔体保温层变灰白色，保温层外壁温度超过120℃；4）在吸附塔底部物料输送设备观察到有炙热发红活性焦。

 

一旦吸附塔活性焦床层出现超温，需要采取如下措施：关闭吸附塔烟气进出口阀门并打开保护氮气，使吸附塔内充满氮气并维持塔内微正压。暂停未超温吸附塔物料循环，加大发生超温的吸附塔的物料循环，密切注意吸附塔内温度和进出气温度变化趋势，如升温速度明显降低或温度不再上涨，则维持吸附塔物料循环。一直维持通氮气，直至吸附塔内所有活性焦完成一个循环且塔内各点温度回归正常值后，恢复正常运行。如开启保护氮气并加大物料循环后，焦层升温速率无明显变化，仍超过0.2℃/min，则需要进行放料处理。曾有研究者提出，可以考虑喷水降温的方式，但是喷水降温会造成反应器内部结构出现难以修复的伤害，因此不建议采用喷水方式进行冷却降温。但是如果超温床层温度在300℃以上或塔壁出现穿孔，能观察到明火的情况下，应停止吸附塔物料循环，根据超温部位所在位置，现场在塔壁开孔，从消防栓引水至开孔处直接喷淋降温。

 

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烟气水分对系统影响

 

受钢铁冶金本身工艺的影响，烧结球团等工序的烟气中水分含量较高，通常在10%以上。对于活性焦脱硫而言，活性焦需要一定水分用于形成吸附态的硫酸分子，但水分子也会占据活性焦表面吸附位，使SO2分子无法进入活性焦吸附位，影响脱硫效率。有研究者通过水蒸气浓度的分析，来研究其对活性焦脱硫效率的影响。一定范围内的水蒸气浓度对活性焦脱硫效率和硫容的影响都随着水蒸气浓度的增加而增加。但是超过此范围后，活性焦脱硫效率和硫容都呈现下降趋势，且下降幅度明显，表明水蒸气浓度过高，会使活性焦表面SO2的催化氧化受到抑制。一定程度的水蒸气能显著提高活性焦脱硫效率和硫容，当水蒸气浓度较低时，活性焦表面水分少，不利于SO2的吸附，同时产生的硫酸得不到稀释，一直占据着活性焦表面的活性位，使得SO2的催化氧化能力降低。过高的水蒸气浓度会在活性焦表面形成大量水膜，使气体的传质阻力增大，烟气不能很好地与活性焦表面接触，进而使活性焦脱硫效率和硫容都降低。

 

关于水分对活性焦脱硝的影响，研究发现，在一定的水含量范围内，脱硝率与水含量呈线性反比例关系，即水含量越高，脱硝率越低。由于H2O为极性分子，与O2、NOx产生竞争吸附作用，占据了部分活性位，对活性焦吸附NOx、NH3产生阻碍作用，同时吸附的H2O易于与NH3反应，不利于催化还原反应的发生，水含量对脱硝率起抑制作用。

 

此外，过量的水分进入反应器内后，由于反应器内床层移动速度慢，在长时间运转过程中与高温烟气及烟气中颗粒物黏结、抱团，造成脱硫塔内活性焦物料结块，脱硫塔壁形成大面积黏结，从而影响物料系统正常运转，所以烟气中水分的控制关系着系统能否正常运行。因此，需要在烧结球团工艺的源头，尽量控制水分比例；在生产过程中，需要对活性焦物料进行充分筛分循环，防止水分与物料中碎料粉尘集聚，影响系统的安全运行。

 

早期的活性焦脱硫工艺，为了控制进入反应器的烟气温度，普遍采用直接兑冷风的方式。但是该方式在冬季运行时会造成烟道内较严重的腐蚀积水，尤其在北方地区。同时兑冷风方式对系统降温能力有限，一般每降温10℃，大约需要兑入原烟气量的10%风量，同时随着环保指标的日益严格，对出口排放基准氧的要求也间接限制了兑冷风的应用。因此，建议烟气调温方式采用间接换热即烟风换热器进行烟气调温，同时可以减少活性焦系统本体的装填量和造价，更具有经济性。

 

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物料消耗问题

 

物料消耗一直是项目重点关注的问题。由于活性焦生产工艺相对比较粗犷，造成各家产品质量参差不齐，即使是同一厂家产品，抽检样品质量也难以保证完全一致。

 

活性焦消耗主要分为化学消耗与物理消耗两部分。化学消耗主要是指在脱硫、脱硝过程中碳元素参与化学反应过程中所消耗的部分。在活性焦再生过程中发生如下化学反应：

 

2H2SO4＋C→2SO2＋CO2＋2H2O

 

从化学反应方程式可以看出，消耗1mol活性焦可解吸2mol SO2，即理论上消耗1kg焦最多解吸10.6kgSO2。化学消耗无法避免，而物理消耗有优化可能。物理消耗主要是指物料移动过程中由于摩擦、挤压、磨损等因素造成的损耗。综合考虑活性焦化学消耗与物理消耗因素，一般消耗1kg活性焦，解吸SO2不超过7kg。日本中试研究试验结果：消耗1kg活性焦，解吸SO2 6kg左右，若活性焦灰分含量高、强度较差，则消耗1kg活性焦，解吸SO2量会更低。

 

如果活性焦质量不好，或者系统设计不合理，就会造成活性焦的损耗量偏大。大量的活性焦碎料及粉末如果不能及时从系统中排出，就会导致以下问题：1）反应器床层内的空隙率降低，气流阻力增大。2）细粉与颗粒混杂时，容易造成物料的内部出现搭桥现象，使得物料流动不畅；当细粉吸附较多的水分时，又会导致活性焦在塔内容易板结，形成移动死区，容易飞温。3）粒径越小的碎料，越容易氧化，过多的碎料容易使碳室飞温着火。4）在喷氨条件下，细粉容易与铵盐结合，堵塞气室孔板，使得塔内阻力进一步增大。5）较多的碎料和粉尘也容易使烟气出口粉尘含量超标。因此，需要尽量从源头控制活性焦产品的质量，同时在运行中合理控制运行参数。

 

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结语

 

总的来说，我国的活性焦一体化脱除技术还处于刚刚起步阶段，很多标准和规范都在不断完善中，不管是活性焦本身还是对于整套烟气处理装置的应用，都需要一个不断完善发展的过程。希望能够早点建立起活性焦一体化装置的技术应用行业标准，真正实现活性焦脱除技术的健康产业化发展。