在霧霾天氣勢(shì)虐全國(guó)性區(qū)域之際，為進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，部分地區(qū)提出高于國(guó)家最新大氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求的“50355”工程，即控制“氮氧化物小于50mg/Nm3、二氧化硫小于35mg/Nm3、粉塵小于5mg/Nm3”。然而，除了NOx、SO2和粉塵，煙氣組份中的SO3、細(xì)微顆粒物(PM2.5)、汞等重金屬污染物的危害也不容忽視。因此，單是“50355”工程談不上“超潔凈排放”。本文簡(jiǎn)單介紹SO3、重金屬及PM2.5等危害，重點(diǎn)闡述LJD循環(huán)流化床干法工藝路線的多污染物全面脫除的優(yōu)點(diǎn)，為真正實(shí)現(xiàn)“超潔凈排放”工藝路線的確定提供借鑒。

1. 前言

在燃煤煙氣污染物排放是全國(guó)性霧霾天氣的主因這一主流認(rèn)知導(dǎo)向下，燃煤煙氣治理只有向著更加嚴(yán)格的排放要求發(fā)展。在國(guó)家最新《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)還未全面落實(shí)到位情況下，今年以來，各地區(qū)相繼提出控制燃煤煙氣的“超潔凈排放”目標(biāo)。2014年2月，廣州市推出《燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》(“50355”工程)要求廣州市的燃煤鍋爐企業(yè)在2015年底完成“超潔凈排放”改造，使大氣污染物排放濃度達(dá)到：氮氧化物小于50mg/Nm3、二氧化硫小于35mg/Nm3、粉塵小于5mg/Nm3。

根據(jù)煤質(zhì)及燃燒特性，一般燃煤鍋爐煙氣除了SO2、NOx和粉塵等主要污染成分外，還含有HCl、HF、SO3、汞、鉛等重金屬以及細(xì)微顆粒物等。這些污染物因含量相對(duì)較低，在治理過程中往往被忽視。但隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，及國(guó)際上，大范圍地對(duì)大氣污染的深入研究，許多分析成果顯示，HCl、HF、SO3、汞、鉛等重金屬以及細(xì)微顆粒物在煙氣污染組份中雖然含量少，但危害卻巨大。其中SO3、細(xì)顆粒物PM2.5及重金屬物質(zhì)等對(duì)大氣污染及對(duì)人類健康影響遠(yuǎn)超過SO2、NOx等人們所熟知的污染物。因此，在追求“超潔凈排放”目標(biāo)上，如果不能同時(shí)控制這些少量污染物質(zhì)的排放濃度，則談不上真正的“超潔凈”，對(duì)大氣環(huán)境的改善也僅能停留在片面的層次上，起不到徹底和實(shí)質(zhì)性的效果。

1. 大氣中SO3、重金屬及細(xì)微粒等污染物的危害

1.1. SO3的危害

煙氣中一般有1%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，由于含量低且難以檢測(cè)，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，SO3危害性被忽視。實(shí)際上，SO3毒性比SO2高十多倍，且具有強(qiáng)腐蝕性。SO3在煙氣治理中未被脫除直接進(jìn)入大氣環(huán)境，會(huì)形成硫酸，沉降后會(huì)對(duì)作物、建筑等形成腐蝕，破壞性極大。另外，排放的SO3在大氣中沉降也會(huì)進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，在呼吸道的潮濕環(huán)境里，SO3會(huì)立即轉(zhuǎn)變成硫酸。我們知道，呼吸道的粘液對(duì)呼吸系統(tǒng)和肺部起了一個(gè)保護(hù)屏障的作用，而當(dāng)SO3形成的硫酸進(jìn)入到呼吸系統(tǒng)后，會(huì)使呼吸道內(nèi)粘液的pH值降低。體外試驗(yàn)研究表明，當(dāng)人體呼吸道內(nèi)粘液的pH值降低到低于7.4時(shí)，粘液的粘度增大，而使粘膜纖毛清除率下降。健康人體呼吸道內(nèi)粘液的pH值一般在7.4-8.2之間，而氣喘病人患者粘液pH值則在5.3-7.6之間。因此，SO3污染同時(shí)對(duì)人體健康產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，美國(guó)健康與公共事業(yè)服務(wù)部1998年就估算約60,000名美國(guó)工人受SO3的危害[1]。

