解决工业烟气处理“最后一步”，3～5年解决雾霾不是梦

——上海汉柱环保工程有限公司

我国大气污染现状

当前我国大气污染状况依然十分严重，主要表现为煤烟型污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染一直在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加; 氮氧化物污染呈加重趋势。

近年来，全国上下为改善空气质量，可谓万众一心；为改善空气质量所投入的人力、物力和财力，可谓千百万亿；空气质量不但做得差强人意，而且还有每况愈下之感。雾霾如同挥之不去的梦魇，经常隔三差五地出来溜达，露出狰狞面目，噬食人类健康。李克强总理在十二届全国人大五次会议的政府工作 告中指出：“环境污染形势依然严峻，特别是一些地区严重雾霾频发，治理措施需要进一步加强”。

雾霾成因

（1）我国工业基础基数大，整体排放量居高不下，大气污染物排放量甚至呈现振荡上升趋势，包括二氧化硫、氮氧化物、VOC、烟粉尘及其二次污染物，既有技术原因的超标排放，更有弄虚作假造成，这是众所周知的。

（2）工业烟气脱硝过程中，氨作为烟气处理的还原剂，得到了极广泛的应用，排放烟气的夹带、人为因素造成的意外，使低浓度的气态氨经常游离在外，而且目前这种状况仍很难避免。根据科学家揭示，空气中的氨在适当条件下，是雾霾形成的重要源头之一，氨与二氧化硫、氮氧化物形成铵盐和硝酸盐，导致空气营养化，气象异常时营养物溶解于气溶胶，形成了有水有肥的微环境，导致微生物爆发式繁殖而产生雾霾。

（3）雾霾形成的必要条件是“微小颗粒物结合水”。目前脱硫的工艺90%是采用湿法脱硫，导致脱硫后排放的烟气中湿度增加，成为湿烟气，甚至成为饱和蒸汽。据有关专家估计，全国由湿法脱硫所排放到空气中的水蒸气达到20万吨/小时，同时湿烟气里还携带残留的细煤灰、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙等细颗粒。湿烟气呈雾状，直接形成雾霾排向空中。而更为雪上加霜的是大量新建或改造的脱硫脱硝设备出于考虑减少设备占地面积、节省投资费用、降低运维成本等原因，将烟气排放烟囱直接安装在脱硫塔顶部，其实际高度通常只有原来排烟烟囱的一半。烟囱高度降低，湿度增大，烟气在低空排放，更难以扩散，时间一长，致使雾霾加剧。

目前脱硫脱硝工艺的不完善和副作用，导致雾霾加剧，是许多专家没有想到的。2012年后在煤炭总量没有明显增加，汽车增量也逐步趋缓的情况下，以上因素是雾霾突然大面积加剧的主要原因。

解决工业烟气处理“最后一步”

我国人口众多，能源结构以煤为主，排放强度是西方最高峰值的2-3倍，经济稳中求进的要求，这些国情决定了不能重蹈南非去工业化道路的覆辙，也不能复制西方产业转移的模式。

有专家讲，“不听工程师意见，中国三年治霾无功！”

有人说，“治理污染最快的办法，就是把所有污染企业都关掉，把所有的锅炉都关掉，这可能是最简单的，但是也是不可行的。所以这里要找一个平衡，要找一个经济发展和改善生态环境双赢之路、多赢之路。”

图1. 湿法烟气脱硫技术（全国绝大部分）

上海汉柱环保工程有限公司针对图1中的现状，投入少量资金而且不影响企业生产，采用本公司的“碱法多效旋风烟气净化技术”，根据已有尘/硫/硝的排放情况，在湿法脱硫塔后面加入多效旋风烟囱（或综合处理塔+多效旋风烟囱），来解决工业烟气排放的“最后一步”，在原有排放指标的基础上再下降90%以上。这就是投资少，见效快，运营成本低的创新办法。

李克强总理在第十二届全国人民代表大会第五次会议的政府工作 告中指出，“2017年要坚决打好蓝天保卫战。二氧化硫、氮氧化物排放量要分别下降3%，重点地区细颗粒物(PM2.5)浓度明显下降。” 工业污染排放仍是大气污染中最主要的污染源，工业中二氧化硫排放占全国90%，氮氧化物占70%，烟尘占85%。当“最后一步”新技术推广应用后，污染物源头（尘/硫/硝）排放大幅度减少，雾霾产生几率降低，3～5年解决雾霾不是梦。

图2. 碱法多效旋风烟气净化技术的工艺流程（虚线部分根据排放烟气决定）

（一）烟气处理过程：

1. 最初，向PH调节池投放氢氧化钠 (H2O + NaOH) 或碳酸钠(Na2CO3，碳酸钠价格较氢氧化钠低)，使PH值7.5～8.5。

2. 该溶液被泵入综合处理塔内，以雾化水形态射布。塔内的反应如下：

2.1 与烟气中的二氧化硫(SO2)反应，产生亚硫酸钠和亚硫酸氢钠。反应如下：

2NaOH + SO2 + xH2O → Na2SO3+(x+1)H2O (亚硫酸钠，溶于水)

