段 超

(1.煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013)

0 引 言

活性焦是以煤为主要原料而制备的炭材料产品，主要用于烟气净化领域[1，2]。其可在1套反应器内联合脱除SO2和NOx及其它污染物[3，4]，可用于锅炉烟气、焦炉烟道气、球团烟气的净化[5，6]，在脱硫、脱硝过程中不产生废渣、无二次污染，且可回收硫资源[7]。至2016年以来，活性焦使用最广泛的领域在烧结烟气。钢铁企业的铁矿石烧结烟气量大，温度窗口120 ℃～190 ℃，完全符合活性焦脱硫脱硝的温度范围[8，9]。

目前，首钢、宝钢、沙钢、邯钢等大型钢铁企业的烧结机烟气已确定采用活性焦干法烟气净化技术，活性焦的需求量也显著增加。活性焦产品投装至移动床烟气净化装置中，一次性初装量较大，根据处理烟气量的不同而异，一般初装量为几千吨至上万吨。活性焦的生产主要集中在宁夏、山西及陕西部分地区。由于活性焦市场的长期向好，很多煤炭生产企业及化工企业也在考虑投建活性焦生产厂。

活性焦的检测国标在2013年发布[10]，对于活性焦产品的规范及应用发挥了非常积极的作用。但当时的活性焦应用领域并未如今之广泛，活性焦的使用量及产能均不高。近些年活性焦的生产工艺水平、检测手段、应用需求均有新的发展。以下针对活性焦检测过程中生产及应用方所关注的强度指标(如耐压强度及耐磨强度等)，依据实验室的检测实践，对比国内外活性焦检测要求进行分析，以期为将来活性焦检测试验方法的修订提供借鉴。

1 活性焦的强度指标要求

活性焦颗粒的直径大小分为A型和B型，所谓的A型是国内通用的φ9 mm柱状活性焦、日本所用的φ10 mm的活性焦[11]；B型活性焦即为直径5 mm、6 mm的活性焦。活性焦产品粒径的不同是根据不同的烟气脱硫脱硝反应器所设计。B型活性焦是满足板式塔反应器需求的产品，其活性焦不是密集堆砌式填装，因此对活性焦的耐压强度及耐磨强度的要求较低，尤其是耐压强度，25DaN耐压强度即可满足要求。

活性焦技术要求见表1。

表1 活性焦技术要求

序号项目指标A型优级品一级品合格品B型1水分/%≤5≤52堆积密度/(g·L-1)570～700570～700>11.2 mm ≤5%>6.3 mm ≤10.0%3粒度 (11.2～5.6) mm ≥90.0%(6.3～3.15) mm ≥84.0%(5.6～1.4) mm ≤4.7%(3.15～1.4) mm ≤5.0%<1.4 mm ≤0.3% <1.4 mm ≤1.0%4耐磨强度≥97.0≥94.0≥96.05耐压强度/daN≥40≥37≥30≥256着火点/℃≥420≥4207脱硫值/(mg·g-1)≥20.0≥18.0≥15.0≥20.08脱硝率/%实测不规定

国内脱硫脱硝设备多为移动床装置，不管是WKV对流式移动床装置还是日本住友重机或国内克硫公司的错流式移动床，活性焦均堆砌在装置中，需较高的耐压强度和耐磨强度。国内以A型活性焦的需求为主，依据表1活性焦技术要求，能够区分A型活性焦关键指标主要包括耐压强度、耐磨强度和脱硫值。其中脱硫值的检测方法较为成熟，检测误差也较低。活性焦耐压强度和耐磨强度指标试验方法，随着活性焦烟气净化技术的发展，活性焦应用量的不断增加，其检测数据的争议正确性也越来越频繁。

较高的耐压强度及耐磨强度是活性焦区别于普通活性炭的最关键之处，然而关于活性焦耐压强度的测试，尽管有国家标准在设备、测试方法上的详细规定，但不同试验室或检测机构测得的结果仍有差异。关于耐磨强度国标测试方法和目前国内权威的企业标准有所区别，以下根据其检测设备及具体操作规程进行分析和讨论。

2 耐压强度的实验测定

日本相关企业对活性焦的耐压强度测试要求非常严格，日本住友重机的报告称之为“压坏强度”，即活性焦以发生损坏、断裂且不能正常使用的情况作为判定条件。GB/T 30202.3—2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法 第3部分:耐磨强度、耐压强度》中对试样及设备条件进行详细的规定，但对于判定活性焦耐压强度的标准而提出活性焦压碎瞬间的受力值。实际上不管是瞬间受力值或活性焦的压坏强度，均在强调说明耐压强度不是以活性焦持续压碎或完全压碎条件下所得到的受力值，因此种情况下测得的耐压强度偏高。压碎的瞬间即活性焦已不能正常使用，因而比较符合应用实际[12]。

一些设备制造商生产的耐压设备为自动式测试设备，即将样品放入检测槽内，检测设备压头自动工作、测试并读取耐压强度数据。判定活性焦耐压强度值的工作均由设备自动完成。由于不同设备厂家判定标准的差异，仪器作为预先设定程序的自动设备，即将耐压强度判定权交给了相关仪器的生产企业，而非专业测试人员。

