煙氣干式凈化工藝協(xié)同脫除重金屬案例分析

文_陳巧女 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

1 背景

煤炭作為提供電力的主要能源，大約占據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)的70%，燃煤過程中會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬元素，并隨煙氣排入大氣。近年來，我國燃煤煙氣重金屬排放控制逐漸得到重視，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）已增加了汞及其化合物的排放限值，頒布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》也提出將重點(diǎn)防治大氣中PM2．5和重金屬污染。隨著環(huán)保要求的不斷提高，重金屬排放控制要求也極可能進(jìn)一步細(xì)化和升級。

從國際上來看，自20 世紀(jì)70 年代，國際社會(huì)已經(jīng)開始重視重金屬的污染問題，并逐步制定了一系列的防治措施。其中，以美國的污染防治體系最為完善，排放標(biāo)準(zhǔn)針對各行業(yè)或各類污染源的具體特點(diǎn)而制定的。每一項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)不僅有標(biāo)準(zhǔn)值，還規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的適用對象、適用條件、污染源監(jiān)測與報(bào)告要求等，保證了標(biāo)準(zhǔn)的針對性、科學(xué)性和可行性。針對危險(xiǎn)空氣污染物的排放，1990 年美國聯(lián)邦政府通過的清潔空氣法案修正案新增有毒空氣污染物（包括重金屬）的管理，2011 年美國環(huán)保署（EPA）頒布的法規(guī)對火電廠中多種重金屬排放提出了極為詳盡和嚴(yán)格的排放要求。

煙氣治理主要由環(huán)保政策所驅(qū)動(dòng)，環(huán)保法規(guī)的變化直接影響煙氣治理技術(shù)的選擇。由于美國對PM2．5、煙氣中重金屬、廢水中重金屬的排放出臺了極為嚴(yán)格要求，以濕法煙氣凈化技術(shù)弊端逐漸顯現(xiàn)，工藝選擇逐漸轉(zhuǎn)向具備多污染物協(xié)同脫除能力且無廢水排放的干法工藝，該技術(shù)的科學(xué)性及經(jīng)濟(jì)性也得到了更多認(rèn)同。

2 重金屬協(xié)同脫除工藝

循環(huán)流化床干法脫硫工藝是國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣的一種干法煙氣凈化工藝。該技術(shù)兼具高效脫硫、脫酸（SO3、HCl、HF 等）、除塵（含PM2．5）以及除重金屬的功能。福建龍凈公司在原干法脫硫工藝基礎(chǔ)上創(chuàng)新升級的“DSC-M 煙氣干式多污染物協(xié)同凈化工藝”在不額外添加吸附劑的條件下，僅利用系統(tǒng)內(nèi)的鈣劑吸收劑顆粒即可實(shí)現(xiàn)多種重金屬的協(xié)同脫除；此外，額外添加吸附劑還可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的脫除效率，具有凈化效率高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好、燃料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

該技術(shù)以煙氣循環(huán)流化床反應(yīng)器為核心，依托于反應(yīng)器內(nèi)濃度高達(dá)20kg/m3以上激烈湍動(dòng)的高密度顆粒床層，可實(shí)現(xiàn)高效的吸收和吸附雙重凈化作用，在脫硫脫酸的同時(shí)，高效吸附脫除汞、鉛、砷、鎘等重金屬污染物。煙氣中重金屬元素多富集于亞微米級顆粒物，且隨著顆粒物粒徑的減小，濃度逐漸增大，為提升系統(tǒng)對細(xì)微顆粒物的脫除效率，創(chuàng)新開發(fā)了“流化床造粒+超濾布袋技術(shù)”。流化床內(nèi)細(xì)顆粒物在超細(xì)霧化噴槍的噴水濕潤下，經(jīng)過吸附累積、混合凝并、碰撞結(jié)合，大量一般布袋除塵器難以捕集的亞微米細(xì)顆粒逐漸凝并成大顆粒，極大提高了布袋除塵器對附著在亞微米級細(xì)顆粒物上重金屬的脫除效率。同時(shí)，配合超濾布袋濾餅層的吸附作用，進(jìn)一步提升系統(tǒng)對煙氣中的氣態(tài)重金屬的脫除效率。實(shí)踐證明，隨著脫硫效率的提高和粉塵排放濃度的降低，重金屬的脫除效果也得到提升。

