在雾霾天气势虐全国性区域之际，为进一步改善空气质量，部分地区提出高于国家最新大气排放标准要求的“50355”工程，即控制“氮氧化物小于50mg/Nm3、二氧化硫小于35mg/Nm3、粉尘小于5mg/Nm3”。然而，除了NOx、SO2和粉尘，烟气组份中的SO3、细微颗粒物(PM2.5)、汞等重金属污染物的危害也不容忽视。因此，单是“50355”工程谈不上“超洁净排放”。本文简单介绍SO3、重金属及PM2.5等危害，重点阐述LJD循环流化床干法工艺路线的多污染物全面脱除的优点，为真正实现“超洁净排放”工艺路线的确定提供借鉴。
1. 前言
在燃煤烟气污染物排放是全国性雾霾天气的主因这一主流认知导向下，燃煤烟气治理只有向着更加严格的排放要求发展。在国家最新《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)还未全面落实到位情况下，今年以来，各地区相继提出控制燃煤烟气的“超洁净排放”目标。2014年2月，广州市推出《燃煤电厂“超洁净排放”改造工作方案》(“50355”工程)要求广州市的燃煤锅炉企业在2015年底完成“超洁净排放”改造，使大气污染物排放浓度达到：氮氧化物小于50mg/Nm3、二氧化硫小于35mg/Nm3、粉尘小于5mg/Nm3。
根据煤质及燃烧特性，一般燃煤锅炉烟气除了SO2、NOx和粉尘等主要污染成分外，还含有HCl、HF、SO3、汞、铅等重金属以及细微颗粒物等。这些污染物因含量相对较低，在治理过程中往往被忽视。但随着环境保护意识的加强，及国际上，大范围地对大气污染的深入研究，许多分析成果显示，HCl、HF、SO3、汞、铅等重金属以及细微颗粒物在烟气污染组份中虽然含量少，但危害却巨大。其中SO3、细颗粒物PM2.5及重金属物质等对大气污染及对人类健康影响远超过SO2、NOx等人们所熟知的污染物。因此，在追求“超洁净排放”目标上，如果不能同时控制这些少量污染物质的排放浓度，则谈不上真正的“超洁净”，对大气环境的改善也仅能停留在片面的层次上，起不到彻底和实质性的效果。
1. 大气中SO3、重金属及细微粒等污染物的危害
1.1. SO3的危害
烟气中一般有1%的SO2转化为SO3，由于含量低且难以检测，在很长一段时间里，SO3危害性被忽视。实际上，SO3毒性比SO2高十多倍，且具有强腐蚀性。SO3在烟气治理中未被脱除直接进入大气环境，会形成硫酸，沉降后会对作物、建筑等形成腐蚀，破坏性极大。另外，排放的SO3在大气中沉降也会进入人体呼吸系统，在呼吸道的潮湿环境里，SO3会立即转变成硫酸。我们知道，呼吸道的粘液对呼吸系统和肺部起了一个保护屏障的作用，而当SO3形成的硫酸进入到呼吸系统后，会使呼吸道内粘液的pH值降低。体外试验研究表明，当人体呼吸道内粘液的pH值降低到低于7.4时，粘液的粘度增大，而使粘膜纤毛清除率下降。健康人体呼吸道内粘液的pH值一般在7.4-8.2之间，而气喘病人患者粘液pH值则在5.3-7.6之间。因此，SO3污染同时对人体健康产生很大的负面影响，美国健康与公共事业服务部1998年就估算约60,000名美国工人受SO3的危害[1]。
此外，SO3在烟气中会与其中的水(H2O)结合形成硫酸(H2SO4)雾，据分析，SO3在烟气中是以硫酸气溶胶的形式存在，直径一般为0.4-1.2μm，该直径范围恰好与光波粒径接近，而产生散射，因此，SO3气溶胶在空气中还会使大气能见度下降。
1.2. 汞、铅等重金属对人体的危害
汞、铅等重金属及其衍生物，因具有持久性、易迁移性、高度的生物富集性和高生物毒性等特性等，可在大气和食物链中持久存在，且能远距离迁移。因此，重金属污染的危害是持久性、大范围的。闻名世界的日本“水俣病”就是由于当地工厂把含汞的废水排到水俣湾，人们食用了含有汞的食品，引起了超过7000多人集体患病。而铅、镉等重金属污染事件在国内外也频见报端。
我国《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011其中对汞及其化合物的排放标准限值要求在0.03mg/m3以下，说明国家对重金属污染的重视程度提高。而现阶段美国的汞排放标准为0.0015μg/m3，是我国汞现行排放限值的1/20000，说明汞等重金属污染物减排迫切性强，也间接反映其危害之重。
1.3. 细微颗粒物的危害
