中冶长天领跑活性炭法烟气净化技术助力钢铁企业绿色发展
1 强大的研发、设计与装备制造能力
1.1 不断试验探索、优化设计参数，确保技术不断迭代升级
中冶长天国际工程有限责任公司（以下简称中冶长天）是一家集研发、设计、咨询、装备制造、项目管理于一体的科技型企业。现有烟气多污染物控制技术与装备国家工程实验室、烟气多污染物协同治理及资源化湖南省重点实验室等大气治理的科研平台，依托这些实验室，中冶长天自主开发了“活性炭法烟气多污染物协同高效净化关键技术与装备”创新性技术成果。
基于已有工程运行实绩，研发人员分析了各工程存在的共性及个性问题原因，重点研究了不同生命周期的活性炭对多种污染物的吸附规律与活性炭再生规律，开发了与复杂多变工况耦合的最优参数模型，并通过仿真分析，减轻了装置重量，降低投资及运行成本，促进了该技术的不断迭代升级。
目前，中冶长天在活性炭法烟气净化技术上获取的专利近200件，其中“使用串联双吸附塔的烟气脱硫脱硝方法和装置”获得中国专利银奖，该技术也荣获冶金科学技术奖一等奖，多项活性炭烟气净化工程被评为全国冶金行业优秀工程设计奖一等奖。
1.2 先进设计理念和方法
活性炭吸附二氧化硫是个放热过程，如设计不当，可能引起吸附塔内活性炭升温。因此，项目在设备设计过程中，需将活性炭中热量最大限度地散发出去，维持活性炭与烟气温度的平衡。要实现以上目标，活性炭在吸附、塔解吸塔内的流动，从力学角度来讲，必须要实现整体流，任何引起流动不畅通的因素都可能导致事故发生。因此，中冶长天基于活性炭传质传热理论，开发了多通道分层错流移动床吸附塔，并通过小试、中试等试验设备不断测试、优化，实现了每一个活性炭的通道都能形成整体流、零死角，彻底解决了因活性炭流动不畅引发的问题。
在分层错流移动床式吸附塔中，烟气垂直于活性炭运动的方向进入吸附塔，分别经过前、中、后三个通道，在每个活性炭通道的不同部位设有百叶窗、多孔板及微孔板，活性炭自上而下缓慢移动，吸附烟气中的有害物质。各层活性炭的移动速度由下部长轴辊式给料机变频调速来控制，从而实现每个通道活性炭的整体下料。
为了提高设计效率及设计质量，中冶长天大力推行BIM协同三维设计技术。该技术能使设计人员与业主方人员及时形象地查阅设计成果，提高设计效率，也可快速找出设计中的纰漏，大幅提高设计质量。同时，设计还利用ANSYS仿真软件模拟活性炭法烟气净化系统的烟气流场、物料流场、温度梯度、压力分布等情况，通过增加导流板、整流器、百叶窗、多孔板、微孔板等多种措施，保证系统的运行稳定。
1.3 吸附、解吸塔装备的高制造标准
活性炭法烟气净化工艺的主要设备是吸附塔与解吸塔，为把控解吸塔质量，吸附、解吸塔设备全由中冶长天全资子公司长天重工生产制造，制造标准均按化工体系装置标准要求。从材料的定制检测到大型刨边机加工筒体钢板坡口，双面清根焊接，焊后无损检测，能确保设备及焊缝质量优良；制定了企业全面的控制要点手册，并编制企业泄漏试验标准，对产品实行出厂前全检。对解吸塔排料装置设置有试验平台，每个项目出厂前均需严格检测。
吸附、解吸塔采用分体制造，现场组装。而现场组装的精度问题一直以来就是这种大型装备组装的一个业内难题。中冶长天为最大程度保证装备精度，采用完全不同于业内其他厂家在工地现场制造的低成本做法，全部设备在工厂制造，采用标准化、模块化设计，有一整套模块化制造平台，确保每一模块成为标准模块，同时制定了完整成套的质量管理体系，保证出厂设备即为合格设备。
1.4 精益求精的安装管理与装置调试
吸附、解吸塔整体安装工作量大，高空作业时间长，需制定详细的安装计划，保证安装精度，设备尽可能地在地面拼装。气密性检查是检验吸附、解吸塔质量的重中之重。中冶长天的活性炭装备参考化工设备，制定了企业的强制安装标准，将设备的全部焊缝依据不同等级严格进行XRD、超声、着色、磁粉等缺陷检查，对全部影响密封的焊缝都进行煤油渗透检测。设备现场拼装完成后，还需在现场完成严格的气密性试验才算验收合格，才能进入装填活性炭工序。
