電鉛煙氣環(huán)保特排限值治理研究

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摘要：《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25466-2010）執(zhí)行特排限值后，對電鉛產(chǎn)生煙氣采用了塑燒板除塵技術(shù)，處理后鉛及其化合物均穩(wěn)定并優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)特別排放限值。探析了工程化應(yīng)用問題和應(yīng)對措施，針對煙氣糊板難題，擬采用煙氣調(diào)質(zhì)，在塑燒板除塵器前段設(shè)計(jì)、配置高效反應(yīng)器等優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電鉛煙氣；特排限值；塑燒板除塵；系統(tǒng)優(yōu)化

目前，國內(nèi)各大鉛企粗鉛生產(chǎn)工藝技術(shù)與裝備已升級完善，但是大小規(guī)模不同的鉛火法精煉生產(chǎn)線，其現(xiàn)場作業(yè)條件和環(huán)保狀況仍不理想。2013年12月環(huán)保部了《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25466—2010）修改單，增設(shè)大氣污染物特別排放限值，設(shè)“熔煉”過程“鉛及其化合物”達(dá)標(biāo)值為2mg/Nm3、顆粒物為10mg/Nm3。各涉鉛企業(yè)煙氣污染防治設(shè)施相繼升級改造，但實(shí)施難度較大。因?yàn)槿狈Τ墒斓募夹g(shù)可借鑒，標(biāo)準(zhǔn)文件也沒有推薦相應(yīng)的煙氣處理工藝。為滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，如何選用最佳可行技術(shù)，是大部分企業(yè)面臨的新難點(diǎn)。

1電鉛煙氣治理概況

在電鉛作業(yè)流程的粗鉛火法除雜質(zhì)過程中，熔融鉛加熱到（400～500）℃時即產(chǎn)生大量鉛煙，在空氣中氧化為小粒徑氧化鉛微粒。當(dāng)鉛加熱到（500～600）℃時，粒徑（0.1～0.6）μm的顆粒占總數(shù)的90%以上[1]。電鉛鍋揮發(fā)的鉛、砷等重金屬在空氣氧化下，主要形成氧化態(tài)微粒，因此控制煙氣重金屬污染的關(guān)鍵是減排煙氣中顆粒物。電鉛煙氣成份復(fù)雜，其煙氣富含粘性，是鉛煙微細(xì)塵、熔鉛鍋浮渣揚(yáng)塵、氟硅酸霧、含砷化合物、水蒸氣等微米級氣溶膠類混合物。實(shí)際手工監(jiān)測過程中，因煙塵粒徑90%<1μm，監(jiān)測濾筒內(nèi)目視無明顯粗顆粒塵。鉛煙氣的特殊性，導(dǎo)致目前部分鉛冶煉企業(yè)的電鉛生產(chǎn)煙氣治理效果都不理想。部分企業(yè)存在問題如下：1）常規(guī)濕法除塵工藝效率低下，難以應(yīng)對新標(biāo)變化；2）鉛冶煉業(yè)90％以上都采用袋式收塵。有的升級應(yīng)用了新型褶式濾筒，但是濾材孔徑、應(yīng)用效果仍不滿足新標(biāo)要求。干法除塵還普遍存在嚴(yán)重的“糊袋”問題。濾材迎塵面黏附大量粉塵，脈沖噴吹無法清除，濾材堵塞、或者濾筒吹破，系統(tǒng)整體低效或者失效。電鉛煙氣應(yīng)用電除塵和新型電袋除塵的未見應(yīng)用實(shí)例和相關(guān)資訊；3）部分企業(yè)環(huán)保公示資料數(shù)據(jù)存疑。通常鉛火法精煉的煙塵灰實(shí)際含鉛質(zhì)量百分比約30%～55％。部分環(huán)保公示信息的“顆粒物”與“鉛及其化合物”監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性明顯不符合實(shí)情；5）CEMS重金屬監(jiān)測暫不成熟，其安裝、運(yùn)行、監(jiān)管皆不具備可實(shí)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前電鉛煙氣排口，人工監(jiān)測的頻率、精度不能如實(shí)、完整反映實(shí)際工況排放值。在排口加裝超低濃度顆粒物CEMS卻是可行的[2-3]；6）電鉛煙氣成分復(fù)雜、異味明顯。排放標(biāo)準(zhǔn)只做了有限污染因子的達(dá)標(biāo)約束，重金屬“一類污染物砷”等未列入特排限值。因此，有必要在升級現(xiàn)有煙氣凈化工藝工程中，實(shí)現(xiàn)煙氣污染物協(xié)同去除。截至2019年，僅江蘇省DB32/3559-2019《鉛蓄電池工業(yè)大氣污染物排放限值》等少數(shù)地方級環(huán)保文件，對涉鉛企業(yè)有組織廢氣給予了原則性指導(dǎo)：“必須收集，采用符合GB/T14295（空氣過濾器）要求的二級除塵設(shè)施或者三級除塵設(shè)施，處理達(dá)標(biāo)后方可排放”[4-5]。2020年8月1日實(shí)施的GB51415-2020《有色金屬冶煉廢氣治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對“處理熔鉛鍋、電鉛鍋含鉛煙氣”指導(dǎo)意見更為簡略：“宜采用新型高效除塵設(shè)施，對于鉛及其化合物執(zhí)行特別排放限值要求的地區(qū)，宜采用兩級或兩級以上的除塵工藝”[6]。因此，積極探尋最佳適用技術(shù)很有必要。