烟气粉尘是由有不同粒径范围的颗粒物组成的，粒径较大的粉尘容易被收集脱除，而细微颗粒很难捕获，特别是粒径在2.5微米以下的超细颗粒物(PM2.5)。经分析，10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面;粒径在2.5-10μm之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小;而粒径在2.5μm以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。特别是烟气中污染物成本复杂，PM2.5上可能同时夹带酸性物质或重金属，跟随一并进入人体后，将比单一的粉尘颗粒引发更为严重的病症。
2. LJD循环流化床干法在实现“50355”同时，对SO3、PM2.5及重金属等多组份协同脱除的优点
LJD循环流化床干法工艺，利用高浓度床层物料传热传质、高效低压脉冲喷吹布袋除尘器以及协同低温氧化脱硝(COA)技术配套，完全可实现NOx、SO2和粉尘的“50355”超洁净甚至更低排放浓度要求。除此之外，LJD循环流化床干法含具有脱除HCl、HF、SO3、PM2.5及重金属等多组分污染物作用，具体如下：
3.1. SO3等酸性气体高效去除作用
SO3在烟气中是以硫酸气溶胶的形式存在，在湿法脱硫低温环境下，SO3气体会凝结成非常细小的薄雾(约1mm)。这些细小的酸雾不能有效地被喷射的石灰石浆液捕获。因此，湿法脱硫对SO3的去除效率很低，仅在15%-50%之间[2]。而在LJD干法工艺条件下，脱硫运行温度较高，其中部分SO3与HCl、HF、SO2等一起与吸收剂反应去除。另形成细颗粒酸雾的部分，在反应塔内被高效湍动、具有大比表面积(见图1)的床层物料颗粒吸附，经后级布袋除尘收集脱除。
LJD循环流化床干法对SO3高效脱除效率，在众多工程运用业绩中得到证实。
图2 邯峰电厂2号循环流化床同步脱SO3及重金属检测报告
(入口SO3浓度~10mg/Nm3，除效率可实现90%以上)
图3 三钢180m2烧结机循环流化床同步脱SO3检测报告
(入口SO3浓度69.5mg/Nm3，脱除效率96.6%以上，出口浓度2.34mg/Nm3)
在SO3脱除上，龙净LJD循环流化床干法有巨大的技术优势，不需要在脱SO2装置基础上增加额外反应及收集设备，与脱SO2共用吸收剂供应设备。相比之下，湿法工艺SO3的脱除，只能通过增设湿式电除尘器，其要高出几千万的设备投资。
3.1. LJD工艺特有协同汞等重金属作用
燃煤烟气汞的主要附存方式包括三种形态：气态汞元素单质(Hg0(g))，气态离子汞(Hg2+)和固态颗粒附着汞(Hg0(p))。其中气态离子汞(Hg2+)易溶于水，湿法脱硫装置可脱除;固态颗粒附着汞(Hg0(p))，可以通过除尘器脱除;而单质汞(Hg0)由于不溶于水，且挥发性极强，是汞附存方式中相对难以脱除的部分。因此，确定烟气治理技术脱汞的成败就在在于这部分单质汞(Hg0)的脱除。
龙净创新研发的LJD循环流化床干法脱硫及多组分污染物协同净化工艺，利用循环流化床中高密度、大比表面积、激烈湍动的钙基吸收剂物料颗粒来实现对气态离子汞(Hg2+)及单质汞(Hg0)的高效吸附形成颗粒汞，再借助脱硫系统配套的除尘装置对附着在Ca(OH)2和飞灰细颗粒表面上所形成的颗粒汞(Hg0(p))及Hg2+化合物，进行捕集、脱除。为了确认循环流化床干法具体脱汞、铅等重金属效果，清华大学、国家环境分析测试中心等国家权威测试单位先后对龙净的邯峰电厂、中石化(见图2~3)及三钢、宝钢(图3~4)等LJD循环流化床干法装置进行了测试，结果均证实：在不添加任何吸收剂的前提下，龙净LJD同步脱除率达到60～80%以上。
图3 宝钢股份公司一烧结495m2烧结机烟气脱硫项目国家环境分析测试中心监测报告单
(脱铅效率：99.1%，脱汞效率：74%)
图5 LJD干法吸收塔前后的颗粒形貌电镜分析对比
1. 结论
基于全国性雾霾天气势虐及大气环境亟待改善的形势，燃煤机组实现“超洁净排放”是必然的趋势。继广州市“50355”工程的提出，今年第二季度，作为煤炭大省的山西也提出燃煤机组烟气污染控制满足燃气机组排放的目标，在“50355”控制基础上增加了SO3小于5mg/Nm3、汞排放小于3μg/Nm3的要求，即“50355+53”。龙净已为山西电力企业晋能集团多个燃煤发电机组工程配套“50355+53”超洁净排放装置升级。实际上，龙净的“干式净化”工艺技术，除SO3、汞外，还对HF酸性气体、重金属铅、镉、铬以及细微颗粒物均有脱除作用，远不止“50355+53”。
此外，龙净LJD循环流化床干法脱硫及多污染物协同净化工艺，整个装置均为干态环境，过程不产生废水(传统的湿法难以实现废水“零排放”)。实际上，在烟气治理路线选择上，没有废水的“超洁净”烟气排放，才是真正的“超洁净”。