日本住友重机或日本电源开发公司作为活性焦应用最成熟的单位，拥有很多成功的烟气净化工程案例，其在评估活性焦关键耐压指标方面值得参考，即均使用机械式、指针压力计耐压强度仪。在检测过程中利用人工操作机械摇杆逐渐施压，由人工判断活性焦在受压断裂或破碎瞬间而停止机械摇杆读取耐压强度，而非持续施压。国内克硫公司的企业标准明确规定了使用点动式设备测试耐压强度，即由专业的测试人员判断活性焦的耐压强度。显而易见，测试人员利用“压坏强度”判定活性焦的耐压强度值时，其值低于“压碎强度”值。

为了说明利用点动式强度仪测试活性焦耐压强度有着较理想的重复性，实验针对同一个活性焦试样进行盲测，测试试样数量为20粒，活性焦样品耐压强度重复性实验具体数据见表2。其中，耐压强度大于800 N按照800 N计算，低于80 N按照80 N计算。

表2 活性焦样品耐压强度重复性实验

测试序号12345678910测试1耐压试验/N504539365432391269800/865800/805503492测试序号11121314151617181920耐压试验/N444644371134406536503707759722测试序号12345678910测试2耐压试验/N165800/980400100466606800/807373718517测试序号11121314151617181920耐压试验/N248671213800/982710711800/1227675265451

计算测试1和测试2的耐压强度平均值分别为516 N和524 N，由此可见采用点动式耐压强度仪由人工判定活性焦的“压坏强度”所得的耐压强度值有着较理想的重复性。分析2组耐压强度测试数据发现，数据有一定的离散型。测试1的最低耐压强度为134 N，最高耐压强度为865 N；测试2耐压强度低至100 N，最高耐压强度达到1 227 N。计算20粒的平均值得到最终的耐压强度值相近，说明20粒平均值能得到很好的回归。

由表2中耐压强度数据可知，较多活性焦试样的耐压强度均超过500 N。近些年来，随着活性焦研究、生产水平的不断提升，活性焦产品的耐压强度均显著增加。依据国标所规定的5 daN～50 daN已无法满足对耐压强度较高的活性焦进行有效区分。笔者所在的实验室收集全国范围内活性焦生产企业的样品进行测试，有相当部分的活性焦样品耐压强度超过500 N。如果依据国标以50 daN为上线进行计算，将无法对耐压强度高的活性焦样品进行有效区分。参考上海克硫公司的企业标准，如表2的计算方法将活性焦有效耐压强度范围在80 N～800 N较为合理。

3 耐磨强度的实验测定

依据 GB/T 30202.3—2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法 第3部分:耐磨强度、耐压强度》测定活性焦的耐磨强度，所用设备内径200 mm，有效长度70 mm，内壁有对称挡板2块，挡板高30 mm、长70 mm、厚度3 mm～4 mm。在克硫公司的企业标准中测定活性焦耐磨强度，规定所用设备的内径80 mm、有效长度120 mm、壁厚3 mm，内壁有对称的纵筋。更为重要区别是，克硫公司标准在滚筒内放置了直径为(14.3±0.2)mm的轴承滚珠5个，此即参考了水处理活性炭强度的检测标准。

比较国标和克硫公司的企业标准可发现，国标的内径相对较长，活性焦颗粒装入耐磨强度仪中多为摔打，而不是以活性焦的表层和骨架受到破坏为主，并未很好地体现颗粒磨损的应用需求。对国内典型的无烟煤、烟煤为原料生产的5组商用活性焦产品，其耐磨强度分别依据国标和克硫企业标准进行检测，具体结果见表3。

表3 活性焦分别依据国标和克硫企标测定耐磨强度的测试结果

%

由表3可知，不管依据国标或克硫企业标准，针对不同的商用活性焦产品区分度非常明显；尤其由对比同一样品时依据2个不同标准检测所测得的强度值可发现，所有的国标法测试耐磨强度均低于克硫企业标准。活性焦颗粒在直径200 mm转鼓内摔打时更易碎，一般同等情况下所测得的耐磨强度比克硫标准要低。因此克硫企业标准规定，耐磨强度达到98%才属合格品，而国标规定耐磨强度达94%即已合格。

为了更好地体现活性焦的磨损应用需求，建议国标对耐磨强度的设备规范及测定方法进行修订，才能使其更好地服务于工业应用。

4 结 语

针对活性焦的耐压强度及耐磨强度的检测方法，结合应用实验对比分析了国标法与国内外代表性的企业标准之差异，建议将检测耐压强度改为测定“压坏强度”，以期更能满足及拓展活性焦在烟气净化等领域的实际应用。测试耐压强度以专业人员的检测判定较为准确，而不能以设备制造商所设定的程序为准。对比了国标法和权威的企业标准有关耐磨强度的测试方法，认为活性焦装入直径较大的转鼓中主要以摔打作用为主，不利于有效判定活性焦颗粒在工业装置中的实际磨损情况。因此，有必要对活性焦的耐磨强度测试方法国家标准进行修订。