2塑燒板除塵技術(shù)適用性分析

上個世紀(jì)末，歐盟鉛廠的排放水平已可達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)歐盟有色金屬工業(yè)最佳可得技術(shù)參考文件（BREF文件），將極度光滑精細(xì)的聚四氟乙烯制膜覆蓋在襯底材料之上，可獲得極低的排放濃度（＜1mg/Nm3）。成功的陶瓷除塵器應(yīng)用實(shí)例中，可達(dá)到極高的除塵效率，包括PM10都可以被收集，粉塵排放濃度可達(dá)到0.1mg/Nm3以下[7]。為解決電鉛煙氣治理難題，可對電鉛煙氣實(shí)施塑燒板除塵技術(shù)。塑燒板除塵技術(shù)最早、最廣泛地在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)得到應(yīng)用。主要由進(jìn)口德系（“Herding”為代表）、日系（“上海圣德”為代表）濾板分占市場份額。近年來，大量國內(nèi)塑燒板產(chǎn)品，已分布于鋼鐵、煙草、化工、食品加工等行業(yè)。塑燒板除塵機(jī)理和袋式除塵器類同，屬于過濾式除塵，但是不等同于簡單地更換濾材。在失敗或缺陷的案例中，對煙氣特性不了解，或?qū)λ軣宄龎m參數(shù)設(shè)計(jì)不合理是主因。塑燒板是除塵器的核心關(guān)鍵部件。其材質(zhì)由多種高分子粉體、助劑等配組、鑄型、燒結(jié)，形成剛性多孔濾板，基板內(nèi)部孔徑約（40～80）μm，表面PTFE覆膜。覆膜多微孔，平均孔徑（0.3～0.5）μm，具有表面精密過濾特點(diǎn)。超效除塵，有效去除0.1μm以上的粉塵，排放濃度＜5mg/Nm3，使濾板對0.1μm以上的微細(xì)塵粒具有很高的去除效率[8]，適于電鉛煙氣的微細(xì)塵處理。塑燒板除塵篩濾起主導(dǎo)作用，綜合攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散等效應(yīng)。工程實(shí)例煙氣參數(shù)：熔鉛鍋溫度（370～400）℃。出口煙溫：＜100℃。煙氣總塵量峰值約（2000-9000）mg/Nm3。煙塵粒徑：80%～90%<0.1μm。

