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氨逃逸分析儀丨鋼鐵行業采用活性焦干法脫硫脫硝一體化技術需注意的六個問題

日期：2019-06-26 信息來源：本站

根據生態環境部發布的《鋼鐵企業超低排放改造工作方案（征求意見稿）》，鼓勵鋼鐵企業采用活性碳（焦）等多污染物協同處置技術。活性焦干法脫硫脫硝一體化技術（以下簡稱“活性焦干法技術”）是一項成熟的工業煙氣污染治理技術，在日本、韓國和中國都有大型化應用，具有耗水少、副產物綜合利用、排煙透明度好等優點。
但活性焦干法技術目前并沒有在我國大規模推廣應用，很多用戶對該技術依然比較陌生。同時，我國鋼鐵企業球團燒結工況條件不穩定，尤其是前級除塵效果普遍不佳，同時技術力量普遍欠缺，在采用對工況條件穩定性和技術力量要求較高的活性焦干法技術過程中，勢必會遇到各種問題。本文作者對活性焦干法技術具體應用過程中存在的六類問題進行了梳理，并提出針對性解決方案，以期對鋼鐵企業用戶在項目工藝選擇和建設過程中有所幫助。
一、可靠性問題
活性焦干法技術已經被國內外的案例實踐證明是一項成熟、穩定、可靠、高效的工業煙氣污染治理技術。但是作為一項工程技術，其可靠性只針對在一定條件具備下而言，并非毫無條件的。
這意味著，其治理效果可靠性很大程度上取決于具體項目中活性焦干法裝置設計處理容量的大小，對應的煙氣量、流速、污染物濃度等等因素。而如果實際煙氣量、流速和污染物濃度超過了系統設計的參數，那么系統的可靠性就會大大折扣。比如說，煙氣及污染物在系統內所需要的停留時間，如果系統設計偏小，系統內煙氣流速過快，則污染來不及被活性焦吸附和反應，最終導致污染物排放超標。因此說，在中國這樣一個以低價競爭和偷工減料為慣性的特殊國情環境下，遴選建設總包單位和審查設計方案的過程中需要非常注意系統選型問題。此其一。
其二，影響活性焦干法技術效果可靠性的因素是污染物初始濃度，即進入到活性焦干法處理裝置的主要三項污染物的濃度。從目前已經投運的活性焦干法裝置來看，尤其是日本磯子電廠、韓國浦項制鐵以及中國太原鋼鐵等活性焦脫硫裝置，入口SOx小于2000mg/Nm3，入口粉塵濃度偏差較大，日本和韓國要求最高，一般在10mg/Nm3以下。本文作者曾參與的某電廠項目技術論證過程中，某國外技術支持方對入口含硫量超過2000mg/Nm3或者原煤含硫量超過0.8%的項目不敢提供技術保證。這說明活性焦干法工藝能否適應入口SOX濃度超過2000mg/Nm3的項目有待進一步探索。
同時，從目前國內的一些活性焦干法系統來看，入口粉塵濃度對于系統脫硫脫硝效率以及吸收劑成本的影響比較大，入口粉塵濃度越高，吸收劑損耗越大。
從以上分析來看，活性焦脫硫工藝大型化應用應選擇在低硫項目中采用，而且應該盡量提高前級除塵器（主要是靜電除塵器）的除塵效率，有必要對前級靜電除塵器進行升級改造。
另外，活性焦本身的活性和強度是影響該公司能否完成污染物治理目標的關鍵影響因素。活性焦在運行過程中存在破碎和損耗的問題，本身也會產生部分揚塵。如果活性焦強度不夠，易于破碎，不僅僅會造成系統運行成本不可控，而且容易造成粉塵終端排放超標。在當前超低排放標準要求下，如果沒有后續的除塵設備把關，粉塵排放超標問題就會暴露，最終可能要求追加二次投資。
