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活性炭吸附烧结烟气中的颗粒物
文章作者：韩研网络部 更新时间：2019-1-9 11:24:36

　　悬浮在大气中的颗粒物质已成为重要的危害之一。根据它们的空气动力学直径，它们已被分为3类，包括TSP(总悬浮颗粒)，超细颗粒PM 10和PM 2.5，空气动力学直径分别为≤100 μ M，10 μ m和2.5 μ米。其中，PM 10被确认为可吸入颗粒，而PM 2.5甚至可以直接进入肺泡。由于它们的比表面积都很大，所以PM 10和PM 2.5通常是一些危害物质的载体，例如重金属，多环芳烃，二恶英等。

　　铁矿石烧结是整个炼钢链中的一个重要过程，其目的是将细粒铁矿石团聚成块状，用于高炉炼铁。然而，这个过程是大气污染物的主要排放源。除了作为SO 2，NOx，COx 等多种气态污染物的主要排放源外，烧结过程甚至排放出大量超细颗粒物PM 10和PM 2.5，其排放量占总排放的40%以上。不幸的是，到目前为止还没有有效的技术来解决铁矿石烧结排放的这个问题。由于活性炭，其特征在于巨大的比表面积和发达的孔隙结构，它已被广泛应用到净化烧结烟气，其主要集中在减少像SO 2气态污染物的排放和NOx。有趣的是，还发现活性炭还具有从烟道气中过滤颗粒物质的功能。然而，没有关于活性炭对PM10的性能研究和PM 2.5去除。所以本期我们实验用活性炭去除PM10个PM2.5。

　　烧结烟气是由混合铁矿石，助熔剂(石灰石，白云石和生石灰)，固体燃料(焦粉)和返回细粉(烧结<5 mm)等原料产生的。活性炭在测试过程中，用去离子水洗涤活性炭并在使用前进行干燥。

　　实验方法采用实验室规模的烧结罐来模拟真实的烧结矿生产过程，如图1所示。对于烧结的产生，首先将原材料进行混合，在此期间加入规定的水。其次，将原料混合物在水平安装的长度为1400mm，直径为600mm的转鼓中进行造粒过程，转速和造粒时间分别为15rpm和4min。之后，将粒化的混合物加入烧结罐中。在进料之后，表面原料混合物层中的焦炭被点火罩点燃，然后燃烧前沿在下降系统的支撑下向下移动。点火时间在1050±50℃下为1分钟，压降为5kPa。然而，压降变为10kPa用于烧结，然后变为5kPa用于冷却。

　　图1、超细颗粒去除和取样设备示意图。

　　为了研究活性炭对颗粒物排放的影响，使用内径为100 mm的不锈钢管来模拟进料活性炭后的实际吸收器(图1)。在测试过程中，含有烟道气的颗粒物质在真空泵的帮助下通过活性炭床。使用低压级联撞击器(通过玻璃纤维过滤器从烟道气中收集颗粒物质，用来计算活性炭的去除率。

　　排放浓度的影响

　　图2说明了活性炭床厚度对超细颗粒物排放特性的影响。从图2(a)可以看出，随着活性炭床厚度的增加，具有各种空气动力学直径的颗粒物质的排放浓度呈现下降趋势。当厚度为300 mm时，图2(b)所示的PM 10和PM 2.5的排放浓度从72.5 mg/m 3和41.6 mg / m 3显着下降到31.5 mg/m 3和21.4 mg/m 3， 分别。图2(c)表明增加活性炭床的厚度可以提高颗粒物的去除率。此外，活性炭对直径较大的颗粒物质表现出较高的去除率。当床层厚度为300 mm时，当床层厚度从100 mm增加到300 mm时，PM 10和PM 2.5的去除率分别从30.5%和21.3%增加到56.6%和48.5%(图2(d))。

　　图2、活性炭的用量对PM 10和PM 2.5排放的影响。

　　物理化学性质的影响

　　图4显示了烟气通过活性炭之前和之后的化学组成。可以发现PM 2.5中的+ Fe，Ca，Si，Al和Mg的含量在烟气通过活性床时比基础情况下都有所增加，而K，Na，Pb的含量， PM 2.5中的 Zn和Cl都出现了下降。图5给出了烟气经过活性炭层后在过滤器中收集的PM 2.5的SEM图像，观察到经活性炭去除后，较大颗粒的数量主要由K和Cl组成减少(图5)(b)-5(d))与基本情况比较(图5(a))虽然有许多较小的颗粒，如球形颗粒(图5(d))，主要包含Fe和Ca这种现象与PM 2.5的化学成分变化非常一致。此外，与使用厚度为200毫米，粒度为8-12毫米的活性炭床的情况相比(图5(b))，出现了较少的大的富含K-Cl的颗粒，并且出现了许多较小的球形富含Fe-Ca的颗粒。

　　图3、活性炭对PM 2.5化学成分的影响。

　　图4、活性炭对PM 2.5形态的影响。

　　图5显示了粘附颗粒物质后活性炭的形态，其中可以发现许多颗粒分布在活性炭的孔隙或表面上。图5(a)-5(c)中示出了分布在孔隙尺寸约20颗粒 μ米，5-10 μm和1 μ米。图5(d)示出了分布式活性炭的表面上的颗粒，其直径几乎小于1 μ微米。图6给出了分布在孔隙中的颗粒的SEM映射，表明大量颗粒富含K，并且它们主要以氯化物或硫酸盐的形式存在。这些颗粒的出现对应于PM 2.5中K和Cl含量的降低。

　　图5、粘附超细颗粒物后活性炭的形态特征。

　　图6、在活性炭表面上收集的超细颗粒物的SEM绘图。

　　得出结论对于活性炭过滤器，粘附颗粒物质的典型机制包括重力沉降，静电力和惯性碰撞和扩散。由于实验主要集中在活性炭去除超细颗粒物PM 10和PM 2.5，因此可以忽略重力效应。

　　(1)活性炭去除PM 10比去除PM 2.5更有效，并且增加活性炭的吸附厚度或减小活性炭粒度有助于去除超细颗粒。除去率到PM 10和PM 2.5达到67.3%，并且当活性炭厚度和颗粒尺寸分别为200mm至3-5毫米，吸附效果能达到58.7%。

　　(2)活性炭的特征是分布广泛的孔隙结构，具有不同的直径和丰富的表面积，可作为容纳超细颗粒的场所。

　　(3)超细颗粒中较大的颗粒更易受惯性影响，使其更容易去除，去除率更高�；钚蕴康暮穸群吞寤紫堵�(与活性炭颗粒尺寸呈负相关)与PM 10和PM 2.5的去除效率呈正相关，这解释了它们随着活性炭厚度增加和颗粒尺寸减小而去除率越高。

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