3除塵效果

塑燒板除塵器處理后，排氣筒近期連續(xù)18個月（2019.6～2020.12）監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，污染物排放濃度均值均優(yōu)于《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25466-2010）大氣污染物特別排放限值。

4存在問題及原因分析

4.1除塵器高壓差

據(jù)圖1，除塵系統(tǒng)啟動后，壓差逐漸上升、穩(wěn)定，通過了168h運(yùn)行檢驗(yàn)。后期運(yùn)行維持（2200～2400）Pa。現(xiàn)場檢查除塵器箱體，發(fā)現(xiàn)板間易出現(xiàn)粉塵“架橋”，調(diào)節(jié)噴吹風(fēng)壓、頻率后，板面積塵無改善。人工拆板除塵后，僅維持?jǐn)?shù)日即恢復(fù)高壓差。除塵器高阻力，也逐漸降低了除塵系統(tǒng)風(fēng)量，減弱通風(fēng)系統(tǒng)抽力。

4.2問題探析

1）通過對現(xiàn)場塑燒板樣本的切割研究，斷面可看到迎塵面一側(cè)有污染物滲入痕跡。類似于某鋼鐵軋制應(yīng)用案例[9]。本案污堵為電鉛煙氣塵霧混合的氣溶膠類污染物滲透覆膜后，在基板孔隙內(nèi)產(chǎn)生相變，逐漸形成微粒堵塞了濾孔，削弱和抑制了系統(tǒng)反噴吹，導(dǎo)致除塵器阻力逐步上升，實(shí)際平均超過2000Pa，極端情況大于2800Pa，高于曾經(jīng)實(shí)施過的其它塑燒板，工程化項(xiàng)目應(yīng)用條件為：初始空載800Pa，工況（1300～1500）Pa；2）濾板維護(hù)方式錯誤。作業(yè)人員以鋼絲刷清垢方式加劇了覆膜損傷，覆膜特有的“表面過濾層”被破壞，加劇了塵霧混合物內(nèi)滲堵塞；3）本方案所用塑燒板是近年國內(nèi)仿制產(chǎn)品，外觀與進(jìn)口產(chǎn)品類似，價(jià)格具有較強(qiáng)競爭優(yōu)勢。但二者的基材孔隙結(jié)構(gòu)、表面覆膜等具有差距，綜合性價(jià)比遠(yuǎn)低于名優(yōu)產(chǎn)品。覆膜是塑燒板除塵技術(shù)的核心。覆膜孔徑、孔隙率影響除塵效果、壓差和壽命。覆膜質(zhì)量高低，影響板面疏油、疏水、易清灰等性能。相對于成熟的袋式除塵器，至2020年末，塑燒板除塵器未見相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。由于缺乏規(guī)范，普通用戶無法在工程化前期對塑燒板供貨商提出詳細(xì)和更多具體的量化性指標(biāo)，現(xiàn)場安裝前驗(yàn)收也非標(biāo)準(zhǔn)化，整體影響到后期工程化應(yīng)用效果。基于上述分析：①選擇名優(yōu)產(chǎn)品，確保綜合性價(jià)比最佳，這是工程化穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵；②欲實(shí)現(xiàn)0.1μm氣溶膠態(tài)污染物的長周期穩(wěn)定除塵，以塑燒板和覆膜的篩濾作用為主，還應(yīng)在整個除塵系統(tǒng)中充分發(fā)揮攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散、吸附等綜合效應(yīng)。結(jié)合濾板剖面狀況和過濾理論分析，應(yīng)設(shè)置合理的噴吹壓力和噴吹頻率，使濾板表面在工況下保持適當(dāng)厚度的粉塵層，有利于阻截超細(xì)顆粒物滲透入濾板深層沉積。③正確維護(hù)濾板，嚴(yán)格保護(hù)覆膜；④特別重視解決塑燒板對電鉛煙氣類有色冶煉粘性煙氣的抗堵塞難題，這是與鋼鐵行業(yè)等煙氣性質(zhì)的區(qū)別。國內(nèi)首套塑燒板項(xiàng)目上海寶鋼自1996年投運(yùn)，約十一年后才更新了部分濾板[10-11]。