此外，SO3在煙氣中會(huì)與其中的水(H2O)結(jié)合形成硫酸(H2SO4)霧，據(jù)分析，SO3在煙氣中是以硫酸氣溶膠的形式存在，直徑一般為0.4-1.2μm，該直徑范圍恰好與光波粒徑接近，而產(chǎn)生散射，因此，SO3氣溶膠在空氣中還會(huì)使大氣能見度下降。

1.2. 汞、鉛等重金屬對(duì)人體的危害

汞、鉛等重金屬及其衍生物，因具有持久性、易遷移性、高度的生物富集性和高生物毒性等特性等，可在大氣和食物鏈中持久存在，且能遠(yuǎn)距離遷移。因此，重金屬污染的危害是持久性、大范圍的。聞名世界的日本“水俁病”就是由于當(dāng)?shù)毓S把含汞的廢水排到水俁灣，人們食用了含有汞的食品，引起了超過7000多人集體患病。而鉛、鎘等重金屬污染事件在國(guó)內(nèi)外也頻見報(bào)端。

我國(guó)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011其中對(duì)汞及其化合物的排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求在0.03mg/m3以下，說明國(guó)家對(duì)重金屬污染的重視程度提高。而現(xiàn)階段美國(guó)的汞排放標(biāo)準(zhǔn)為0.0015μg/m3，是我國(guó)汞現(xiàn)行排放限值的1/20000，說明汞等重金屬污染物減排迫切性強(qiáng)，也間接反映其危害之重。

1.3. 細(xì)微顆粒物的危害

煙氣粉塵是由有不同粒徑范圍的顆粒物組成的，粒徑較大的粉塵容易被收集脫除，而細(xì)微顆粒很難捕獲，特別是粒徑在2.5微米以下的超細(xì)顆粒物(PM2.5)。經(jīng)分析，10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面;粒徑在2.5-10μm之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較小;而粒徑在2.5μm以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋。被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。特別是煙氣中污染物成本復(fù)雜，PM2.5上可能同時(shí)夾帶酸性物質(zhì)或重金屬，跟隨一并進(jìn)入人體后，將比單一的粉塵顆粒引發(fā)更為嚴(yán)重的病癥。

2. LJD循環(huán)流化床干法在實(shí)現(xiàn)“50355”同時(shí)，對(duì)SO3、PM2.5及重金屬等多組份協(xié)同脫除的優(yōu)點(diǎn)

LJD循環(huán)流化床干法工藝，利用高濃度床層物料傳熱傳質(zhì)、高效低壓脈沖噴吹布袋除塵器以及協(xié)同低溫氧化脫硝(COA)技術(shù)配套，完全可實(shí)現(xiàn)NOx、SO2和粉塵的“50355”超潔凈甚至更低排放濃度要求。除此之外，LJD循環(huán)流化床干法含具有脫除HCl、HF、SO3、PM2.5及重金屬等多組分污染物作用，具體如下：

3.1. SO3等酸性氣體高效去除作用

SO3在煙氣中是以硫酸氣溶膠的形式存在，在濕法脫硫低溫環(huán)境下，SO3氣體會(huì)凝結(jié)成非常細(xì)小的薄霧(約1mm)。這些細(xì)小的酸霧不能有效地被噴射的石灰石漿液捕獲。因此，濕法脫硫?qū)O3的去除效率很低，僅在15%-50%之間[2]。而在LJD干法工藝條件下，脫硫運(yùn)行溫度較高，其中部分SO3與HCl、HF、SO2等一起與吸收劑反應(yīng)去除。另形成細(xì)顆粒酸霧的部分，在反應(yīng)塔內(nèi)被高效湍動(dòng)、具有大比表面積(見圖1)的床層物料顆粒吸附，經(jīng)后級(jí)布袋除塵收集脫除。

LJD循環(huán)流化床干法對(duì)SO3高效脫除效率，在眾多工程運(yùn)用業(yè)績(jī)中得到證實(shí)。

圖2 邯峰電廠2號(hào)循環(huán)流化床同步脫SO3及重金屬檢測(cè)報(bào)告

(入口SO3濃度~10mg/Nm3，除效率可實(shí)現(xiàn)90%以上)