Na2SO3 + SO2 + xH2O → 2NaHSO3+ (x-1)H2O (亚硫酸氢钠，溶于水)

2.2 与烟气中的NO2和N2O5的反应，产生硝酸(溶于水)。反应如下：

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

N2O5 + H2O → 2HNO3

由于烟气内原有的NO和在塔内新产生的NO，故需充入氧气，使之转化为NO2，反应如下：

2NO + O2→ 2NO2

(NO2与O2以4︰1的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。NO与O2 以4︰3的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。)

硝酸与氢氧化钠(NaOH)反应，产生稀硝酸钠溶液。反应如下：

HNO3 + NaOH → NaNO3 +H2O (硝酸钠，工业盐,溶于水)

3. 该综合处理塔和烟囱内的生成物与水混合在一起，被耐腐蚀泥浆泵输入回水沉淀池中部，在池内粗沉淀。沉淀的物质取出后可掺入烧结料。

4. 该回水池的上层水溢至第二只水池的底部。进入此水池的水夹带烟灰、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硝酸溶液、其他微量杂质。

在此池内加入石灰(CaO)，池内的反应如下：

4.1 石灰(CaO)先与水反应生成熟石灰（Ca(OH)2）：

CaO + H2O (过量) → Ca(OH)2 + H2O (碱性)

4.2 含Ca(OH)2溶液的碱性水与亚硫酸氢钠、亚硫酸钠反应，产生沉淀物亚硫酸钙、硝酸钙，并置换出氢氧化钠：

Ca(OH)2+ 2NaHSO3→ Na2SO3+ CaSO3↓+ 2H2O (亚硫酸钙沉淀)

Ca(OH)2+ Na2SO3 →2NaOH + CaSO3↓(置换出氢氧化钠, 亚硫酸钙沉淀)

Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2↓+ 2H2O (硝酸钙沉淀)

5. 上述的亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硝酸都是在塔内和烟囱内的反应生成物。它们与石灰反应，反应产物亚硫酸钙、硝酸钙沉淀。置换出氢氧化钠溢入PH调节池底部。乏效的石灰及沉淀物定期清理。少量的沉淀物不能再生，被带入泥膏样的熟石灰中。经固液分离，分离的固体残渣进行回收堆放再做他用(它们能直接将其与粉煤灰混合，可增加粉煤灰的塑性，能增加粉煤灰作为铺路底层垫层材料的强度，或用于制水泥其他用途)。

6. 在PH调节池内用碳酸钠或氢氧化钠调节溶液的PH值(7.5～8.5)。调节后的碱性水再泵入综合处理塔内使用。依此循环。

钠钙-水法(Na2CO3/Ca(OH)2)是在石灰法基础上结合钠碱法，利用钠盐易溶于水的特性，在吸收塔内部采用钠碱吸收二氧化硫和氮氧化物，吸收后的处理液在再生池内利用廉价的石灰进行再生，从而使得钠离子循环利用。

该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的塔内易结垢的问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。传统的石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙，由于其溶解度较小，极易在脱硫塔内及管道内形成结垢堵塞现象。结垢堵塞问题严重影响脱硫系统的正常运行，更甚者严重影响锅炉系统的正常运行。钙法脱硫工艺大都需要配备相应的强制氧化系统（曝气系统），从而增加初投资及运行费用(如果脱硝，还需另加投资)。钠钙-水法烟气净化工艺应运而生，该工艺较好的解决了上述矛盾问题。

多效旋风烟囱：根据我公司专利技术研制的多效旋风烟囱，已实际使用多年。本专利改变了进气口位置，设立多个进气口，以一座烟囱匹配多座烧结炉（机），提高了设备利用率，降低了设备费用；由于烟囱的各进气口均与烟囱的筒壁相切，且不同进风口设置在不同截面上，减少了烟气偏离中心的趋势和与烟囱壁的摩擦阻力，提高了气体在烟囱内的上升动力，延长了气体上升的距离（时间），在此期间，气体之间残余粉尘的相互碰撞几率成几何倍数增加，促使小颗粒成长为大颗粒直接坠落，达到了深化除尘的良好效果，能达到国家公布的排放标准；与此同时，烟气上升时温度不断下降，达到露点后不断析出水分(包括除尘筒处理的水蒸汽)，这些微小水滴的表面积扩展迅速，在气体碰撞中，不但粘附了粉尘造成大颗粒下坠，更是吸附二氧化硫和氮氧化物的良好载体，是深化脱硫、降硝的有效手段。无多效旋风烟囱有相应的防腐措施，并设置了清灰、检查通道。

