鉛鋅冶煉行業(yè)煙化爐尾氣是重要的大氣污染源之一，其煙氣通常具有如下特點：1）顆粒物濃度高、粒徑小。水淬高溫爐渣溫度高達(dá)1150℃，熔煉后的料渣在卸料口經(jīng)噴水降溫后形成大量水蒸氣并夾帶多種組分的顆粒物，最高濃度可達(dá)3000 mg/m³；顆粒物中位粒徑僅為8.798 μm。2）煙氣及顆粒物成分復(fù)雜。煙氣中含有CO、H2S、SO2、SO3等有害成分，顆粒物成分以氧化鋅、硫化鋅、氧化鉛為主，并含有一定量的硫化亞鐵以及硫化銅；同時煙氣中攜帶大量可溶性鹽，在煙氣降溫后結(jié)晶析出，進一步導(dǎo)致煙氣顆粒物濃度升高。3）煙氣濕度大。高溫爐渣與水接觸后使水迅速汽化，形成的水汽與煙氣難以分離，致使煙氣濕度增大。目前國內(nèi)外圍繞鉛鋅冶煉行業(yè)煙化爐尾氣超低排放尚未形成經(jīng)濟可靠、成熟適用的技術(shù)工藝。
蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院通用環(huán)境工程團隊（GEE）聯(lián)合甘肅科技投資集團蘭州新區(qū)科技創(chuàng)新城發(fā)展有限公司以“云式”除塵技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值孿生，開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)形成適用于鉛鋅冶煉行業(yè)煙化爐尾氣超低排放“多級云霧發(fā)生器強化異質(zhì)凝并云式除塵技術(shù)”（圖1）。該工藝中“一級云霧發(fā)生器”可實現(xiàn)煙氣迅速降溫，提高水汽濕度，促使大部分顆粒核化長大；“二級云霧發(fā)生器”進一步補充水汽，提高飽和蒸汽壓，保證小顆粒核化所需的臨界水汽飽和度，最終協(xié)同超重力場高效收集超細(xì)顆粒物。該技術(shù)控制界面見圖2。
圖1 “多級云霧發(fā)生器強化異質(zhì)凝并云式除塵技術(shù)”原理圖
圖2 “多級云霧發(fā)生器強化異質(zhì)凝并云式除塵技術(shù)”控制界面
經(jīng)過不斷調(diào)試與優(yōu)化，“多級云霧發(fā)生器強化異質(zhì)凝并云式除塵技術(shù)”處理鉛鋅冶煉行業(yè)煙化爐尾氣通過第三方檢測，處理效率高達(dá)99%以上，出口濃度能夠達(dá)到最新超低排放標(biāo)準(zhǔn)10mg/m3以下。2023年12月8日，由白銀有色集團第三治煉廠裝備能源部牽頭，組織熔煉車間、施工單位共同開展了對煙化爐尾氣超低排放治理項目驗收，通過對施工質(zhì)量、自動化程度、使用效果、基礎(chǔ)資料等全面核驗后，一致認(rèn)為“云式”除塵設(shè)備達(dá)到了技術(shù)要求，通過現(xiàn)場驗收并簽字確認(rèn)。
圖3 現(xiàn)場裝置照片
近年來，蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院王博教授牽頭的“通用環(huán)境工程團隊”圍繞“工業(yè)煙氣細(xì)顆粒物治理”開展了系列深入研究，依托國家重點研發(fā)計劃課題等科技項目，以及中石化、中石油等企事業(yè)單位委托的研發(fā)任務(wù)，以“云式”除塵技術(shù)為核心開展了一系列前沿科學(xué)研究和工程技術(shù)研發(fā)。目前，“云式”除塵技術(shù)已成功應(yīng)用于中國石化催化劑有限公司長嶺分公司、中國石化催化劑有限公司南京分公司、正大能源材料（大連）有限公司、白銀有色集團股份有限公司、甘肅稀土新材料股份有限公司、建滔（河北）焦化有限公司等多個重點企業(yè)的超細(xì)粉塵治理，能夠替代如動力波、文丘里、濕式電除塵等技術(shù)，具有更低的建設(shè)和維護成本。近幾年來，“云式”除塵技術(shù)累計銷售額近5000萬元，新增利稅400余萬元，日處理含塵尾氣超800萬方，實現(xiàn)間接經(jīng)濟和社會效益逾億元，帶來了良好的環(huán)境和社會效益。
圖4 “云式”除塵技術(shù)應(yīng)用實例
該超低排放技術(shù)的成功研發(fā)與實施，是資源環(huán)境學(xué)院加快推進雙一流建設(shè)，落實學(xué)校“拓工”的學(xué)科發(fā)展思路、打造工程領(lǐng)域高水平人才團隊、培養(yǎng)工程技術(shù)類拔尖創(chuàng)新人才、探索工科建設(shè)新模式的具體舉措。同時也為國家持續(xù)深入打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)貢獻蘭州大學(xué)力量。
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