圖3 三鋼180m2燒結(jié)機(jī)循環(huán)流化床同步脫SO3檢測(cè)報(bào)告

(入口SO3濃度69.5mg/Nm3，脫除效率96.6%以上，出口濃度2.34mg/Nm3)

在SO3脫除上，龍凈LJD循環(huán)流化床干法有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不需要在脫SO2裝置基礎(chǔ)上增加額外反應(yīng)及收集設(shè)備，與脫SO2共用吸收劑供應(yīng)設(shè)備。相比之下，濕法工藝SO3的脫除，只能通過增設(shè)濕式電除塵器，其要高出幾千萬的設(shè)備投資。

3.1. LJD工藝特有協(xié)同汞等重金屬作用

燃煤煙氣汞的主要附存方式包括三種形態(tài)：氣態(tài)汞元素單質(zhì)(Hg0(g))，氣態(tài)離子汞(Hg2+)和固態(tài)顆粒附著汞(Hg0(p))。其中氣態(tài)離子汞(Hg2+)易溶于水，濕法脫硫裝置可脫除;固態(tài)顆粒附著汞(Hg0(p))，可以通過除塵器脫除;而單質(zhì)汞(Hg0)由于不溶于水，且揮發(fā)性極強(qiáng)，是汞附存方式中相對(duì)難以脫除的部分。因此，確定煙氣治理技術(shù)脫汞的成敗就在在于這部分單質(zhì)汞(Hg0)的脫除。

龍凈創(chuàng)新研發(fā)的LJD循環(huán)流化床干法脫硫及多組分污染物協(xié)同凈化工藝，利用循環(huán)流化床中高密度、大比表面積、激烈湍動(dòng)的鈣基吸收劑物料顆粒來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣態(tài)離子汞(Hg2+)及單質(zhì)汞(Hg0)的高效吸附形成顆粒汞，再借助脫硫系統(tǒng)配套的除塵裝置對(duì)附著在Ca(OH)2和飛灰細(xì)顆粒表面上所形成的顆粒汞(Hg0(p))及Hg2+化合物，進(jìn)行捕集、脫除。為了確認(rèn)循環(huán)流化床干法具體脫汞、鉛等重金屬效果，清華大學(xué)、國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心等國(guó)家權(quán)威測(cè)試單位先后對(duì)龍凈的邯峰電廠、中石化(見圖2~3)及三鋼、寶鋼(圖3~4)等LJD循環(huán)流化床干法裝置進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果均證實(shí)：在不添加任何吸收劑的前提下，龍凈LJD同步脫除率達(dá)到60～80%以上。

圖3 寶鋼股份公司一燒結(jié)495m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫項(xiàng)目國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心監(jiān)測(cè)報(bào)告單

(脫鉛效率：99.1%，脫汞效率：74%)

圖5 LJD干法吸收塔前后的顆粒形貌電鏡分析對(duì)比

1. 結(jié)論

基于全國(guó)性霧霾天氣勢(shì)虐及大氣環(huán)境亟待改善的形勢(shì)，燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)“超潔凈排放”是必然的趨勢(shì)。繼廣州市“50355”工程的提出，今年第二季度，作為煤炭大省的山西也提出燃煤機(jī)組煙氣污染控制滿足燃?xì)鈾C(jī)組排放的目標(biāo)，在“50355”控制基礎(chǔ)上增加了SO3小于5mg/Nm3、汞排放小于3μg/Nm3的要求，即“50355+53”。龍凈已為山西電力企業(yè)晉能集團(tuán)多個(gè)燃煤發(fā)電機(jī)組工程配套“50355+53”超潔凈排放裝置升級(jí)。實(shí)際上，龍凈的“干式凈化”工藝技術(shù)，除SO3、汞外，還對(duì)HF酸性氣體、重金屬鉛、鎘、鉻以及細(xì)微顆粒物均有脫除作用，遠(yuǎn)不止“50355+53”。

此外，龍凈LJD循環(huán)流化床干法脫硫及多污染物協(xié)同凈化工藝，整個(gè)裝置均為干態(tài)環(huán)境，過程不產(chǎn)生廢水(傳統(tǒng)的濕法難以實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”)。實(shí)際上，在煙氣治理路線選擇上，沒有廢水的“超潔凈”煙氣排放，才是真正的“超潔凈”。