煙氣干式凈化工藝協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，大約占據我國能源結構的70%，燃煤過程中會產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準》（GB13223-2011）已增加了汞及其化合物的排放限值，頒布的《大氣污染防治行動計劃》也提出將重點防治大氣中PM2．5和重金屬污染。隨著環保要求的不斷提高，重金屬排放控制要求也極可能進一步細化和升級。

從國際上來看，自20 世紀70 年代，國際社會已經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，排放標準針對各行業或各類污染源的具體特點而制定的。每一項排放標準不僅有標準值，還規定了標準的適用對象、適用條件、污染源監測與報告要求等，保證了標準的針對性、科學性和可行性。針對危險空氣污染物的排放，1990 年美國聯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 年美國環保署（EPA）頒布的法規對火電廠中多種重金屬排放提出了極為詳盡和嚴格的排放要求。

煙氣治理主要由環保政策所驅動，環保法規的變化直接影響煙氣治理技術的選擇。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格要求，以濕法煙氣凈化技術弊端逐漸顯現，工藝選擇逐漸轉向具備多污染物協同脫除能力且無廢水排放的干法工藝，該技術的科學性及經濟性也得到了更多認同。

2 重金屬協同脫除工藝

循環流化床干法脫硫工藝是國內外研究最多、應用最廣的一種干法煙氣凈化工藝。該技術兼具高效脫硫、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上創新升級的“DSC-M 煙氣干式多污染物協同凈化工藝”在不額外添加吸附劑的條件下，僅利用系統內的鈣劑吸收劑顆粒即可實現多種重金屬的協同脫除；此外，額外添加吸附劑還可進一步提高系統的脫除效率，具有凈化效率高、技術經濟性好、燃料適應性強等特點。

該技術以煙氣循環流化床反應器為核心，依托于反應器內濃度高達20kg/m3以上激烈湍動的高密度顆粒床層，可實現高效的吸收和吸附雙重凈化作用，在脫硫脫酸的同時，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，為提升系統對細微顆粒物的脫除效率，創新開發了“流化床造粒+超濾布袋技術”。流化床內細顆粒物在超細霧化噴槍的噴水濕潤下，經過吸附累積、混合凝并、碰撞結合，大量一般布袋除塵器難以捕集的亞微米細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顆粒物上重金屬的脫除效率。同時，配合超濾布袋濾餅層的吸附作用，進一步提升系統對煙氣中的氣態重金屬的脫除效率。實踐證明，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同凈化工藝”在燃煤鍋爐、鋼鐵燒結兩大典型領域的應用效果，在不額外添加吸附劑的條件下，僅利用系統內的鈣劑吸收劑顆粒即可實現多種重金屬的高效協同脫除。

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 鍋爐實施升級改造，不僅成功實現了煙氣NOX小于50mg/Nm3、SO2小于35mg/Nm3、煙塵小于5mg/Nm3的超低排放，而且同步實現了硫酸霧及多種重金屬的高效脫除。國家環境分析中心的檢測結果顯示：汞的排放濃度為0．66μg/m3，鉻、銅、鋅、砷、鎘、鉛的脫除效率均達到95%以上，詳見圖1。

圖1 廣州石化CFB 鍋爐煙氣監測報告

2.2 寶鋼集團梅鋼4# 450m2燒結項目

寶鋼集團梅鋼于2009 年對其4#450m2燒結項目配套了福建龍凈公司的干法脫硫除塵裝置，至今已連續穩定運行十年有余。國家環境分析測試中心的測試結果顯示：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 寶鋼集團梅鋼4# 450m2燒結項目煙氣監測報告

DSC-M 煙氣干式多污染物協同凈化工藝脫除的重金屬進入到凈化副產物后，在堆放或綜合利用過程中是否會造成二次污染是決定該技術是否可行的關鍵因素。由于凈化后的副產物為堿性物質，在形成的低溫和高堿性環境中，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，凈化后副產物中氫氧化鈣等鈣質化合物與硅、鋁等物質緩慢發生火山灰反應產生硅酸鈣、鋁酸鈣等水化物，對重金屬有很好的固化作用。

另外，副產物中大量鈣基對Hg、Se 和As 也增強了穩定固化效果。從1#灰樣（火電廠）和2#灰樣（鋼鐵燒結機）這兩種典型副產物樣品重金屬的浸出實驗結果可知(表2)，兩種灰樣中重金屬離子浸出濃度均遠低于國家危險廢物標準中的濃度上限，有效避免了二次污染的問題。

表2 副產物重金屬離子浸出濃度（單位：mg/kg）

3 結論

燃煤煙氣污染一直以來都是影響我國空氣質量的最重要因素之一，且在能源結構短期內無法轉變的將來，其仍然是大氣污染的主要來源。DSC-M 煙氣干式多污染物協同凈化工藝對多種污染物都具備高效的協同脫除能力，具有凈化效率高、技術經濟性好、燃料適應性等特點；產生的副產物無二次污染的風險，且無廢水排放，可滿足我國未來越來越嚴格的排放要求。