以下為“DSC-M 煙氣干式多污染物協(xié)同凈化工藝”在燃煤鍋爐、鋼鐵燒結(jié)兩大典型領(lǐng)域的應(yīng)用效果，在不額外添加吸附劑的條件下，僅利用系統(tǒng)內(nèi)的鈣劑吸收劑顆粒即可實(shí)現(xiàn)多種重金屬的高效協(xié)同脫除。

2.1 廣州石化2×420t/h CFB鍋爐

2014 年，廣州石化選擇福建龍凈公司的“DSC-M 煙氣干式多污染物協(xié)同凈化工藝”對其摻燒高硫、高重金屬含量石油焦的2×420t/h CFB 鍋爐實(shí)施升級改造，不僅成功實(shí)現(xiàn)了煙氣NOX小于50mg/Nm3、SO2小于35mg/Nm3、煙塵小于5mg/Nm3的超低排放，而且同步實(shí)現(xiàn)了硫酸霧及多種重金屬的高效脫除。國家環(huán)境分析中心的檢測結(jié)果顯示：汞的排放濃度為0．66μg/m3，鉻、銅、鋅、砷、鎘、鉛的脫除效率均達(dá)到95%以上，詳見圖1。

圖1 廣州石化CFB 鍋爐煙氣監(jiān)測報(bào)告

2.2 寶鋼集團(tuán)梅鋼4# 450m2燒結(jié)項(xiàng)目

寶鋼集團(tuán)梅鋼于2009 年對其4#450m2燒結(jié)項(xiàng)目配套了福建龍凈公司的干法脫硫除塵裝置，至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行十年有余。國家環(huán)境分析測試中心的測試結(jié)果顯示：汞的排放濃度僅為0．12μg/Nm3，銅、鉻、鎘的脫除效率也均在99%以上，詳見表1。

表1 寶鋼集團(tuán)梅鋼4# 450m2燒結(jié)項(xiàng)目煙氣監(jiān)測報(bào)告

DSC-M 煙氣干式多污染物協(xié)同凈化工藝脫除的重金屬進(jìn)入到凈化副產(chǎn)物后，在堆放或綜合利用過程中是否會(huì)造成二次污染是決定該技術(shù)是否可行的關(guān)鍵因素。由于凈化后的副產(chǎn)物為堿性物質(zhì)，在形成的低溫和高堿性環(huán)境中，幾乎所有的重金屬以低溶解度的氫氧化物形式存在，從而阻止重金屬浸出。同時(shí)，凈化后副產(chǎn)物中氫氧化鈣等鈣質(zhì)化合物與硅、鋁等物質(zhì)緩慢發(fā)生火山灰反應(yīng)產(chǎn)生硅酸鈣、鋁酸鈣等水化物，對重金屬有很好的固化作用。

另外，副產(chǎn)物中大量鈣基對Hg、Se 和As 也增強(qiáng)了穩(wěn)定固化效果。從1#灰樣（火電廠）和2#灰樣（鋼鐵燒結(jié)機(jī)）這兩種典型副產(chǎn)物樣品重金屬的浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知(表2)，兩種灰樣中重金屬離子浸出濃度均遠(yuǎn)低于國家危險(xiǎn)廢物標(biāo)準(zhǔn)中的濃度上限，有效避免了二次污染的問題。

表2 副產(chǎn)物重金屬離子浸出濃度（單位：mg/kg）

3 結(jié)論

燃煤煙氣污染一直以來都是影響我國空氣質(zhì)量的最重要因素之一，且在能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)變的將來，其仍然是大氣污染的主要來源。DSC-M 煙氣干式多污染物協(xié)同凈化工藝對多種污染物都具備高效的協(xié)同脫除能力，具有凈化效率高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好、燃料適應(yīng)性等特點(diǎn)；產(chǎn)生的副產(chǎn)物無二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，且無廢水排放，可滿足我國未來越來越嚴(yán)格的排放要求。