在项目调试期，还将协助岗位员工进一步熟悉设备，提高对设备和系统可能出现问题的处理能力，并严格考核单体设备，校正仪表，完善计算机程序。在通烟气前，还需对活性炭进行活化；项目运行初期前，还需适当降低入塔烟气温度，并严格监控塔内各区域温度，保证系统平稳。
1.5 高度重视对使用方的培训及售后服务
活性炭装置运行得好坏，与运行维护有很大的关系。中冶长天有专业的调试运维队伍，通过跟踪各活性炭装置的运行操作及管理维护，积累了非常丰富的实践经验。在活性炭装置安装及调试过程中，就开始对业主方运维人员进行相关培训，讲解装置控制原理、各种应急状态下的处理方式、停机检修注意事项及运行时的操作要领。热负荷试车后，中冶长天还将跟踪一段时间，指导业主方熟练地管理运行活性炭装置，并持续跟踪装置的运行状态，调整控制策略，确保活性炭装置安全稳定运行。
2 先进技术工业化应用成绩斐然，助力钢铁企业绿色发展
中冶长天自2009年开始研究活性炭烟气净化技术，2011年联合清华大学、宝钢和湘钢进行小试和中试，收集摸索经验数据，并将活性炭烟气净化技术与装备国产化。
活性炭法烟气净化工艺能同时脱除SO2、NOx、二噁英、重金属及粉尘等多种污染物，且能回收硫资源制得浓硫酸产品，是一种资源回收型综合烟气治理技术。2015年在湛江钢铁与宝钢股份将活性炭烟气净化技术工程化应用，至今已经累计为20多台烧结（球团）设备配套建设活性炭法烟气净化装置，这些活性炭装置覆盖范围广，从180m2烧结机到600m2烧结机、从国企到民企、从南方到北方、从低硫工况到高硫工况，能适应烧结（球团）工况要求。中冶长天活性炭法烟气净化技术也被国家工信部列为推荐的烧结球团烟气净化技术，排名第一。
2.1宝钢股份宝山基地3#烧结机活性炭烟气净化系统
宝钢股份宝山基地3#烧结机主抽风机铭牌风量为2×3.0万m3/min，原烟气中颗粒物、SO2、NOx设计值分别为50、600、450mg/Nm3。该烟气净化装置采用两级活性炭净化工艺，装置项目占地面积约110m×70m，主要包含烟气系统、吸附解吸系统、制酸系统、稀释氨气系统、活性炭卸料系统、环境除尘系统等。
该项目于2016年10月28日正式投产，活性炭装置运行至今已有5年时间，目前系统稳定按超低排放控制运行，实际粉尘、SO2、NOx排放浓度分别约为5、5、40mg/Nm3，项目年产浓硫酸约1.3万吨。
该项目是国内首套采用双级活性炭吸附塔的烟气净化项目。对应两台主抽风机，共设置两套吸附解吸系统，每套吸附解吸系统的吸附塔采用串联双吸附塔工艺，由4个1级吸附塔单元与4个2级吸附塔单元组成。烟气先后经过1级、2级吸附塔的前、中、后通道，有害物质在吸附塔内脱除，由主烟囱达标排放。在1级吸附塔内，主要发生脱硫、除尘、除重金属、脱二噁英。在2级吸附塔入口喷入氨气，烟气首先通过前、中通道，主要发生脱硝作用，再进入后通道进一步脱硝、防止收集烟尘的再次飞散，后通道内活性炭层的移动速度非常慢，可防止活性炭粉二次扬尘，实现了多污染物高效治理，提高了氨的使用效率。
经折算，烟气净化装置的直接运行成本为10.4元/t成品矿，运行成本中活性炭按3800元/t考虑。如果活性炭价格涨到7000元/t，则直接运行成本增加到13.28元/t成品矿。
烟气净化系统的主要副产物为活性炭粉尘和98%浓硫酸。其中，活性炭粉尘作为燃料在烧结产线进行循环利用，浓硫酸外销，实现了副产物完全资源化利用。
2.2山西晋南2×220m2烧结烟气活性炭脱硫脱硝工程
山西晋南钢铁集团有限公司排名山西省百强民营企业第二位，多年位列中国民营企业五百强，2018年新建两台220m2烧结机并配套建设两套活性炭法烟气净化装置，2019年7月30日正式投运。两套活性炭法烟气净化装置分别净化处理每台烧结机2.2万m3/min
烟气，折算到标态烟气量约75万Nm3/h。原烟气中颗粒物、SO2、NOx的设计值分别为50、2000、350mg/Nm3。项目占地面积约16420m2，主要包含烟气系统、吸附解吸系统、制酸系统、稀释氨气系统、活性炭卸料系统、环境除尘系统等。