（二）技术优势：

1．在综合处理塔内反应时间充分，处理介质成雾性好，雾化液与被处理气体的接触界面大，反应速度快。

2．液态处理水可以循环利用，节水节能。不用氨，无用氨之忧虑。

3．不同于常规烟尘处理设备的各功能部件独立分置，汉柱公司的综合处理塔集脱硫、降硝和除尘诸功能于一体，集成度高，维护简单，性能稳定可靠，能监控反应温度，事故率极低，环保效果好。

4．利用氧化钙(俗称生石灰)与水反应，生成氢氧化钙(俗称熟石灰)；利用碳酸钠(又称纯碱)与水反应，生成氢氧化钠。其反应后的水呈碱性，能加快水和硫及部分氮氧化合物的反应效率，是良好的脱硫脱硝介质。熟石灰既是水的澄清物质，又能吸附烟气中被水带出的物质。且相对来说，乏效的熟石灰便于综合利用和处理(返回拌料；与粉煤灰混合，以增加粉煤灰塑性；增加粉煤灰作为铺路底层垫层材料的强度等)。

5．多效旋风烟囱：利用汉柱公司专利技术研制的多效旋风烟囱，其高度通常在百米以上；该专利改变烟气进气口位置，在烟囱内根据动力学原理，设立多个进气口；由于烟囱的各进气口均与烟囱的筒壁相切，使得进入烟囱中的气流形成螺旋式上升的旋风，增强了气体在烟囱内的上升动力，延长了气体上升的距离和反应时间。在处理过程中：⑴气体之间残余粉尘(包括雾状水)的相互碰撞几率成几何倍数增加，促使小颗粒成长为大颗粒而坠落；⑵烟气上升时温度不断下降，达到露点后不断析出水分形成微水滴；⑶这些微水滴随烟囱内气流的运动相互溶合，表面积迅速扩展，成为吸附二氧化硫和氮氧化物的良好载体。以上过程达到了进一步深化脱硫、降硝、除尘和减少水蒸气排放的作用。

此外，百米以上高度的烟囱有利于烟气的扩散、稀释和排放。

6．投资成本省，运行维护费用低，对人员的技术素质和管理水平要求低，提高了我国工业企业的经济效益。

7. 炉窑(经脱硫脱硝除尘处理后)排放尾气，进入多效旋风烟囱后的气流可用于发电，简称为尾气发电。尾气发电与利用自然风能发电相比，具有很大优势：一年四季的自然风力(通常指风速的大小)变化大，且风向不固定。而尾气风力发电的特点：只要炉窑运行，始终产生尾气，且尾气风力变化小，风向固定，由于建造在多效旋风烟囱之内，使设备结构大大简化，投资降低65%。汉柱公司设计的多效旋风烟囱利用尾气发电，以100㎡烧结炉为例，年发电量可达百万度电（该工艺的理论工作已基本完成）。

图3: 现场烟气处理设备

图4：连云港宝翔铸造有限公司已应用三年

应用效果：

（1）4个旋转式立窑（见图3、图4），使用一个多效旋风烟囱，经江苏力维检测科技有限公司检测，达到环保要求；

（2）电费节省：每天：节电3万度，省电费2.4万；每月：节电90万度，省电费84万；每年：节电1080万度，省电费1008万。

雾霾处理，你我参与

雾霾治理中，政府责任极大，是治理的引领者，是为相关企业治霾新技术搭建平台的组织者，是治霾的教练员、裁判员。生产企业对烟气处理责无旁贷，谁排放，谁负责，烟气排放达标是企业欣欣向荣的门槛，烟气排放超标是企业倒闭的标志。烟气治理的环保企业是治霾的主力军，采用更好的新技术是企业利国利民的光荣，这样的企业理应得到支持，有更好的发展。人民群众与空气质量息息相关，每个家庭是空气治理的受益者。家是小国，国是大家，国家治霾，人人有责。

钟南山于2014年在中央电视台《新闻1+1》关于雾霾天气的访谈中提到“雾霾比非典可怕”。雾霾的源头就是工业烟气(尘/硫/硝)，减少工业烟气的排放，就是解决雾霾产生的根本办法。我公司认为，“最后一步”是治理雾霾最有效最简单的办法，希望各大媒体和全国人民关注并支持“最后一步”的推广和应用，把信息反馈到政府部门。

当示范工程出来以后，将是一个千万亿的市场，汉柱公司现在就愿意让出部分股权，与互联 和资本大佬合作，加速“碱法多效旋风烟气净化技术”的推广和应用。在政府的领导下，全国人民拧成一股绳对抗雾霾，重塑一片蓝天白云。

1.《不听工程师意见，中国三年治霾无功》—— 国际中国环境基金会总裁 何平博士著

2.《烧结烟气净化技术》——朱廷钰著

3.《工业烟气(脱硫、脱硝、除尘)污染防治可行技术案例汇编》——高翔等著