5解決粘性煙氣“糊袋”難題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

布袋除塵器在處理高濕及粘性粉塵時，易出現(xiàn)“糊袋”，造成濾袋清灰困難、低除塵效率。布袋預(yù)附層技術(shù)，可顯著改善濾料性能，提高過濾效率[13]。即通過煙氣調(diào)質(zhì)，向除塵器前端煙道噴入惰性粉塵，改善煙氣物性。本案優(yōu)化方案為：采用粉塵和適當(dāng)?shù)娜軇┱{(diào)質(zhì)，在塑燒板除塵器前段設(shè)計(jì)、配置高效反應(yīng)器[10]。工藝原理：1）脫濕粘M+H2O=M.H2O（M工藝原料）M+OR=M.OR（OR有機(jī)物類）CaO+H2O=Ca（OH）2（吸濕消化）SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O（脫硫）2SO2+Ca（OH）2=Ca（HSO3）22NaOH+SO2=Na2SO3+H2O（濕堿法脫硫）2）脫酸霧H2SiF6+Ca（OH）2=CaSiF6+2H2O（脫酸霧）3）脫砷4As+3O2=2As2O3As2O3+3H2O=2H3AsO3H3AsO3+3NaOH=Na3AsO3+3H2O2H3AsO3+3Ca（OH）2=Ca3（AsO3）2+6H2O通過物理、化學(xué)機(jī)理實(shí)施煙氣調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)劑與粘性物質(zhì)和煙氣中氣態(tài)污染物發(fā)生反應(yīng)，協(xié)同慣性碰撞、擴(kuò)散、吸附等綜合效應(yīng)，脫除煙氣粘性，去除砷化合物、氟硅酸霧、SiF4、HF等氣溶膠類污染物，增大煙塵粒徑，阻止氣溶膠類污染謝益民，等：電鉛煙氣環(huán)保特排限值治理研究及應(yīng)用物滲入性堵塞。系統(tǒng)由反應(yīng)器、調(diào)質(zhì)器等組成，集煙氣冷卻、脫粘、吸附、團(tuán)聚及凈化等多功能。根據(jù)工況變化，自動調(diào)節(jié)所需要的各種輔料、助劑加入。預(yù)處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC控制，實(shí)現(xiàn)對含濕量、回流量、介質(zhì)輸入等工況參數(shù)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)通訊及聯(lián)鎖。結(jié)合實(shí)際物料現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性綜合評估，可選擇以石灰粉料等為主體的預(yù)處理載體。

6結(jié)語

1）塑燒板除塵技術(shù)應(yīng)用于電鉛生產(chǎn)煙氣處理，有效解決了鉛冶煉煙氣重金屬微細(xì)塵的高效除塵難題，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)“鉛及其化合物”等排放濃度優(yōu)于《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25466-2010）特排限值；2）運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：煙氣必須進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行新工藝組合，以有效克服粘性煙氣對濾板的污堵難題，保障塑燒板系統(tǒng)長周期、無故障穩(wěn)定運(yùn)行；3）預(yù)處理設(shè)計(jì)機(jī)理可協(xié)同去除砷化合物、氟硅酸霧、SiF4、HF等氣溶膠類污染物；4）建議選用綜合性價(jià)比較高的塑燒板名優(yōu)產(chǎn)品，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化；5）隨著該技術(shù)的應(yīng)用完善，可為鉛冶煉行業(yè)煙氣治理穩(wěn)定、長效達(dá)到特排限值提供穩(wěn)定、可信賴的成熟技術(shù)路線。

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作者：謝益民 廖若博 單位：云南馳宏鋅鍺股份有限公司 中國銅業(yè)有限公司安全環(huán)保健康部