该烟气净化装置采用双级错流式活性炭烟气净化工艺，烧结烟气经过增压风机增压后送入1级吸附塔，在1级吸附塔内脱硫、除尘、除二噁英后，烟气再流至2级吸附塔，在2级吸附塔内脱硝，并进一步脱硫、除尘、除二噁英。烟气中的污染物在吸附塔内被活性炭床层吸附或催化反应生成无害物质后，最终被送至烟囱排放。
活性炭发烟气净化装置投运两年多来，一直稳定按超低排放控制运行，实际粉尘、SO2、NOx的排放浓度分别约为5、5、35mg/Nm3，项目年产浓硫酸约3.6万吨。吸附解吸塔无飞温现象，与烧结同步率达100%。综合运行成本为11.4元/t烧结矿（活性炭按4500元/t考虑，如果按7000元/t计算，则综合运行成本约为13.8元/t烧结矿）。
2.3安钢活性炭烟气净化工程
安阳钢铁股份有限公司厂区内有三台烧结机，1#烧结360m2，2#烧结400m2，3#烧结500m2，三台烧结机主抽风量分别为2×1.8万、2×2万、2×2.5万m3/min（折算至标况烟气量分别为125万、138万、165万Nm3/h），原烟气中颗粒物、SO2、NOx设计值分别为80、1000、300mg/Nm3。
三台烧结机同步配套建设了湿法脱硫装置，未配套建设脱硝装置，由于湿法脱硫工艺排放烟气含水率较高，排放烟气温度低，烟气腐蚀性较强，排放烟气对周边环境造成了较大影响，周边设备、设施及建构物均有不同程度的腐蚀，周边绿色植被遭到了不同程度的破坏，尤其是排放指标已不能满足当时的环保要求。
为了改善厂区环境及满足环保要求，2017年安钢进行了烧结环保升级大改造，拆除了原有的三套湿法脱硫装置，新建了三套活性炭法烟气净化装置。由于当时环保要求相对较低，烟气中的颗粒物、SO2、NOx排放指标分别按20、50、150mg/Nm3设计，并预留了将来环保要求提高烟气净化设施进一步升级改造的场地。2019年4月，国家出台《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气[2019]35号）文件，安钢随之启动了三台烧结的超低排放升级改造。
超低排放升级改造工程于2021年6月改造完成并投产，改造完成后其工艺由单级活性炭法烟气净化工艺升级为双级活性炭法烟气净化工艺。项目建成投产后运行稳定，排放指标优于超低排放要求，粉尘、SO2、NOx排放浓度分别约为6、7、32mg/Nm3。
该项目助力安钢跻身为环保A级企业、使安钢成为3A级景区。
2.4永锋活性炭烟气净化工程
山东钢铁集团永锋有限公司临港基地一期工程新建一台500m2烧结机、一台120万吨/年链箅机回转窑氧化球团和一套提铁减锌回转窑等项目。考虑到后续更严格的国家环保政策及控制投资，该项目将烧结166万Nm3/h烟气、球团44万Nm3/h烟气、提铁回转窑10万Nm3/h烟气的多工序烟气合并后送至串联双吸附塔进行烟气净化，烟气净化装置处理能力为220万Nm3/h，为目前处理烟气量最大的活性炭装置，处理后的烟气达到超低排放要求。
该项目于2020年9月动工建设，2021年6月改造完成并投产，9月正式投运。项目投运后，烟气排放达到超低排放水平，吸收的二氧化硫副产物制取焦亚硫酸钠，少量废水经处理回收氨后送至全厂综合利用，经济价值高，实现了变废为宝。该工程是钢铁企业在国内首次实现对烧结烟气、球团烟气、提铁减锌固废处理烟气的一体化处理，将为其他钢铁厂带来良好的示范效应。
从2015年首次实现活性炭法烟气净化技术的工业化应用，到2019年实现国内首个超低排放项目；从最早的烧结烟气治理，到2019年的球团烟气治理，再到2020年的烧结烟气、球团烟气、回转窑烟气的一体化处理；从国内市场到2020年进军国外市场……时间见证了中冶长天的成功，中冶长天无数个标杆项目的完成，为推动钢铁企业绿色发展作出了巨大贡献。
中冶长天将继续朝着“让冶金工业更环保，让人类家园更清洁，让城市生活更美好”的理想，不断创新，继续前行，努力为绿色智能中国钢铁工业的发展和钢铁强国的梦想作出新的努力与贡献。