烟气干式净化工艺协同脱除重金属案例分析

文_陈巧女 福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

1 背景

煤炭作为提供电力的主要能源，大约占据我国能源结构的70%，燃煤过程中会产生大量的重金属元素，并随烟气排入大气。近年来，我国燃煤烟气重金属排放控制逐渐得到重视，《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已增加了汞及其化合物的排放限值，颁布的《大气污染防治行动计划》也提出将重点防治大气中PM2．5和重金属污染。随着环保要求的不断提高，重金属排放控制要求也极可能进一步细化和升级。

从国际上来看，自20 世纪70 年代，国际社会已经开始重视重金属的污染问题，并逐步制定了一系列的防治措施。其中，以美国的污染防治体系最为完善，排放标准针对各行业或各类污染源的具体特点而制定的。每一项排放标准不仅有标准值，还规定了标准的适用对象、适用条件、污染源监测与报告要求等，保证了标准的针对性、科学性和可行性。针对危险空气污染物的排放，1990 年美国联邦政府通过的清洁空气法案修正案新增有毒空气污染物（包括重金属）的管理，2011 年美国环保署（EPA）颁布的法规对火电厂中多种重金属排放提出了极为详尽和严格的排放要求。

烟气治理主要由环保政策所驱动，环保法规的变化直接影响烟气治理技术的选择。由于美国对PM2．5、烟气中重金属、废水中重金属的排放出台了极为严格要求，以湿法烟气净化技术弊端逐渐显现，工艺选择逐渐转向具备多污染物协同脱除能力且无废水排放的干法工艺，该技术的科学性及经济性也得到了更多认同。

2 重金属协同脱除工艺

循环流化床干法脱硫工艺是国内外研究最多、应用最广的一种干法烟气净化工艺。该技术兼具高效脱硫、脱酸（SO3、HCl、HF 等）、除尘（含PM2．5）以及除重金属的功能。福建龙净公司在原干法脱硫工艺基础上创新升级的“DSC-M 烟气干式多污染物协同净化工艺”在不额外添加吸附剂的条件下，仅利用系统内的钙剂吸收剂颗粒即可实现多种重金属的协同脱除；此外，额外添加吸附剂还可进一步提高系统的脱除效率，具有净化效率高、技术经济性好、燃料适应性强等特点。

该技术以烟气循环流化床反应器为核心，依托于反应器内浓度高达20kg/m3以上激烈湍动的高密度颗粒床层，可实现高效的吸收和吸附双重净化作用，在脱硫脱酸的同时，高效吸附脱除汞、铅、砷、镉等重金属污染物。烟气中重金属元素多富集于亚微米级颗粒物，且随着颗粒物粒径的减小，浓度逐渐增大，为提升系统对细微颗粒物的脱除效率，创新开发了“流化床造粒+超滤布袋技术”。流化床内细颗粒物在超细雾化喷枪的喷水湿润下，经过吸附累积、混合凝并、碰撞结合，大量一般布袋除尘器难以捕集的亚微米细颗粒逐渐凝并成大颗粒，极大提高了布袋除尘器对附着在亚微米级细颗粒物上重金属的脱除效率。同时，配合超滤布袋滤饼层的吸附作用，进一步提升系统对烟气中的气态重金属的脱除效率。实践证明，随着脱硫效率的提高和粉尘排放浓度的降低，重金属的脱除效果也得到提升。

以下为“DSC-M 烟气干式多污染物协同净化工艺”在燃煤锅炉、钢铁烧结两大典型领域的应用效果，在不额外添加吸附剂的条件下，仅利用系统内的钙剂吸收剂颗粒即可实现多种重金属的高效协同脱除。

2.1 广州石化2×420t/h CFB锅炉

2014 年，广州石化选择福建龙净公司的“DSC-M 烟气干式多污染物协同净化工艺”对其掺烧高硫、高重金属含量石油焦的2×420t/h CFB 锅炉实施升级改造，不仅成功实现了烟气NOX小于50mg/Nm3、SO2小于35mg/Nm3、烟尘小于5mg/Nm3的超低排放，而且同步实现了硫酸雾及多种重金属的高效脱除。国家环境分析中心的检测结果显示：汞的排放浓度为0．66μg/m3，铬、铜、锌、砷、镉、铅的脱除效率均达到95%以上，详见图1。

图1 广州石化CFB 锅炉烟气监测报告

2.2 宝钢集团梅钢4# 450m2烧结项目

宝钢集团梅钢于2009 年对其4#450m2烧结项目配套了福建龙净公司的干法脱硫除尘装置，至今已连续稳定运行十年有余。国家环境分析测试中心的测试结果显示：汞的排放浓度仅为0．12μg/Nm3，铜、铬、镉的脱除效率也均在99%以上，详见表1。

表1 宝钢集团梅钢4# 450m2烧结项目烟气监测报告

DSC-M 烟气干式多污染物协同净化工艺脱除的重金属进入到净化副产物后，在堆放或综合利用过程中是否会造成二次污染是决定该技术是否可行的关键因素。由于净化后的副产物为碱性物质，在形成的低温和高碱性环境中，几乎所有的重金属以低溶解度的氢氧化物形式存在，从而阻止重金属浸出。同时，净化后副产物中氢氧化钙等钙质化合物与硅、铝等物质缓慢发生火山灰反应产生硅酸钙、铝酸钙等水化物，对重金属有很好的固化作用。

另外，副产物中大量钙基对Hg、Se 和As 也增强了稳定固化效果。从1#灰样（火电厂）和2#灰样（钢铁烧结机）这两种典型副产物样品重金属的浸出实验结果可知(表2)，两种灰样中重金属离子浸出浓度均远低于国家危险废物标准中的浓度上限，有效避免了二次污染的问题。

表2 副产物重金属离子浸出浓度（单位：mg/kg）

3 结论

燃煤烟气污染一直以来都是影响我国空气质量的最重要因素之一，且在能源结构短期内无法转变的将来，其仍然是大气污染的主要来源。DSC-M 烟气干式多污染物协同净化工艺对多种污染物都具备高效的协同脱除能力，具有净化效率高、技术经济性好、燃料适应性等特点；产生的副产物无二次污染的风险，且无废水排放，可满足我国未来越来越严格的排放要求。