所以，應該要關注活性焦本身運行過程中造成的顆粒物排放超標的問題，必要時應考慮增加終端的顆粒物排放控制措施，比如增設布袋除塵器。
二、安全性問題
活性焦干法技術發展經歷了漫長而坎坷的過程，其中最主要的問題就在如何解決安全運行的問題。活性焦干法技術在發展過程中，遭遇到的安全性問題主要體現在三個方面
其一、活性焦燃爆風險。活性焦本身具有巨大的比表面積，吸附力強，同時在含氧量足夠的情況下，容易發生自燃。尤其是在系統檢修期間和活性焦高溫解析過程中。在檢修過程中，活性焦裝料需要整體轉移，系統通風過程中，容易造成活性焦粉末自燃，且此類自燃難以察覺，等發現問題時，往往難以控制。在高溫解析過程中，如果操作不善，造成解析塔氧含量超標，亦會造成活性焦自燃，甚至有爆炸的風險。因此，解析過程中，要求采用氮氣保護。
其二、一氧化碳中毒風險。此類風險在國內某有色冶煉企業發生過嚴重事故[1]。事故主要原因在于檢修人員沒有注意檢修期間塔內一氧化碳超標。檢修期間，部分未及時清理的活性焦在欠氧環境下自燃，產生大量的一氧化碳氣體。
其三是硫酸生產風險。大部分活性焦干法裝置都會配套副產物（硫酸）生產系統，以硫酸作為終端副產物，實現循環經濟，可以抵消一部分環保投入成本。但是硫酸生產過程本身是一個高危環節，硫酸也是危險化學品。在很多城市區劃內，已經在產業政策中明確了禁止建設硫酸廠。以河北省為例，根據《河北省新增限制類產業目錄》（2015年），除省級及以上工業園區外，禁止新建或擴建基礎化學原料制造項目（含硫酸）。這意味著對于省級及以上工業園區以外區域的鋼鐵企業，在采用活性焦干法技術時，配套建設硫酸廠可能會遭遇政策障礙。
因此，針對安全性問題，建議鋼鐵企業在選用活性焦干法技術及供應商過程中，應首先考慮當地產業政策是否允許建設硫酸廠，其次應考慮自身技術力量是否足以勝任該技術的安全生產管理。對于自身技術力量相對欠缺的企業，建議將活性焦干法裝置建設與運營整體外包，可以采用BOT或BOO模式。
三、適應性問題
前文所述，實際上，活性焦干法技術在運行過程中可調節手段比較有限，因此其可靠性與其設計的處理能力直接相關，工況波動一旦超出其設計處理能力范圍，實際上該技術可調節手段有限，而且調節時間長、相對滯后。也就是說，活性焦干法裝置一旦建設投運，在運行過程中對工況的適應性是相對較差的。其中主要體現在對煙氣量、入口含硫量、入口氮氧化物濃度和粉塵濃度的適應性上。一旦這些核心參數超出系統處理能力范圍，那么很容易造成污染物排放超標。
因此，在活性焦干法裝置建設過程中，也特別注意系統的處理能力放大，留足充分的設計裕量。
由于活性焦干法技術總體投資較高，且目前國內已經有眾多環保工程公司介入該技術應用領域的市場爭奪。這就不可避免地帶來價格戰。在以往的市場經驗教訓中，低價競爭帶來的偷工減料、設計縮水問題如何規避，是每一個鋼鐵企業用戶面前迫切需要解決的難題。
四、保障性問題
活性焦干法裝置系統復雜，運行過程中的保障性問題非常突出。主要體現在以下是個方面：
①技術力量保障；
②備品備件供應保障；
③物耗保障（活性焦供應保障）；
④能耗保障（解析熱源和用電）
⑤副產物處理保障；
