铅锌冶炼行业烟化炉尾气是重要的大气污染源之一，其烟气通常具有如下特点：1）颗粒物浓度高、粒径小。水淬高温炉渣温度高达1150℃，熔炼后的料渣在卸料口经喷水降温后形成大量水蒸气并夹带多种组分的颗粒物，最高浓度可达3000 mg/m³；颗粒物中位粒径仅为8.798 μm。2）烟气及颗粒物成分复杂。烟气中含有co、h2s、so2、so3等有害成分，颗粒物成分以氧化锌、硫化锌、氧化铅为主，并含有一定量的硫化亚铁以及硫化铜；同时烟气中携带大量可溶性盐，在烟气降温后结晶析出，进一步导致烟气颗粒物浓度升高。3）烟气湿度大。高温炉渣与水接触后使水迅速汽化，形成的水汽与烟气难以分离，致使烟气湿度增大。目前国内外围绕铅锌冶炼行业烟化炉尾气超低排放尚未形成经济可靠、成熟适用的技术工艺。
兰州大学资源环境学院通用环境工程团队（gee）联合甘肃科技投资集团兰州新区科技创新城发展有限公司以“云式”除尘技术为基础，结合数值孪生，开展技术攻关，研发形成适用于铅锌冶炼行业烟化炉尾气超低排放“多级云雾发生器强化异质凝并云式除尘技术”（图1）。该工艺中“一级云雾发生器”可实现烟气迅速降温，提高水汽湿度，促使大部分颗粒核化长大；“二级云雾发生器”进一步补充水汽，提高饱和蒸汽压，保证小颗粒核化所需的临界水汽饱和度，最终协同超重力场高效收集超细颗粒物。该技术控制界面见图2。
图1 “多级云雾发生器强化异质凝并云式除尘技术”原理图
图2 “多级云雾发生器强化异质凝并云式除尘技术”控制界面
经过不断调试与优化，“多级云雾发生器强化异质凝并云式除尘技术”处理铅锌冶炼行业烟化炉尾气通过第三方检测，处理效率高达99%以上，出口浓度能够达到最新超低排放标准10mg/m3以下。2023年12月8日，由白银有色集团第三治炼厂装备能源部牵头，组织熔炼车间、施工单位共同开展了对烟化炉尾气超低排放治理项目验收，通过对施工质量、自动化程度、使用效果、基础资料等全面核验后，一致认为“云式”除尘设备达到了技术要求，通过现场验收并签字确认。
图3 现场装置照片
近年来，兰州大学资源环境学院王博教授牵头的“通用环境工程团队”围绕“工业烟气细颗粒物治理”开展了系列深入研究，依托国家重点研发计划课题等科技项目，以及中石化、中石油等企事业单位委托的研发任务，以“云式”除尘技术为核心开展了一系列前沿科学研究和工程技术研发。目前，“云式”除尘技术已成功应用于中国石化催化剂有限公司长岭分公司、中国石化催化剂有限公司南京分公司、正大能源材料（大连）有限公司、白银有色集团股份有限公司、甘肃稀土新材料股份有限公司、建滔（河北）焦化有限公司等多个重点企业的超细粉尘治理，能够替代如动力波、文丘里、湿式电除尘等技术，具有更低的建设和维护成本。近几年来，“云式”除尘技术累计销售额近5000万元，新增利税400余万元，日处理含尘尾气超800万方，实现间接经济和社会效益逾亿元，带来了良好的环境和社会效益。
图4 “云式”除尘技术应用实例
该超低排放技术的成功研发与实施，是资源环境学院加快推进双一流建设，落实学校“拓工”的学科发展思路、打造工程领域高水平人才团队、培养工程技术类拔尖创新人才、探索工科建设新模式的具体举措。同时也为国家持续深入打好蓝天保卫战贡献兰州大学力量。
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