一般來說，技術力量保障要看企業用戶自身技術實力，如果自身技術實力欠缺，可以依靠總承包商的技術力量。相對來說，物耗保障和副產物處理保障的難度比較大。一方面活性焦生產本身屬于高污染行業，在一些地區受到限制。目前我國最大的活性焦產能主要分布在山西和寧夏地區，產能受到煤質條件、區域產業政策和環保政策等限制，暫時無法滿足大規模建設活性焦干法裝置的潛在需求，勢必存在供求關系緊張問題。因此鋼鐵企業在選擇采用活性焦干法技術的時候，最好先落實活性焦的供應保障問題。
另一方面，副產品硫酸的去向要確定，硫酸的生產和運輸都受到嚴格的管控。因此，在選擇活性焦干法技術之前，應考慮副產品硫酸盡量能夠就地消化處置。
另外，活性焦干法技術吸收劑解析屬于高耗能的環節，解析環境溫度超過400℃。這個能耗需要特別考慮。對于鋼鐵企業來說，一般可以采用燃氣爐或者高溫蒸汽熱源。但是采用電加熱方式，由于電能轉化效率較低，非常不經濟。所以，從低成本運行保障的角度看，能耗保證對于活性焦干法技術來說至關重要。
五、檢修性問題
活性焦干法裝置是目前來說，最龐大、最復雜、危險性最高的工業煙氣污染物治理系統。從子系統分類來看，活性焦干法裝置至少包括以下幾個子系統：
①脫硫吸附系統；
②活性焦倉儲系統；
③活性焦解析系統（含熱源）；
④脫硝系統（氨水存儲與噴射系統）；
⑤氮氣保護系統（含空分）；
⑥物料輸送系統；
⑦硫酸生產與存儲系統；
⑧電氣系統；
⑨控制系統；
系統復雜，故障點多，尤其是機械故障點、堵塞點、腐蝕點眾多。考慮到危險性問題，活性焦干法裝置的檢修保障是一個難題，其難度要高于普通的環保設備，必須要有常備的專業檢修隊伍做保障。
對于技術力量欠缺的企業用戶來說，最好是將運行和檢修等問題一并承包給專業的運行團隊。
六、測試性問題
測試性體現的是一個系統是否能夠通過監測或檢測方法反饋其存在或遇到的問題，及時調整或改進其狀態和性能的能力。相對于濕法脫硫和循化流化床半干法脫硫技術而言，活性焦干法技術物料流動速度慢，物料更新速度慢、傳質傳熱效果相對較差，這導致了活性焦干法技術本身很難通過系統內部的調整來及時響應工況的變化。而是僅僅通過放大系統設計處理能力，來最大可能地滿足處理最高負荷的能力，比如充分預見系統可能要應對的最大煙氣量和污染物濃度，并以此作為設計選型依據。
活性焦技術的測試性相對滯后的問題，不僅僅體現在處理能力調節上，還體現在安全性問題。比如，因各種原因，一旦局部物料溫度過高，造成活性焦局部燃燒，無法通過系統測溫來發現系統內存在物料燃燒問題，更無法準確找到具體的超溫點。如果不能夠及時發現和準確判斷，勢必釀成安全性事故。因此，一些工程公司開始關注終端排放氣體的一氧化碳濃度數據波動，以此來判斷系統內部是否存在自燃的問題，但依然相對滯后，且無法準確判斷。
為此，活性焦干法裝置應盡量采用小模塊化設計，即對于大煙氣量處理項目來說，盡量采用小模塊化組合設計，將活性焦吸附處理模塊化，并對每一個小模塊進行進出口工況數據監測，一旦發現某一模塊出現故障或安全隱患，可以單獨旁路和處理。這樣的做法，雖然會造成一定程度上的建造成本上升，但是總體安全性和監測性得到了保障。
總體來說，活性焦干法技術是一項成熟的工業煙氣污染治理工藝，雖然造價和運行成本要高，但是其綜合環保效果要優于傳統的濕法脫硫工藝，尤其是同步脫硝、脫硫、除塵和脫白，且廢水零排放。同時，該技術對于企業用戶自身技術力量和員工素質要求較高，對配套資源的保障性也很高，因此，建議企業用戶在選擇煙氣治理工藝時，應從自身條件和周邊資源配套條件出發，綜合考慮各種技術在具體項目上的適用性。